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

... 10а раз больше длительности обратного хода, то с до­ статочной для практических расчетов точностью можно

нии на затворе, равном нулю.

Частоту пилообразного напряжения можно регули­

где іст(н,ч) —ток стока полевого транзистора при напря­

Рис. 2.18. ГПН с полевым транзистором в цепи заряда конденсатора:

а — схема с разрядом конденсатора через неоновую лампу: б — временная диаграмма; в — схема с нстоковым повторителем.

80

Коэффициент Нелинейности Определяется выражением

где іСТІі— начальное значение тока стока (ток стока при напряжении на стоке, равном f/CTl); іотк— конечное значение тока стока (ток стока при напряжении на сто­ ке, равном Нст2). Значения /ст п и і0тю входящие

в (2.22), определяются по выходной характеристике і'ст(^ст) при рабочем значении на затворе и3.

Врассмотренной схеме при подключении ннзкоомной нагрузки коэффициент нелинейности значительно возрас­ тает по сравнению с величиной, определенной по фор­ муле (2.22).

Всхеме рис. 2.18,в с истоковым повторителем [16] роль ключа Кл может выполнять неоновая лампа [1], двухбазовый диод, транзисторный эквивалент двухба­ зового диода (см. гл. 3) или любой другой переключаю­ щий элемент [43]. В этой схеме коэффициент нелинейно­ сти £ и частота автоколебаний F не зависят от величины нагрузки; коэффициент нелинейности значительно мень­ ше, чем в схеме на рис. 2.18,а, за счет введения в истоковую цепь резистора R1, осуществляющего отрицатель­ ную обратную связь по току; введение регулируемого

резистора R1 позволяет осуществлять регулировку ча­ стоты автоколебаний ГПН за счет изменения напряже­ ния на затворе относительно истока.

В случае выбора полевого транзистора типа КП102Е при измене­ нии напряжения на затворе от и3= 0 до ы3= + 1,2 В, ист от UСті = = —10 В до Uст2= —3 В (см. рис. 2.7) и при значении емкости кон­ денсатора С=0,05 мкФ в соответствии с формулами (2.20), (2.21) и (2.19) частота автоколебании изменяется от значения ЕМакс = 1 кГц до значения Дміш=0,14 кГц, т. е. при значении емкости конденсато­ ра С=0,05 мкФ обеспечивается регулировка периода на начальном участке миллисекундного диапазона: 7’ЫПп = 1 мс, Гыако= 7 мс. Верх­ нее значение периода миллисекундного диапазона (7=1000 мс) мо­ жет быть'обеспечено лишь при значении емкости С= 7 мкФ.

Схема ГПН второго рода с отрицательной обратной связью по напряжению изображена на рис. 2.19 [16]. Схема отличается от широко известной [2, 10, 21, 22, 31, 38, 52] лишь включением вместо биполярного транзи­ стора гибридной схемы, состоящей из полевого и бипо­ лярного транзистора. В качестве полевого транзистора используется транзистор, работающий в режиме обога­ щения (на рис. 2.19 изображен МДП-транзистор с ин-

ном диапазоне приходится брать-значительной величины емкость конденсатора С. При этом длительность обрат­ ного хода ГПН соизмерима или даже превышает дли­ тельность прямого хода, а габариты конденсатора не­ приемлемы для использования в гибридных интеграль­ ных схемах.

В ГПН, выполненном на полевом транзисторе, коэф­ фициент нелинейности определяется формулой

Если ГПН с отрицательной обратной связью собран на одном полевом транзисторе, то значение KU= S R K\ при этом, если 5 = 5мА/В и RK = 2 кОм, то £»10%.

Если применить в ГПН гибридную схему, состоящую

В схеме рис. 2.19 даже в случае применения биполяр­ ного транзистора со значением ß = 10 величина коэффи­ циента нелинейности £<1%, а при значениях ß> 10 ве­ личина £< 1%.

82

Рис. 3.1. Автоколебательный мультивибратор на ЭДД с улучшенны­ ми характеристиками:

синхронизации положительными импульсами; д — временная диаграмма ис при синхронизации отрицательными импульсами.

Принимая /зармішяі-Б(1—t\)fR и учитывая (3.1), по­ лучаем

Транзистор ТЗ и диод Ц2 установлены в схеме для компенсации температурного дрейфа пороговых напря­ жений открывания транзистора 77 и диода Д1. Напря­ жение открывания ЭДД в этом случае меньше напря­ жения, сформированного делителем RiRz, на величину падения напряжения на переходе эмиттер — база тран­

84

зистора ТЗ и на диоде Д2((Уд0). В то же время конден­ сатор должен быть заряжен до напряжения UCB, превы­ шающего порог открывания ЭДД на величину порого­ вых напряжений открывания транзистора Т1 и диода Д /. Вычитаемое и прибавляемое напряжения не одинаковы, но очень близки, а изменения этих напряжений под влиянием температуры практически равны и противопо­ ложны по знаку.

Для компенсации остаточного напряжения на конден­ саторе, которое в рассматриваемой схеме возрастает на

транзистора Т4 обеспечивается выбором сопротивления

резистора R5^f>mm{Ri+R2 ) ■

Эффект совместного действия цепей компенсации тем­ пературного дрейфа пороговых напряжений демонстри­ руется рис. 3.1,в. Здесь сплошная кривая соответствует температуре f 1, при которой остаточное напряжение и

напряжение возбуждения . ЭДД равны соответственно Дггн и Ucві. При повышении температуры до значения t°z указанные напряжения понижаются до UcН2 и Ucв2 в та­

кой пропорции, что длительность промежутка между

а температурное изменение его At/'o~2,l Д/Уд0. Напряже­ ние в средней точке делителя составляет

85

Влияние обратного тока /0ср диода Д1 на процесс за­ ряда конденсатора учтем, включив параллельно рези­

Учитывая, что согласно (3.3) при максимальной тем­ пературе /?обр>Дмакс (при + 100°С имеем Добр=ЮМОм и /?мако=100 кОм), можем при нормальной температуре пренебречь влиянием Добр на %' и считать

86

Выразим значение R через Д4, воспользовавшись условием запирания ЭДД, которое в данном случае име­ ет вид

Отсюда минимальная величина времязадающего сопро­ тивления

87

меньшее значение принимаем за исходное, при этом, пользуясь (3.24) и (3.25), получаем Тумаке= 220 Ом и

°fo= 1,12%.

Таким образом, при температурах до +100°С моди­

1,12%. Для диапазона температур до +60°С значение („ изменяется от 1,62 до 81 мс при более высокой стабиль­ ности.

Известен способ, позволяющий обеспечить работу мультивибратора даже при таком выборе R, когда нару­ шены условия возбуждения. Для этого в схему пода­ ются небольшие по амплитуде, но достаточные для воз­ буждения ЭДД, синхронизирующие импульсы, период следования которых ГсішхрСАі. Такие импульсы отрица­ тельной полярности можно подавать на выход ЭДД, а положительной полярности — на вход через конденса­ тор С, включив дополнительный резистор R6 (рис. 3.1.а— пунктир).

При синхронизации положительными импульсами на экспоненциально-нарастающее напряжение ис наклады­ ваются суммирующиеся с ним положительные импульсы с амплитудой Uсішхр, следующие с периодом ТСШПф (рис. 3.1,а). В момент, когда сумма [НС(М +Нмшхр] пре­ высит UCB, произойдет возбуждение ЭДД за счет энергии импульса синхронизации. Параметры синхронизирующей последовательности выбираются следующим образом. Амплитуда имульса синхронизации должна быть

88

и

Следовательно, амплитуда синхроимпульса должна быть весьма стабильной. Практически несложно обеспечить АÜ синхр —0,01_£ и исключить влияние его на аг .

Если синхронизация осуществляется отрицательными импульсами, то их воздействие понижает порог возбуж­ дения, что эквивалентно сложению синхроимпульса и на­ пряжения на конденсаторе. Поэтому все выражения для синхронизации положительными импульсами справед­ ливы и при синхронизации отрицательными импульсами.

При синхронизации стабильными по амплитуде им­ пульсами любой полярности с периодом повторения Т’синхр^W1000 стабильность длительности паузы tn определяется теми же процессами и выражениями, что и в схеме без синхронизации.

При наличии синхронизации, как видно из расчета по формуле (3.25), можно использовать Дмакс—440 кОм. Тогда при Псшіхр= 0,8 В получим (для С= 0,1 мкФ) мак­ симальную длительность паузы 7пмакс= 32,1 мс, т. е. в 3.21 раза больше, чем без синхронизации.

Существует возможность еще большего увеличения Ямакс и tnмакс. Для этого нужно последовательно с дио­ дом Д1 включить еще несколько диодов. Вследствие сложения сопротивлений £ 0бр ток /0бР уменьшится и со­ гласно (3.25) возрастет Дмакс-

Заметим, что в модифицированной схеме временная нестабильность частоты повторения импульсов может превысить временную нестабильность в простой схеме (она определяется среднеквадратичным отклонением AFn~ ± 3 - 1 0 -4 по результатам эксперимента) максимум в три раза. В действительности при экспериментальных исследованиях модифицированной схемы получено зна­ чение ДЕП~ ± 6 - ІО-4, т. е. в 1,7 раза больше, чем в про­ стой схеме.

В ждущем мультивибраторе, построенном по такой схеме, получаем из выражений (3.24) и (3.25) при а = 1 сопротивление Дмакс= 63 кОм, -Бамако— 7 кОм. Как видно, здесь максимальная величина R ограничена не услови­ ем (3.3), а заданной стабильностью (з1р0о с == 0,05),