книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

Относительная нестабильность длительности в соответствии с выражением (3.22) при этом огпр = 0,68ДупНестабильность длительности по сравнению со случаем опти­

мизации по эффективности в рассматриваемом случае за счет уменьшения удельной дли­ тельности уменьшилась в 1,32 раза.

3. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МОСТОВЫХ ВРЕМЯЗАДАЮЩИХ ЦЕПЯХ

В импульсных генераторах широко применяется мостовая времязадающая цепь (рис. 3.2, а), с о с т о я щ а я и з д в у х к о н д е н с а т о р о в и д в у х р е з и с ­ т о р о в . При подключении к ней источника напряжения Е начинается процесс заряда обоих конденсаторов через резисторы R . Диод будет закрыт до тех пор, пока напряжете на левом конденсаторе не превысит напряжения на правом резисторе на величину, рав­

ную напряжению UD отпирания диода. Согласно рис. 3.2, б напряжение на диоде изменя­ ется по закону

uD = 2£ (1 — e - i/T) — Е,

если YD <

Показатель эффективности двухъемкостной мостовой времязадающей цепи

так как yD < 1.

Коэффициентом 2 в знаменателе выражения (3.26) учтены две ЯС-цепи моста. Рассмотренная мостовая времязадающая цепь не отличается высоким показателем

эффективности. Малаязависимость времени /пр от напряжения Е источника питания объясняется тем, что напряжение ис (рис. 3.2, а) и напряжение uRt выполняющее роль порогового, зависят от одного и того же напряжения Е и поэтому при YD 1 *пр = т 2-

Это достоинство, как видно иЗ выражений (3.5), (3.11), (3.14) и (3.18), присуще и дру­ гим времязадающим процессам, если пороговое напряжение пропорционально напряже­

нию источника питания.

Наряду с двухконденсаторной мостовой времязадающей цепью (рис. 3.2, а) исполь­ зуется и одноконденсаторная цеш? (рис. 3.2, в). Процесс заряда конденсатора в этой цепи (рис. 3.2, г) продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не превысит на­ пряжение уЕ, где у = R A R i + Яг), на величину y D напряжения на открывшемся

61

Если учесть, что обычно рекомендуется у = 0,5, то из сравнения формул (3.26) и (3.28) видно, что показатель эффективности двухконденсаторной и одноконденсЯТорнон мостовой цепей примерно одинаковы. Объясняется это тем, что в последней используется

ЗЕ~

только один конденсатор и по этому в знаменателе выражения (3.28) отсутствует множитель 2, имеющийся в выражении (3.26). Удельная длительность в двух­ конденсаторной цепи в ДВа раза меньше цепи одноконденсаторной, зато стабильность Длитель­ ности водноконденсаторной це­ пи в два раза хуже. Это обуслов­ лено меньшей крутизной времязадающего напряжения.

Для повышения эффектив­ ности времязадающий Мост не­ обходимо включить между дву­

мя точками, потенциалы которых скачкообразно изменяются в противофазе от Е до нуля и от нуля до Е. В этом случае конденсаторы моста имеют возможность перезаря­ диться. Но для обеспечения перезаряда обычный мост (рис. 3.2, а) необходимо усложнить

ные диоды VD1, VD2 сначала находятся под запирающим напряжением — £, а по мере заряда конденсаторов напряжение на диоде VD2 остается неизменным, а на VD1 уменьша­ ется, стремясь к + £ . Когда напряжение на диоде VD1 достигнет напряжения отпирания UDt процесс заряда конденсаторов прекратится, произойдет скачкообразное изменение

потенциалов точек и потенциал верхней точки станет равным нулю, а нижней —Е.

62

Конденсаторы начнут перезаряжаться: левый через верхний, а правый — через нижний резисторы R. Запирающее напряжение на диоде VD1 при этом будет постоянным и равным

— а на диоде VD2 по мере перезаряда будет уменьшаться, стремясь к + Е . Когда оно достигнет значения + £ /д , диод VD2 откроется, процесс перезаряда прекратится, потен­

циалы верхней и нижней точек моста снова скачкообразно изменятся и т. д.

На рис. 3.3, б совмещены временные диаграммы напряжений uDl и uD2l изменяющихся по экспоненциальному закону. Постоянные напряжения ит и uD2t не влияющие на дли­

тельность процесса, при этом не показаны. Если принять, что мост симметричен, то в установившемся режиме каждая из стадий перезаряда будет характеризоваться сле­ дующим законом изменения одного из времязадающих, например uDil напряжений на

интервале /Пр :

так как yD < 1.

В заторможенном режиме работы генератора, обеспечиваемом исключением одного из опорных диодов, например диода VD2 (рис. 3.3, а), процессы в мостовой цепи с переза­ рядом конденсаторов протекают следующим образом. Если в исходном состоянии потен­ циал верхней точки равен нулю, а нижний + £ , то конденсаторы зарядятся до напряже­ ния —Е (левый через верхний, а правый — через нижний резисторы R). При подаче запускающего импульса произойдет скачкообразное изменение потенциалов верхней и нижней точек моста на обратные: потенциал верхней станет равным Е, а нижней — нулю. В этот момент времени потенциал катода диода VD1 станет равным + 2 £ , а анода

—Е. Поэтому начальное запирающее напряжение на диоде VD1 составит ЗЕ. По мере начавшегося в этот момент времени процесса перезаряда конденсаторов запирающее врсмязадающее напряжение будет уменьшаться, стремясь к + Е (рис. 3.3, в). В момент t = = tuр диод VD1 откроется, процесс формирования импульса закончится. В процессе пе­

резаряда напряжение на диоде VD1 изменяется по закону

Up = 4£ (1 — е~1/х) — ЗЕ,

откуда uD (ос) = Е\ uD (0) = — ЗЕ.

Процесс перезаряда заканчивается при uD (/пр) = UD. Тогда длительность процесса *„р » * In № + 3£)/(Я - UD)] » т in [4/(1 - yD)] & х In 4,

поскольку yD < 1. Нестабильность длительности

&np = AYo/|n 4 «=*0,7AYD ,

а эф([)ективиость

3 = (ln4)V(2AvD)^0,96M YD.

Еще более высокую эффективность можно получить, если потенциалы верхней и ниж­ ней точек моста (рис. 3.3, а) скачкообразно изменять в противофазе от + £ до —Е и от

—£ до + £ . При таком питании моста будут протекать процессы (рис. 3.3, а), аналогич-

63

ные тем, которые изображены на рис. 3.3, б. Различие будет заключаться в том, что теперь

напряжения, запирающие диоды, будут изменяться в более широких пределах.

Если потенциал верхней точки моста равен + £ , а нижней —£ , то времязадающее запирающее диод VD1 напряжение на интервале 0 — t0будет изменяться по закону

менится и станет равным —£, а нижней + Е . Конденсаторы начнут перезаряжаться, а

в двухконденсаторной мостовой цепи значительно увеличивается при включении ее меж­ ду двумя источниками с напряжениями противоположной полярности.

В заторможенном режиме работы, обеспечиваемом исключением одного опорного дио­ да, например VD2, процессы в мостовой цепи (рис. 3.3, а) протекают следующим обра­ зом. Пусть потенциал нижней точки моста равен + £ , а верхней —£. Тогда в исходном состоянии оба конденсатора зарядятся до напряжения, равного 2Е, а запирающее напря­ жение на VD1 будет составлять также 2£. При подаче запускающего импульса потен­ циалы нижней и верхней точек моста скачкообразно и в противофазе изменяются соот­

64

Относительная нестабильность длительности

&„р = AVD/(2 In 4) ** 0,36Ауо,

а показатель эффективности

Э = 2 (In 4)V(2Avz>) = 1,92/AYd.

Рассмотренный процесс перезаряда предварительно заряженных конденсаторов мосia имеет наивысшую эффективность.

4.ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЗАРЯДА, РАЗРЯДА

*ПЕРЕЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРОВ В ЦЕПЯХ

СГЕНЕРАТОРАМИ СТАБИЛЬНОГО ТОКА

П р о ц е с с ы з а р я д а , р а з р я д а и п е р е з а р я д а к о н д е н с а т о ­ р а п о с т о я н н ы м т о к о м /, обеспечиваемым токостабилизирующим двухполюс­ ником (генератором стабильного тока), используются при получении напряжения пи­

время заряда t3 зарядится до порогового напряжения Un. Особенность рассматриваемого процесса перезаряда заключается в том, что нижний и верхний пороги срабатывания по

Относительная нестабильность длительности /пр, вызванная нестабильностью на­ пряжения порога Un согласно выражению (3.39)

Постоянной времени рассматриваемого процесса, как видно из выражения (3.39), можно считать величину т = СЕП, имеющую размерность времени. Тогда удельная дли­ тельность tnр/т = YnЭффективность процесса перезаряда (заряда и разряда) конден­

.Максимальное относительное значение порога уп в этом случае равно 1 . Технически может быть реализована величина, близкая к 1. Поэтому Э ;=* 1/Дуп.

Когда происходит полный процесс перезарйда конденсатора от напряжения + y nЕ до —'Уп£> то 6 /пр = Дуп. Э = 2 /Дуп. Эффективность процесса заряда постоянным то­

ком, следовательно, выше, чем при заряде через резистор.

П е р е х о д н ы е п р о ц е с с ы в о в р е м я з а д а ю щ и х м о с т а х , р е -

резисторно-емкостного моста (см. рис. 3.2), рассматриваемый процесс закончится в мо­ мент, когда напряжение на диоде превысит значение UD напряжения его отпирания Un:

65

Относительная нестабильность длительности

Наличие множителя 2 в знаменателе выражения (3.44) обусловлено тем, что мост содержит два конденсатора (имеет две времязадающих цепи). Полученные соотношения справедливы для моста, конденсаторы которого после отпирания диода быстро разряжа-

%

О

£

б

ются до нуля, поскольку в этот момент времени напряжение источника питания моста падает до нуля. Применяется мост, аналогичный изображенному на рис. 3 .3 , а, только вместо ре­

так как yD < 1. Перезарядный процесс моста, следовательно, повышает эффективность

в два раза.

Для использования мостовой цепи, изображенной на рис. 3.5, а в заторможенном ре­ жиме работы генератора, из нее необходимо исключить один из опорных диодов, напри­ мер, диод VD2, а левый верхний и правый нижний токостабилизирующие двухполюсники заменить резисторами. Тогда в исходном состоянии конденсаторы моста будут заряжаться через резисторы, а во время генерирования импульса — перезаряжаться постоянным током через двухполюсники. В этом случае напряжение на диоде VD1 во время перезаря­ да конденсаторов будет изменяться, как показано на рис. 3.5, г.

.Длительность процесса в этом случае

<пр = С (3£ + UD)/I — СЕ (3 + уD)/I,

откуда относительная нестабильность

«'IIP =A Y D/ ( 3 + YD)»

удельная длительность (3 + yD) и эффективность

9 = ( 3 + YD)V(2AYZ))^ 4 ,5 /A YDI

так как YD ^

66

Для получения пилообразного напряжения с удвоенной амплитудой целесообразно использовать мост (рис. 3.5, а), потенциалы верхней и нижней точек которого меняются скачкообразно и в противофазе от + Е до —Е и от —Е до + £ . Временная диаграмма на­ пряжения на диоде для этого моста изображена на рис. 3.6, а, аналогичном рис. 3.5 в.

да VD2 и замены левого верхнего и правого нижнего генераторов стабильного тока рези­ сторами, временная диаграмма напряжения на диоде VD1 будет иметь вид, изображен­ ный на рис. 3.6, б, аналогичном рис. 3.5, г.

ке не используется, несмотря на то, что он представляет определенный интерес и в на­ стоящее время технически легко реализуется. Основное достоинство этого процесса заключается в том, что при заряде конденсатора нарастающим током крутизна времяза-

67

Оригинал изображения (3.50) имеет вид

Напряжение ис , следовательно, при увеличивающемся токе заряда нарастает по

закону экспоненты с положительным показателем (рис. 3.7, б). В момент t = /пр согласно выражению (3.51)

вания уп, можно определить согласно формуле (3.52), воспользовавшись выражением

высить путем замены зарядных резисторов моста генераторами тока, пропорционального напряжению на конденсаторе (рис. 3.8, а). Здесь в качестве генераторов стабильного тока используются транзисторы с эмиттерными резисторами. Поэтому зарядными тока­ ми конденсаторов являются коллекторные токи транзисторов.

В начале процесса заряда конденсаторов моста ис = 0 и поэтому напряжение иэб & я* 0. В этом режиме коллекторный ток = / к0. Базовый ток при этом i$ = —/ к0 и поэтому начальный зарядный ток конденсаторов близок к 2/ к0. В дальнейшем, по мере заряда конденсаторов напряжение нэб растет и ток заряда увеличивается. Таким обра­ зом, для тока конденсатора можно принять зависимость

ic ( 0 = / + Ь с (0 ,

где I & 2 / к0; k & a/R$ ^ 1//?э; а — коэффициент усиления тока эмиттера.

G8

При подключении источника питания Е к мосту напряжение на диоде с учетом выра­ жения (3.51) будет изменяться по закону (рис. 3.8, б)

откуда в момент t = пр

UD + E = 21 (еМпр/С — l)/k.

где уд = U0/E.

Относительная нестабильность длительности

Подставляя в полученные выражения для б/щ, и Э значения тока / и коэффициента kr получаем

поскольку YD ^ 1*

Если учесть, что 4/к0/?э < £» то

бгпр = ДУо [1П £ /(4/к0/?э) ) - 1;

Э= { 1 п [£ /(4 /к0Лэ)]}’/(2Луо ).

Всвязи с достаточно большой нестабильностью тока / к0, есть смысл определить вы*. вываемую этим относительную нестабильность длительности

КР= - (Л/к0//к0) (In £/(4/к0Яэ)1-1

при стабильном пороге yD.

Ввиду того что Е > 4IK0R9, относительная нестабильность длительности в нескольз­ ко раз меньше относительной нестабильности тока / к0.

Мостовая времязадающая цепь, резисторы которой заменены управляемыми гене­ раторами тока, может работать и в режиме перезаряда конденсаторов, когда мост вклю­ чается между точками, потенциалы которых скачкообразно и в противофазе изменяются от Е до нуля и от нуля до Е. Для управления токами транзисторов VTL..VT4 генерато­ ров тока (рис. 3.9, а) на базы последних подйются напряжения, действующие между соответствующими обкладками конденсаторов и корпусом. Точки подключения баз транзисторов подобраны так, чтобы по мере перезаряда конденсаторов токи генераторов увеличивались, обеспечивая увеличивающуюся со временем крутизну времязадающего напряжения. Диоды VDI...VD4 необходимы для обеспечения перезаряда. Источники напряжения в эмиттерных цепях всех транзисторов служат для создания усилительного режима их работы.

Процессы в мостовой цепи протекают следующим образом. Пусть в момент t = О (рис. 3.9, б) конденсаторы моста С1 и С2 зарядились до напряжения — Е/2 (потенциалы левых ниже потенциалов правых обкладок конденсаторов), а потенциалы точек питания моста скачкообразно изменились так, что слева к мосту подводится напряжение Е,

69

а справа — нуль. Тогда диоды VD2 и VD3 окажутся закрытыми. Конденсатор С1 нач­ нет разряжаться через диод VD1 и транзистор VT2, стремясь перезарядиться до напря­ жения противоположной полярности (потенциал левой обкладки выше потенциала пра­ вой). Конденсатор С2 при этом, разряжаясь, перезаряжается через транзистор VT3

ги диод VD4. Напряжение и± в течение всего

дет уменьшаться, а и3 — увеличиваться. Про­ цесс перезаряда происходит с увеличиваю­ щейся скоростью, поскольку на базу транзи­ стора VT2 подается увеличивающееся напря­

происходить до тех пор, пока напряжение иг не станет равным напряжению и3. Конден­

саторы при этом перезарядятся до напряжения, близкого к + £ /2 . Переходы база — коллектор транзисторов VT2 и VT3 в этот момент времени откроются, процесс переза­ ряда конденсаторов закончится, подводимые к мосту слева и справа напряжения скач­ кообразно изменятся: слева будет нуль, справа — + £ . Диоды VD1 и VD4 закроются. Конденсаторы начнут снова перезаряжаться: С/ через диод VD2 и транзистор V7 7 , а С2 ■— через транзистор VT4 и диод VD3. Когда конденсаторы перезарядятся увеличи-

70