книги / Электронные генераторы. Фильтры

растает магнитный поток. В обмотке WOC при этом трансформируется напряжение:

Под действием UОС протекает ток базы iБ и происходит заряд конденсатора С этим током с полярностью, указанной на схеме. Ток заряда конденсатора (а значит, и ток iБ) по мере заряда С уменьшается от максимального значения IБт (при t = t2) до IБ н (при t= t3) по экспоненте [4]:

R1 ≠ 0 τз = С(R1 + Rвх ) .

В некоторый момент времени iБ станет меньше IБ н. Однако при этом в базе остается значительное количество избыточных носителей и транзистор все еще находится в насыщении в течение tр (времени рассасывания). После рассасывания избыточных носителей в базе в момент t3 транзистор выходит из насыщения в активный режим (за все время нахождения транзистора в режиме насыщения напряжение на его коллекторе было почти равно нулю, точнее UКЭ min ). Этот этап называют форми-

рованием вершины импульса с продолжительностью tи. Из формулы (3.55) можно найти tи. При R1 =0

191

После выхода транзистора из насыщения начинается следующий этап – обратный блокинг-процесс.

Обратный блокинг-процесс. Как только транзистор выйдет из насыщения, ток коллектора iК начнет уменьшаться, а напряжение UКЭ увеличиваться. При этом напряжение на обмотке W1 уменьшится, в соответствии с формулой (3.54) уменьшится UОС и ток iБ и еще больше уменьшится ток iК. Процесс закрытия под действием обратной связи развивается лавинообразно, и транзистор очень быстро (так же быстро, как и при прямом блокингпроцессе) закрывается и переходит в режим отсечки. Напряжение UОС становится равным нулю, а напряжение на базе − отрицательным и равным максимальному напряжению UСт нa конденсаторе, до которого успеет зарядиться конденсатор. Под действием запасенной энергии в магнитном поле трансформатора происходит увеличение напряжения на коллекторе закрытого транзистора сверх Eп на величину ∆UК, называемую выбросом (увеличение напряжения на ∆UК обусловлено ЭДС самоиндукции отключения). Для транзисторов особенно важно уменьшить величину выброса до минимума, так как допустимое напряжение UКЭдоп у транзисторов невелико. Для уменьшения выброса включают вентиль VD так, как показано на схеме пунктиром. При обратном блокинг-процессе формируется положительный фронт напряжения tф+ на коллекторе.

Импульс напряжения с коллектора передается в нагрузку через конденсатор Ср (как показано на схеме) или при помощи третьей обмотки трансформатора. После закрытия транзистора в момент t4 начинается новый этап, называемый паузой.

Пауза. После запирания транзистора начинается медленный разряд конденсатора С, такой же как рассмотренный вначале. Процесс разряда аналогичен такому процессу в мультивибраторе, поэтому и ход вычисления tп такой же. Разряд происходит

с постоянной разряда τр = RC до момента t5 , когда UС (а значит, и UБ ) уменьшится до нуля, а затем конденсатор перезарядится до Uпор по цепи от +Еп через R1. Транзистор приоткроется, и начнет-

192

ся прямой блокинг-процесс. С момента t5 все процессы будут повторяться в последовательности, рассмотренной выше. Длительность паузы tп можно найти из уравнения (3.6), определив пред-

ВеличинуUСт можно принять равной nОСEп , так как в течение импульса tи с учетом времени рассасывания при выходе из насыщения конденсатор С заряжается почти полностью. Период повторения Т определяется суммой tп и tи :

При большой скважности период повторения T определяется паузой:

Рассмотренная схема блокинг-генератора имеет низкую стабильность tп , а значит, и Т. Это вызывается целым рядом причин, основные из них следующие:

1. Ток IБ0 приводит к ускоренной разрядке С, как и в мультивибраторе (см. рис. 3.5,а). Но, кроме этого, ток IБ0 , равный IК0 , сильно зависит от температуры, поэтому с изменением температуры сильно изменяется и Т. Для уменьшения влияния IК0 на Т необходимо выбирать малую величину сопротивления R, чтобы

193

ток IК0 составлял малую долю в общем токе разряда. Обычно R

не должно превышать 50 кОм.

2. Кривая разряда конденсатора в момент открывания транзистора (при UБ Uпор ) пересекается с горизонтальной ли-

нией под малым углом. Малейшее изменение взаимного расположения кривой разряда и горизонтальной линии UБ = Uпор при-

водит к изменению tп . Для повышения стабильности сопротивление R, как правило, подключают к положительному полюсу источника смещения Eсм (или к положительному полюсу Еп ).

Тогда конденсатор стремится перезарядиться до +Еп и стабильность Т повышается.

3.6.2. Транзисторный блокинг-генератор в заторможенном (ждущем) режиме

Схема транзисторного блокинг-генератора в заторможенном режиме изображена на рис. 3.25,а.

Рис. 3.25

Блокинг-генератор в заторможенном режиме находится все время в таком состоянии, когда транзистор закрыт. Для этого в цепь базы транзистора вводится источник отрицательного

194

смещения Есм, как показано на рис. 3.25,а. Отрицательное напряжение − Есм закрывает транзистор и заряжает конденсатор С с полярностью, указанной на схеме.

Открывание транзистора производится подачей положительного запускающего импульса Uзап через Сзап на базу в момент t1 (рис. 3.25,б) или постепенным уменьшением напряжения на базе до открывания. Импульс Uзап после конденсатора Сзап превращается в остроконечный импульс U′зап. После открывания транзистора (t = t1) происходят прямой блокинг-процесс, формирование вершины импульса tи и обратный блокинг-процесс при t = t2, а затем транзистор остается закрытым до прихода следующего импульса, т.е. пауза продолжается до прихода следующего запускающего импульса Uзап. Очередной импульс Uзап может быть введен в базу только после того, как закроется транзистор, т.е. после обратного блокинг-процесса.

3.7.Синхронизация блокинг-генераторов

имультивибраторов

При рассмотрении мультивибраторов и блокинггенераторов было показано, что закрытое состояние транзистора определяет длительность полупериода T1(T2) в мультивибраторе и паузы tп в блокинг-генераторе. В свою очередь, закрытое состояние транзистора поддерживается за счет разряда емкости. Причем этот процесс разряда протекает совершенно одинаково в мультивибраторах и блокинг-генераторах, поэтому и момент

на T1(T2) и tп. Как уже было показано, стабильность T1(T2) и tп невысока. Очень важной особенностью мультивибраторов и блокинг-генераторов является способность их изменять частоту повторения импульсов под воздействием внешних управляющих импульсов (чаще эти внешние импульсы остроконечные, но могут быть и синусоидальные). Частота повторения импульсов при выполнении некоторых условий становится равной (или кратной) частоте повторения поступающих в схему внеш-

195

них импульсов, т.е. блокинг-генератор (или мультивибратор) начинает работать синхронно с устройством, вырабатывающим управляющие импульсы. Такой процесс называют синхронизацией, а внешние управляющие импульсы – синхронизирующими. Синхронизация блокинг-генераторов и мультивибраторов используется для стабилизации периода повторения импульсов внешними синхронизирующими импульсами, обеспечения синхронной работы двух или нескольких устройств, деления частоты. Для пояснения режима синхронизации достаточно рассмотреть временные диаграммы напряжения на базе закрытого транзистора совместно с синхронизирующими импульсами. На рис. 3.26 показаны эти диаграммы для транзисторного блокинггенератора.

Рис. 3.26

На рис. 3.26 видно, что при некотором отрицательном напряжении на конденсаторе в момент t1 на базу транзистора приходит положительный синхронизирующий импульс Uсинхр. При этом напряжение на базе

Если амплитуда Uсинхр будет больше остаточного напряжения UC, тo напряжение UБ станет положительным и начнется

прямой блокинг-процесс. Таким образом, при подаче синхрони-

196

зирующего импульса опрокидывание произойдет раньше того момента (t1′) , когда емкость разрядится до нуля. В этом

и заключается синхронизация. Каждое новое опрокидывание будет происходить в момент прихода последующих синхроимпульсов. Для достижения эффективной синхронизации необходимо, чтобы период повторения синхроимпульсов Tсинхр был меньше собственного периода повторения импульсов блокинггенератора Т0 без синхронизации, т.е.

При этом период повторения импульсов синхронизированного блокинг-генератора

Стабильность Т' при этом будет определяться стабильно-

стью Tсинхр, а не процессами внутри схемы. На рис. 3.26,б приведены диаграммы для случая, когда синхронизация производится

не каждым импульсом, а только k-м. При этом условие (3.59) принимает вид

где k = 1, 2, 3, ...

На рис. 3.26,б k = 5. Амплитуда первых четырех импульсов Uсинхр оказывается недостаточной для принудительного опрокидывания. Для этого случая

т.е. частота повторения выходных импульсов блокинг-

генератора F' будет в k раз меньше частоты Fсинхр. Это свойство широко используют для деления частоты.

197

По рис. 3.26,б нетрудно установить, что если увеличить амплитуду синхронизирующих импульсов, то принудительное опрокидывание может произойти раньше – при поступлении четвертого (или даже третьего) синхроимпульса. Поэтому для точного деления частоты не только должны выполняться условия (3.60), но и амплитуда синхроимпульсов должна быть вполне определенной.

Синхронизация мультивибраторов осуществляется точно таким же образом. Однако в мультивибраторе два транзистора, поэтому синхронизация может осуществляться или на одну базу, стабилизируя при этом Т, или на две базы, стабилизируя одновременно все интервалы: Т1, Т2 и Т. При этом условия (3.60) и требование к постоянству амплитуд синхроимпульсов при

k> 1 сохраняются.

3.8.Генераторы пилообразного напряжения (ГПН) или тока (ГПТ)

3.8.1. Пилообразные импульсы

Пилообразными называют импульсы напряжения (тока), у которых напряжение (ток) на некоторой части периода Т, называемой рабочим ходом, нарастает или уменьшается по линейному закону во времени, а затем спадает до нуля. Такие импульсы вырабатываются ГПН (ГПТ). Пилообразные импульсы напряжения широко используют в осциллографах и телевидении (для линейного отклонения электронного луча ЭЛТ по горизонтальной оси), для измерения временных интервалов, создания временной задержки импульсного сигнала и т.д.

Пилообразные импульсы тока широко используют для горизонтальной и вертикальной развертки в кинескопах (ЭЛТ) телевизоров.

Пилообразный импульс напряжения показан на рис. 3.27. Он характеризуется следующими параметрами: периодом повторения T, амплитудой Um, длительностью прямого хода (рабочего хода) tр,

198

где индекс «н.р» означает, что производная dU берется в нача- dt

ле рабочего хода, «к.р» – в конце рабочего хода.

Учитывая связь тока IС с напряжением конденсатора UС ( IС = C dUС dt ) и то, что напряжение U является напряжением

конденсатора, коэффициент γн (3.61) можно представить в виде, более удобном для практического использования:

где IC н.р, IC к.р − токи заряда конденсатора в начале и конце рабочего хода.

Коэффициент γн отражает тот факт, что по мере роста напряжения UС скорость нарастания его в реальных схемах не остается постоянной и график напряжения отличается от прямой.

199

3.8.2. Простейшие генераторы пилообразного напряжения

Принцип получения пилообразного напряжения. Пило-

образное напряжение почти всегда получают, используя процессы заряда или разряда конденсатора постоянным по направлению и величине током. Например, в схеме на рис. 3.28,а при разомкнутом ключе K происходит заряд конденсатора С, напряжение которого изменяется по следующему закону:

В момент замыкания ключа K конденсатор C разряжается до нуля и ток разряда I проходит через замкнутый ключ. При размыкании K процесс заряда повторяется. Таким образом, для получения пилообразного напряжения необходимы генератор тока и коммутирующий элемент (ключ K). Этот принцип заряда (или разряда) конденсатора постоянным током используется почти во всех генераторах пилообразного напряжения.

Рис. 3.28

Если ключ K включается и выключается самостоятельно внутри схемы без внешнего управляющего сигнала, то такой ГПН называется автоколебательным. Автоколебательные ГПН используют для развертки луча в ЭЛТ, так как развертка должна быть и при отсутствии внешнего сигнала.

Если ключ K управляется внешним управляющим сигналом Uу, то такой ГПН называют управляемым. Внешний сигнал также называется запускающим (Uзап) или синхронизирующим (Uсх).

200