Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем, страница 47

ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Напряжение пилообразной формы (рис. 12.1) характеризуется двумя промежутками времени: временем рабочего хода с,ы в течение которо~о напряжение изменяется по линейному закону, и временем обратного хода с,в, в течение которого напряжение возвращается к исходному значению. Закон изменения напряжения за время обратного хода обычно несуществен, однако необходимо выполнение условия с,в ъ. срвр. Различают положительное и отрицательное, а также нарастающее и спадающее пилообразные напряжения.

На рис. 12.1 приведены положительное нарастающее пилообразное напряжение (л), положительное спадающее (б), отрицательное спадающее (в) и в) отрицательное нарастаюшее напряжение (г). Для получения пилообразного напряжения в схеме генератора 11 необхошсмо обеспечить в течение времени с в заряд или разряд некоторого конденсатора большой д емкости постоянным таком. Действительно, если 1с —— сопл!, то напряжение на конденсаторе в ггис. 12.1 301 7. Зашунтируем резистор К цепью, состоящей из последовательно соединенных резистора К' и диода Дг (на рис, 11.10 цепь показана штриховыми линиями), и определим сопротивление резистора К', при котором с, „= 5 мксг К = П/К вЂ” 1/К)-' = 10 «О .

ЭОО Ф 1'с = ) (1с/С) с(С = (1с/С) (Сг — сг). ь гс (12.1) т. е. для получения идеальной линейности напряжения на конденса- !а 1с(рз) = (Е„/К„) е (12.8) (12.3) 1« К„= !7„/Е„= ! — е *«, (12.9) к«е «и Ги Ки и т КС (! 2.10) тр (Кк (! К««кк«) С р тр ир ° рек и' кк« ! б 1 1Л«.«-«« .ь « Р«с. 1лг зоз з'оре Ус ток заряда должен быть постоянным. Напряжение Ус для большинства генераторов является выходным или передается на выход через повторитель.

Требование постоянства тока 1с вытекает также из выражения для скорости заряда (разряда) конденсатора постоянным током: )!7с/)г = 1,/С. (12.2) Чтобы оценить степень линейности напряжения за время рабочего хода гр«б, вводят коэффициент нелинейности (" с/к'Г)« = ь Я«сЮ, « (««Сс/«11)« - ь Подставляя (12.2) в формулу (12.3), получаем 1с (Р «) — 1с (рз) 1,(р,) Схема простейшего генератора линейно возрастающего напряжения и временные диаграммы входного и выходного напряжений схемы приведены на рис. 12.2, а, б. В исходном состоянии транзистор находится в режиме насыщения. Пренебрегая остаточным напряжением !1 насыщенного транзистора, следует принять, что !1с(0) -О.

В момент времени Г«транзистор под действием входного импульса запирается. Если не учитывать время переходных процессов в транзисторе, то можно считать, что ток через конденсатор в момент времени г, скачком возрастает до значения 1с (р«) Ек/К (12.5) По мере заряда конденсатора напряжение ис возрастает по экспоненциальному закону с постоянной времени т, = К«С, стремясь к значению Е. — 1кв«К.: ис(г)=(Ек — 1кюК«)(! — е '«) ъЕ„(1 — е "). (12.6) Ток 1с уменьшается с той же постоянной времени: 1с(р) = (Ек/Кк) е '«. (12.7) В момент времени рп когда транзистор снова открывается, ток через конденсатор Формула (1 2.4) с учетом выражений (1 2.5) л (1 2.8) приобретает вцл где !1« = Ек (1 — е '«) — амплитуда выходного напряжения.

При р„к т, разложим экспоненту е '«~' в степенной ряд и ограничимся первыми двумя членами, Тогда формула (12.9) будет иметь вид После момента времени гз транзистор открывается и под действием базового тока 1б рр Е„/Кб ток коллектора изменяется по экспоненпиальному закону с постоянной времени разряда конденсатора где К,„„— выходное сопротивление транзистора, включешчого по схеме ОЭ.

Время обратного хола, определяемое с момента времени гз до момента времени, когда транзистор входит в режим насыщения, определяется формулой (151 (12.11) ( 16 1с (12) Иб 1ки Кк Кб Вводя в формулу (12.11) величину степени насыщения транзистора Я, получим Г«бр (12.12) Таким образом, для уменьшения времени обратного хода следует увеличивать степень насыщения транзистора.

Однако при этом выходное напряжение генератора задерживается относительно момента подачи входного сигнала на время г обусловленное рассасываиием носителей в базе. 812.2. УЛУЧШЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГЕНЕРАТОРОВ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Если требуется получить коэффициент К, < 10%, используют токостабилизнрующне нелинейные элементы в цепи заряда или разряда выходного конденсатора, Таким элементом является, например, транзистор, включенный по схеме ОБ.

При заданном токе эмиттера 7,= сопке дифференциальное сопротивление коллекторного перехода транзистора г, = г«1«,а/Ы„ составляет 10а Ом и более. Таким образом, при изменении приложенного к транзистору напряжения (7«а ж П ток через транзистор практически постоянен. Схема генератора падающего напряжения с транзисторным стабилизатором тока в цепи разряда конденсатора и временные диаграммы входного и выходного напряжений приведены на рис. 12.3, а, б. В исходном состоянии коммутирующий транзистор Т«открыт и насыщен.

Условие насыщения транзистора 7«имеет вид Ка < К„б или Ка = К„(3 . /5. (12.13) В коллекториой цепи токостабилизирующего транзистора Т«, находящегося в активном режиме, протекает ток 1«г = ««гуж Ез/Кз Так как транзисторы Т, и Т, соединены последовательно, то и через транзистор Т«протекает ток 1к = 7к, = 1„,.

Таким образом, в исходном состоянии схемы конденсатор С заря«лен до напряжения Ус(0) = С««(0) = Š— 1кК = Š— = Е', (1214) Е,К, с «за * — к К вЂ” к. При запнрании транзистора Т, скачком напряжения потенциал на конденсаторе скачком измениться не может. Поэтому в момент времени Ч ток через конденсатор скачком (если пренебречь переходными процессами при переключении транзистора Т«) возрастает от нуля до значения 1с (г«) = 1а = пЕ,/К Затем конденсатор С разряжается через транзистор Тз.

Изменение тока разряда С за время действия входного импульса определяется изменением напряжения на коллекторе Т, и выходным сопротивлением транзистора, включенного по схеме ОБ: (12.16) А7«2 Аус = АУ«б/К«заза — «««/гк Из формул (12Л5) и (12.16) получим (12.17) Е, цзг„у,зазг„' Амплитуду выходного напряжения можно определить по фор- муле '(с ц~«Е«гк С " К,С (12.18) Подставляя (12.18) в (12Л7), будем иметь К, гк/(г«С). (12Л9) По окончании входного импульса в момент гз транзистор Т, быстро насьпцается (здесь можно пренебречь переходными процессами при отпирании транзистора Т,) и конденсатор заряжается с постоянной времени тз (Ккк«за к Кк) С К С. 'Ф' ч 3 л,к АЯ ! —.а .« а! Ряс.

Епз Таким образом, г,~ = (3 кг 5) т, = (3 —: 5) К«С. Стабилизация тока конденсатора во время рабочего хода может осуществляться также с помощью обратной связи, вводимой в схему так, чтобы в зарядной цепи конденсатора С создавалось компенсирующее напряжение (У„„, пропорциональное изменению напряжения на конденсаторе и складывающееся с постоянным напряжением питания. Принципиальная схема генератора линейно падающего отрицательного напряжения с токосгабилизирующей обратнсй 11 Заказ Эа 551 505 — Е к ! 1г„ ь '" Ек Рыа И.4 связью представлена на рис.

12.4, а. Транзистор Т, в этой схеме выполняет функцию ключевого элемента. Транзистор 70, включенный по схеме эмиттерного повторителя„осуществляет обратную связь, обеспечивая постоянство потенциалов на резисторе Кк и тем самым постоянство зарядного тока. При подаче на вход схемы положительного импульса напря;кения [рис. 12.4, б) транзистор Т, запирается и конденсатор С заряжается через открытый в исходном состоянии диод и резистор К„. Изменение напряжения Л(/с передается через эмцттерный повторитель, выполненный на транзисторе Тх, в точку лх, н диод закрывается. После запирання диода процесс заряда конденсатора С определяется напряжением на конденсаторе С0, который при достаточно большой емкости Св можно в данном случае рассматривать как источник постоянного напряжения.

По окончании входного импульса и отпирания транзистора Т, конденсатор С разряжается через транзистор Т,. находящийся в активной области, так как 1/м 000, ! Оы ! = ! 1)с! > Ое. Время обратного хола определяется по формуле (!2.12). Напряжение 11с = Вы во время обратного хода уменьшается почти до нуля. Диод открывается, а транзистор Т, входит в режим насьпцения. Отпирание диода позволяет конденсатору С0 снова перезаряднться до напряжения, близкого к Ек. Длительность подзаряда конденсатора С0, определяющая восстановление исходного состояния схемы, равна 1»в»к» = (3 —: 5) (гв + Квы».

) Со (12.21) где г„— поямое сопротивление открытого,анода; К,„„в — выходное сопротивление эмнттерного повторителя. Козффшщент нелинейности данной схемы генератора К„= — "-1(1 — Кв) К„+ — + '— — . (12.22) С„Г С Кк Ек С0 Квхы + Кк Амплитуда выходного напряжения и„, = К»Е. „,(К„С) = Е„г„/(К,С). (12.23) Нагрузка. подключенная к выходу эмиттерного повторителя, по сравнению с предыдущей схемой меньше сказывается на коэффициенте нелинейности, поскольку нагрузкой транзнсто(ях Т, в данном случае служит входное сопротивление эмиттерного повторителя К,„„=(1+ Р)(а !!К,!! Кк). (12.24) Из формулы (12.24) следует, что для повышения нагрузочной способности схемы следует увеличивать сопротивление резистора К Поэтому для обеспечения нормального режима эмиттерного повторителя при большой величине К, вводят дополнительный источник питания Е„ Вместо змиттерного повторителя (рнс.

12.4»а) можно использовать операционный усилитель, выполняющий функции усилителя с коэффициентом усиления, близким к единице (рис. 12.5, а). Задавая коэффициент усиления схемы с помощью резисторов К, и Кх, можно получить минимальный коэффициент нелинейности, определяемый формулой (153 С0 КвхоУ / Ек где Км 1+(К,/К,) — коэффициент усиления неинвертирующего операпионного усилителя с обратной связью; К,коу, К„,„оу — входное и выходное сопРотивлениЯ опеРационного усилителя с обратной связью соответственно. Полагая, что 1 — К + — + Кк + Квы»ОУ = О, и учитывая, С0 КвхоУ что К коу/К „оу-вО, после несложных преобразований найдем отношение Кх/К„прн котором коэффициент нелинейности близок к нулю: Кх С К.