Схемотехника імпульсних пристроїв (стр. 3 из 3)
const, а не змінюється по закону: Uc(t)=Um(1-e-t/τ).
Дійсно, dUc(t)dt=ic(t)/C, тобто лінійне збільшення напруги на ємності буде тільки при ic(t)=const
Задача забезпечення постійності струму заряда ємності може вирішуватись одним з наступних методів:
1) Включення в коло заряду стабілізатора струму
Чим менше абсолютна нестабільність ∆iст стабілізатора струму, тим більшою буде постійність струму заряду ємності С, тим вище лінійність наростання напруги на ємності під час робочого ходу Троб. В якості стабілізатору струму може бути використаний БТ.
2) Застосування стабілізатору струму із зворотнім зв’язком
Перший метод не дозволяє отримати потрібну лінійність зміни напруги ГПН із-за великої залежності струму стабілізатора від зовнішніх факторів( наприклад, великої залежності струма колектора БТ від зміни температури його переходів).
Застосування стабілізаторів, охоплених від’ємним зворотнім зв’язком по струму, дозволяє зменшити величину ∆iст та забезпечити високу стабільність характеристики стабілізатора.
3) Застосування компенсуючої напруги.
При даному методі заряд ємності здійснюється через резистор R від двух джерел: джерела ЕРС Е і джерела компенсуючої напруги Uком .
Джерело Uком компенсує зменьшення напруги на опорі R, яке має місце зі збільшенням напруги на ємності С. При цьому напруга на опорі R і величина току, що протікає через нього, і який є током заряда ємності С, залишається незмінним під час її заряду.
ГПН компенсаційного типу дозволяє забеспечити найбільш високу лінійність пилоподібної напруги.
Найпростіший транзисторний генератор пилоподібної напруги
Генератор складається з транзисторного ключа на БТ, що включений по схемі ОЕ і конденсатора С.
Стан ключа визначається управляючими імпульсами напруги U1. Вихідна напруга U2 знімається з конденсатора С.
У вихідному стані транзистор ключа відкритий і насичений відповідним вибором Rр і Rк:
iб 
=Iб нас.
Конденсатор С практично розряджений, тому що потеціал колектора насиченого VT Uк=0, ємність роздільного кола заряджена до значення Е( мал. 7.11б).
При подачі на вхід ключа імпульсу додатньої полярності транзистор зачиняється і конденсатор С заряджається від джерела Ек через опір Rк і внутрішній опір джерела Ек по закону Uc(t)=Eк(1-e-t/RкC). Напруга на ємності зростає лінійно тільки на обмеженій ділянці на початку заряду, цьому для отримання необхідного коефіціента нелінійності γ:
γ=Um/Eк при заданому значенні амплітуди напруги Um необхідно напругу джерела Ек вибирати значно більше амплітуди вихідної напруги Um,і воно може виявитись ьільше допустимої напруги на колекторі Uк доп.
Діод VD, підключений до джерела Е0,запобігає пробою транзистора, якщо з якихось причинтранзистор виявиться закритим напротязі часу, значно перевищуючого Троб, або трапиться обрив в колі конденсатора С.При збільшенні від’ємної напруги на колекторі VT на рівні Е0.
По закінченню управляючого імпульсу напруги на вході ключа(момент t2) транзистор відкривається і переходить в режим насичення і конденсатор розряджається через його малий опір( і паралельно через Rк і через джерело Ек ) значно більшим струмом, ніж струм заряду. Цьому Тзвор отримується менше Троб.
В процесі розряду ємності С схема ГПН повертається у вихідне положення.
На транзисторі VT1 зібраний ключ, забезпечуючий періодичний характер роботи ГПН. Управляючі імпульси додатньої полярності подаються через розділяюче коло RpCp на базу транзистора VT1 і змінюють режим його роботи як в схемі звичайного ключа. На транзисторі VT2 зібраний підсилювач з від’ємним зворотнім зв’язком через конденсатор С.
У вихідному стані транзистор VT1 відкритий і насичений за рахунок відповідного вибору опорів Rp i R , напруга на його колекторі Uк1≈Ее прикладена до переходу Б-Е VT2. При цьому він закритий, напруга на його колекторі Uк2 ≈-Ек, а конденсатор С заряджений до напруги Uc=Eк+Ее.
В момент t1 транзистор VT1 закривається додатнім перепадом U1. При цьому додатний перепад вхідної напруги, інвертованний ключем на VT1, прикладається до ділянки Б-Е VT2 і відкриває його. Тобто в момент t1 виникають умови для розряду конденсатора С.
В момент t1 вихідна напруга U2 стрибком збільшується на величину е1 (див.мал.7.13г) U2(t1)=-(Eк+e1). Це пояснюється тим, що в цей момент часу найбільша частина струму розряду конденсатора замикається по колу: +С→R→Rк та створює на Rк напругу URк з полярністю, що показана на мал. 7.13а. URк=е1, яке складається з ЕРС джерела Ек та збільшує від’ємний потенціал колектора МЕ2 на величину е1.
З переходом транзистора VT2 в активну область, його опір різко зменшується і більша частина струму розряду ємності С замкнеться через нього по колу: +С→R→джерело Ек→┴→Е-Б-КVT2→-C, а меньша – через Rк.
При відкриванні транзистора VT2 з’являється його струм бази іб, який протікає через опір R в тому ж напрямку, що і струм розряду ємності іс. Сумарний струм (іс+іб)=іR створює на опорі R напругу від’ємного зворотнього зв’язку UR=(ic+iб)R, яке прикладається до бази транзистора VT2. Механізм стабілізації струму розряду ємності за рахунок зворотнього від’ємного зв’язку полягає у наступному.
Зменьшення напруги на ємності передається на базу VT2 та приведе до більш сильного відкривання транзистора, в результаті потенціал його колектора, а звідці і правої обкладки С зменшується. В результаті зменшуються напруга на конденсаторі в процесі його розряду буде менше, ніж при його розряду без від’ємного зворотнього зв’язку.
Крім цього, зменшення струму розряду іс веде до зменшення напруги на опорі R:
↓UR=(↓ic+iб)R,
яка є напругою від’ємного зворотнього зв’язку по струму, в результаті від’ємна напруга на базі VT2 Uбе:
↓Uбе=-Ек+(↓іс+іб)R
збільшується, приводить до більш сильнішого його відкривання і зростання струму бази. Таким чином, зменшення струму розряду іс приводить до автоматичного збільшення струму базі іб, в результаті струм через опір R і напруга на ньому в процесі розряду залишаються постійними. Через те, можливо стверджувати, що розряд кондесатора С через опір R відбувається постійним струмом, а вихідна напруга ГПН лінійно зменшується від –Ек до значення залишкової напруги на колекторі VT2. Аналіз фізичних процесів в розглянутій схемі ГПН дозволяє віднести його до компенсаційних генераторів. І дійсно, в ньму забезпечується постійність напруги на опорі R в процесі розряду ємності С за рахунок компенсації зменшення напруги на ньому збільшенням напруги, що створюється зростаючим струмом бази.
В момент закінчення керуючого імпульсу t2 транзистор VT1 відкривається, напруга на його колекторі стає рівною +Ее, що призводить до запірання VT2. Після цього конденсатор С заряджається через відкритий транзистор VT1 та опір Rк до величини напруги Uс=Eк+Ее і схема повертається в початковий стан.
Стрибки напруги е1 і е2 на колекторі VT1, при його запиранні і відпіранні, відносно великі. Через конденсатор С вони передаються на вихід ГПН, що не є бажаним, особливо е1, під час робочого ходу вихідної напруги.
Для усунення цього явища, послідовно з конденсатором С включають резистор r, підбираючи його величину так, щоб стрибок напруги на ньому, в момент початку розряда С, був рівний скачку напруги на опорі Rк і компенсував його. Тоді вихідна напруга ГПН U2 буде змінюватись.
Лінійність вихідной напруги, в розглянотому ГПН на транзисторах нижче, ніж в його лампових аналогах, що пояснюється наявністю змінного вихідного струму VT2. Однак, він може бути усунений, при використанні в ГПН МДП-транзисторів.
Література
1. Гусев В.В. Основы имульсной и цифровой техники. М. Сов. Радио. 1975г.
2. Брамер И.И. Импульсные устройства. М. Сов. Радио. 1986г.