книги из ГПНТБ / Важенина, З. П. Транзисторные генераторы импульсов миллисекундного диапазона

чивающийся закрыванием транзистора 77 и вхождением транзистора Т2 в состояние насыщения.

Время запертого состояния транзистора 77 опреде­ ляется временем перезаряда конденсатора С1 через ре­ зистор R1 и источник Еі. Напряжение на эмиттере и31

при перезаряде конденсатора С1 стремится к уровню

и*г RsAi

Рис. 1.9. Временные диаграммы к схеме рис. 1.8.

Ei-\-lmRi (см. временную диаграмму uDi на рис. 1.9), где / эоі — обратный ток эмиттерного перехода запертого транзистора 77.

Напряжение на базе транзистора 77 относительно земли «бі при перезаряде конденсатора С1 постоянно и примерно равно напряжению на коллекторе насыщен­ ного второго транзистора иК1й~ 0; напряжение на базе Т1 относительно эмиттера «бэі по абсолютной величине равно напряжению на эмиттере и противоположно ему по знаку. При достижении напряжением «бэі значения

40

Напряжения бтйнрания |e0ij (момент i2 на временной диаграмме «а1 рнс. 1.9) транзистор Т1 открывается, перезаряд конденсатора С/ прекращается. Время пере­ заряда конденсатора С1 определяет длительность им­ пульса Іщ.

Для получения фор.мулы, определяющей длитель­ ность im, перенесем начало координат на временной диаграмме иаі рис. 1.9 в точку (Д. При этом закон изме­ нения ыэі(0 по абсолютной величине принимает вид

41

Коэффициент относительной временной погрешности, характери­ зующий нестабильность длительности импульса /пі, определяется вы­ ражением

Решая (1.20) относительно RI, получаем формулу, позволяющую определить максимальное значение R1 при заданном значении коэф­ фициента относительной временной погрешности от:

Из сравнения формул (0.5) и (1.21) видно, что ввиду выполне­ ния неравенства Д/оо<СДЛ<о схема рис. 1.8 позволяет выбрать значи­

0,3 МОм и величины емкости конденсатора СУ = 0,1 мкФ мультивибратор рис. 1.8 генерирует импульсы, большая длительность которых Уыі измеряется десятками милли­ секунд, а меньшая длительность Uй — сотнями микро­ секунд. Так как значением емкости конденсатора СУ определяется и длительность импульса іиі, и длитель­ ность импульса tuг, то скважность генерируемых импуль­ сов не превышает значения Q=50. Можно значительно увеличить скважность генерируемых импульсов, введя дополнительную цепь C3,T3,M2,R4,R5, включенной

всоответствии со схемой рис. 1.10 [57].

Всхеме рис. 1.10 величина емкости дополнительного конденсатора СЗ выбирается на полтора — два порядка больше значения емкости конденсатора СУ. Во время формирования импульса меньшей длительности Уцг осу­

ществляется заряд СУ через участок эмиттер — коллек­ тор транзистора 77 и резистор 7?к1, эмиттерный переход транзистора ГУ и резистор R3, а также открытый диод . Д2, резистор R4 и участок коллектор— эмиттер допол­ нительного транзистора ТЗ типа п-р-п, находящегося в насыщенном состоянии. Насыщенное состояние тран­ зистора ТЗ поддерживается лишь в начале заряда СУ за счет падения напряжения на У?щ при протекании значительной величины начального зарядного тока кон­ денсатора СУ.

Одновременно с зарядом емкости конденсатора СУ осуществляется заряд емкости конденсатора СЗ через

42

Рис. 1 .10 . Схема с добавочным конденсатором.

R4 и участок коллектор— эмиттер транзистора ТЗ. В связи с меньшей постоянной времени цепи заряда С1 отрицательный потенциал анода диода Д2 растет быст­ рее отрицательного потенциала катода диода Д2\ в мо­ мент равенства потенциалов анода и катода диода Д2 последний закрывается, разделяя цепи заряда С1 и С2. Временем заряда С1 (с учетом частичного разряда С2) определяется длительность запертого состояния транзи­ стора Т2, равная длительности импульса меньшей дли­ тельности tu2 в соответствии с формулой (1.15).

При формировании импульса большей длительности tu1 транзистор Т1 закрыт, транзистор Т2 открыт и на­

сыщен, дополнительный транзистор ТЗ закрыт. В начале формирования импульса tai осуществляется перезаряд емкости конденсатора С1 с постоянной времени RiCi через источник Ей при этом уменьшается отрицатель­ ный потенциал верхней обкладки конденсатора С1, а следовательно, и анода диода Д2. В момент равенства потенциалов анода и катода диода Д2 последний откры­ вается. При этом конденсатор СЗ включается в цепь перезаряда. Так как СД^>Сі , т о постоянная времени

перезарядной цепи резко возрастает. Длительность им­ пульса tm определяется в основном постоянной времени цепи RiCs.

Ввиду того что в мультивибраторе по рис. 1.10 фор­

43

порядков по сравнению с мультивибратором по рис. 1.8. Так, при выборе сопротивления разрядного резистора^/

рующих цепях импульсных генераторов вместо линейного конденса­ тора в диапазоне (20 ... 70) °С позволило улучшить температурную стабильность длительности импульса примерно в 6—7 раз.

44

Автоколебательный симметричный мультивибратор с мостовыми элементами

Длительность импульса симметричного мультивиб­ ратора, выполненного по рис. 1.12,а [63], определяется временем заряда емкости хронирующего конденсатора через резистор, изолированный по постоянному току от базовой цепи транзистора. По этой причине выбор ве­ личины сопротивления этого резистора не связан с вы­ бором режима транзистора и максимальная величина его (лимитируемая лишь обратным током кремниевых диодов) может быть взята равной сотням килоом. Это

товыми элементами:

о — схема; 6 — временная диаграмма ис[Н).

обеспечивает при значениях емкости хронирующего кон­ денсатора 0,1 мкФ генерирование импульсов на началь­ ной и средней частях миллисекундного диапазона.

При запертом транзисторе Т2 осуществляется заряд С1 от источника Ек через эмиттерный переход открытого транзистора 77 и резистор R1. При этом диоды Д1 и Д6 закрыты. В момент достижения напряжением на конденсаторе С1 значения Е0 диод Д1 открывается, фиксируя потенциал правой обкладки С1 на уровне Е0. Происходит опрокидывание схемы. Транзистор Т1 за­ крывается, а транзистор Т2 открывается.

Управляющее напряжение Е0 создается низкоомным делителем RsRi и регулируется величиной 7?з- Как вид­ но из рис. 1.12,6, при изменении величины Е0 изменя­

45

ется длительность генерируемых мультивибратором импульсов 4 і -

Определим длительность 4,- Для этого перенесем на­ чало координат на рис. 1.12, б в точку О,. С учетом пе­ реноса начала координат закон "изменения абсолютного

формирование импульса 4г-

1.2.Прецизионное устройство регулируемой

длительности импульса

Высокоточное устройство регулируемой длительности импульса представляет собой преобразователь напря­

во второе устойчивое состояние; при этом генератор пилообразного напряжения (ГПН) начинает вырабаты­ вать пилообразное напряжение, длительность прямого хода которого определяется моментом сравнения на­ пряжения ГПН с опорным напряжением Еа\ в момент сравнения напряжений сравнивающее устройство (СУ) вырабатывает кратковременный импульс, возвращаю­ щий триггер в первое устойчивое состояние. Выходное напряжение снимается с коллектора одного из транзи­ сторов триггера и имеет прямоугольную форму. Регу­ лировка длительности импульса осуществляется регу­ лировкой управляющего напряжения Е0.

46

и

Рис. 1.13. Прецизионное устройство регулируемой длительности:

а — схема; 6 — временные диаграммы.

Для обеспечения пределов регулировки длительно­ сти импульса в миллисекундном диапазоне необходимо, чтобы максимальное значение длительности рабочего хода ГПН, соответствующее максимальной зеличине управляющего напряжения £омакс, измерялось сотнями миллисекунд.

Схемы триггеров и сравнивающих устройств, входя­ щих в блок-схему рис. 1.13 и принципиальную схему рис. 1.14, широко освещены в литературе {2, 8, 10, 53]. Схемы же ГПН с большой длительностью рабочего хо­ да при значениях коэффициента нелинейности £<1% освещены недостаточно, поэтому в основном в § 1.2 рассмотрены схемы ГПН с длительностью рабочего хода, лежащей в миллисекундном диапазоне.

Генератор пилообразного напряоісения с большой постоянной времени заряда конденсатора

В транзисторных генераторах пилообразного напря­ жения с использованием заряда конденсатора в течение рабочего хода максимальная длительность fpae не пре­ вышает 1 мс. При заданном отношении fpaе/т повышение

47

^раб требует увеличения постоянной времени заряда кон­ денсатора x= R kC. Последнее можно осуществить лиоо увеличением емкости конденсатора С, либо увеличением значения Rk. Одндио первое приводит к возрастанию длительности обратного хода і 0бр, а второе—к ухудше­ нию температурной стабильности схемы в связи с зави­ симостью амплитуды пилообразного напряжения Um (из-за наличия члена IKoRi<) от температуры: Um=-(EK

—IkoRk) (^раб/т).

Рпс. 1.14. Генератор пилообразного напряжения с большой постоян­ ной времени заряда конденсатора.

Постоянная времени цепи заряда конденсатора зна­ чительно возрастает при включении цепочки R1Д1 (рис. 1.14) [75]. Диод Д1, предназначенный для разряда конденсатора С во время обратного хода, закрыт в тече­ ние рабочего хода. В качестве Д1 взят кремниевый диод, обладающий значительным обратным сопротивлением бобрПри выборе і'!к<§:/?і<СГобр шунтирующим действием Д1 в течение рабочего хода можно пренебречь, а по­ стоянную времени заряда конденсатора x— {RK+ Ri)C можно значительно увеличить по сравнению со схемой

ГПН с корректирующими цепями

Схема с корректирующими цепями (рис. 1.15) в связи с отделением ключевого каскада от времязадающих це­ пей кремниевыми диодами, обладающими небольшими значениями обратных токов /о, позволяет выбирать

48

значения сопротивлений хронирующих резисторов по­ рядка сотен килоом и тем самым реализовать генери­ рование пилообразных напряжений в миллисекундном диапазоне; 0а счет шунтирования основной времязадающей цепи RC дополнительной цепью ЯіС4 и за счет питания обеих цепей от одного и того же источника Е через общее сопротивление резистора R2 удается сни­ зить коэффициент нелинейности пилообразного напря­ жения до значений £<; 1 % [4, 18, 74].

Рис. 1.15. ГПН с корректирующими цепями:

а — схема; б — зависимость £=ф(</< в).

В течение рабочего хода ключ разомкнут; при этом основная зарядная цепочка RC и дополнительная RiCi питаются через общее сопротивление резистора Ri от источника Е: Уменьшение зарядного тока через цепоч­ ку RiCi в процессе заряда С1 и связанное с этим уменьшение падения напряжения на общем сопротивле­ нии резистора R2 способствует стабилизации тока за­ ряда емкости конденсатора С. При замыкании ключа К диоды Д и Д1 открываются и конденсаторы С и С1 разряжаются. В качестве ключа К используется тран­ зисторный ключевой каскад либо тиристор.