книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

следовательно, н выходное напряжение цепи будут уменьшать­ ся по закону убывающей экспоненты (рис. 156, а):

и вых (0 — и вх (/)	11С(I) —	Пвх (I)	11ВУ. (t)
		t		t
= «вх(Ое		R C = % 4 t ) e		(77)

где x— RC — постоянная времени цепи.

Чем меньше постоянная времени т, тем быстрее заряжается конденсатор С и тем круче спадает выходное напряжение. Практически можно считать, что процесс заряда конденсатора

заканчивается за время,	равное трем постоянным времени цепи:
tz= 3RC. Очевидно, что	за это же время и выходное напряже­
ние упадет до значения,	близкого к нулю.
°— \\

Рис. 156. Дифференцирование и интегрирование прямо­ угольных импульсов

Внашем примере т<^тн, заряд конденсатора практически за­ канчивается в самом начале действия входного импульса и на­ пряжение на выходе имеет форму остроконечного импульса.

Вмомент окончания действия входного импульса конденса­ тор начнет разряжаться. Ток разряда, протекая через сопротив­ ление R, изменяется также по экспоненте и за такое же незна­ чительное время. Этот ток направлен в сторону, противополож­ ную току заряда, поэтому падение напряжения на сопротивле­ нии R будет противоположного знака. На выходе при этом появится второй остроконечный импульс отрицательной поляр­ ности.

Если жеО >тн,то конденсатор С за время действия входного сигнала не успевает сколько-нибудь заметно зарядиться и на­ пряжение на выходе цепи практически будет иметь форму на­

пряжения, приложенного ко входу.

160

В этом случае цепь RC называется переходной. Практически цепь RC будет переходной, если ее постоянная времени в 20— 50 раз больше длительности внешнего входного импульса:

т > (2 0 ч -5 0 )т н.

(78)

Эта же цепь практически будет дифференцирующей, если вы­

полняется условие
=	(79)

В тех случаях, когда необходимо удлинить импульс, приме­ няют схемы интегрирования. Простейшая интегрирующая схе­ ма представлена на рис. 156, б.

Схема работает на том же принципе, что и дифференцирую­ щая, но с другим соотношением параметров ее элементов. При подаче входного импульса иВх конденсатор С начинает заря­ жаться. Заряд продолжается до окончания действия входного напряжения. С окончанием действия приложенного импульса конденсатор С начинает разряжаться в обратном направлении через сопротивление R, а напряжение на нем убывает по экспо­ ненте. В результате на выходе схемы снимается напряжение большей продолжительности, чем входное.

Практически цепь RC будет являться интегрирующей в том случае, если ее постоянная времени т значительно превосходит

длительность ти внешнего напряжения:
t =	v	(80)

§ 6. Генераторы пилообразного напряжения и тока

Генераторы пилообразного напряжения и тока относятся к релаксационным генераторам и широко применяются в осцилло­ графах, радиолокационных станциях и телевизионной аппара­ туре.

Пилообразным напряжением называют напряжение, которое нарастает или падает со скоростью, близкой к постоянной, в те­ чение относительно большого промежутка времени, после чего оно быстро возвращается к своему первоначальному значению

(рис. 167).

Время Т\, в течение которого происходит медленное нараста­ ние (рис. 157, а) напряжения или его спад (рис. 1157, б), назы­ вается временем прямого хода. Время возвращения напряжения к исходному состоянию Т2 называется временем обратного хода.

Схема генератора пилообразного напряжения на триоде представлена на рис. 158.

Схема работает следующим образом. До прихода импульса триод отперт и на аноде поддерживается пониженное напряже­ ние: «а= «выхВсе падение напряжения происходит на сопротив­

6—80

161

лении Ra, а конденсатор разряжен. С подачей на вход отрица­ тельных прямоугольных импульсов напряжения ивх лампа за­ пирается, ток через лампу прекращается. Конденсатор С начи­ нает заряжаться; цепь заряда проходит через сопротивление Rlu конденсатор С и на землю. Когда с сетки лампы снимается от-

Рис. 157. Пилообразно изменяющееся напряжение

рицательное входное напряжение, лампа отпирается и конденса­ тор быстро разряжается через открывшуюся лампу, сопротивле­ ние которой гораздо меньше, чем R&. Таким образом, на конден­ саторе образуется пилообразное напряжение, которое и будет выходным напряжением иВых-

Рис. 158. Генератор пилообразного напря­ жения:

й -т- схема генератора;	6 — графики входного
н выходного	напряжений

Рассмотренная схема проста по устройству и стабильна в ра­ боте. В рабочем режиме лампа заперта, следовательно, неста­ бильность характеристик лампы не влияет на параметры гене­ рируемого пилообразного напряжения.

Схема генератора пилообразного напряжения на транзисто­ ре изображена на рис. 159. Транзистор Г, включенный по схеме с общим эмиттером, работает в ключевом режиме. Достоинст­

162

вами этой схемы являются ее простота и сравнительно неболь­ шое время восстановления исходного состояния.

В исходном состоянии транзистор находится в состоянии на­ сыщения и напряжение на коллекторе близко к нулю. Такое со­ стояние обеспечивается входным током (током базы), равным

величине iб.н (ток базы	при насыщении)		или	превышающим
ее. Поскольку в этом режиме ток		коллектора		с достаточной
точностью может быть определен как 1К,И=			тг->	а базовый ток
соответственно 1ц^ Ч. н =	I	то условие насыщения запи­
	—^ ,

шется в виде

Рис. 159. Схема ГПН на транзисторе

Начальное напряжение на конденсаторе ис, равное напряже­ нию на коллекторе, измеряется десятыми долями вольта.

На рис. 159,6 приведены эпюры напряжений, поясняющие работу генератора.

При запирании транзистора положительным импульсом пря­ моугольной формы происходит заряд конденсатора С по закону, в первом приближении, описываемому выражением

(81)

Из выражения .'(81) видно, что скорость изменения выходно­ го напряжения зависит от величины тока iK. Для уменьшения влияния iKо на скорость, а следовательно, и амплитуду при за­

данной длительности прямого хода хн необходимо выбирать ем­ кость конденсатора С возможно большей. При этом для обеспе­ чения заданного значения скорости изменения выходного напря­ жения необходимо уменьшать величину сопротивления RK. Ми­

6*

163

нимальное значение RK определяется допустимой величиной то­

ка коллектора гк.н-	В генераторе пилообраз­
Ф а н т а с т р о н н ы й г е н е р а т о р .
ного напряжения (линейно падающего)	длительность управляю­

щих импульсов такова, что фронт этих импульсов определяет начало рабочей стадии, а срез — момент перехода генератора из рабочей стадии в устойчивое состояние.

Существуют еще схемы генераторов линейно падающего на­ пряжения, которые запускаются короткими импульсами, а пе­ реход из рабочей стадии в устойчивое состояние осуществляет­ ся в них посредством положительной обратной связи. Если та­ кая связь создается с помощью .дополнительной лампы, то ге­ нератор называется санатроном\ если для этой цели использу­ ется сопротивление катодной цепи, как в ждущем мультивиб­ раторе, то схема называется фантастроном.

Рассмотрим фантастронный генератор, выполненный на пен­ тоде Л х и диоде Л2 с использованием последнего для передачи запускающих импульсов и3 на анод пентода (рис. 160, а). Лам­ па фантастрона, по сути дела, совмещает две лампы ждущего мультивибратора с катодной связью. Одна лампа образована катодом, управляющей и экранной сетками, другая — катодом, защитной сеткой п анодом. Состояние «первой лампы» опреде­ ляется током экранной сетки i , а «второй лампы» — анодным

током ia. Соотношение между этими токами показано на харак­ теристиках пентода (рис. 160, б).

С увеличением напряжения на управляющей сетке «с выше

и(все напряжение в схеме измеряется относительно катода)

катодный ток /к непрерывно и быстро возрастает. Это объясня­ ется тем, что катодный ток является суммой токов анода и се­ ток, и так как управляющая сетка наиболее близка к катоду, то с увеличением и катодный ток возрастает до тех пор, пока

полностью не рассеется пространственный заряд.

Для схемы фантастрона характерно, что анодный ток t'a зна­ чительно меньше тока экранной сетки г'Сз, а зависимость ia от

ttCi имеет своеобразный характер. В правильности соотношения легко убедиться, если обратить внимание на большую

величину /?а (больше 1 МОм) и на большую удаленность анода по сравнению с экранной сеткой от катода.

Необычные изменения анодного тока объясняются следую­ щим. С увеличением и анодный ток и ток экранной сетки сна­

чала возрастают за счет увеличения катодного тока £к. Благода­ ря этому повышается падение напряжения на катодном сопро­ тивлении: RK{uK—iKRK). Так как напряжение ик имеет положитель­ ную полярность на катоде и отрицательную на земле, то напря­ жение на защитной сетке относительно катода понижается. Рост анодного тока тормозится; максимума этот ток достигает при

164

напряжении на управляющей сетке и равном ас’ . Дальней­ шее увеличение wCi до а ” приводит к уменьшению га до нуля,

в результате чего весь катодный ток становится током экран­ ной сетки (небольшим током управляющей сетки пренебрегаем).

Рассмотрим работу генератора, иллюстрируя ее временными диаграммами (рис. 160, в).

В исходном состоянии (/) лампа открыта по току экранной сетки и заперта по анодному току. Первое объясняется тем, что

Рис. 160. Фантастрон

сопротивление Rc фиксирует на управляющей сетке напряжение и™= 0, а второе — тем, что катодный ток максимален и напря­

жение на -защитной сетке отрицательно (положительного напря­ жения, снимаемого на защитную сетку с сопротивления Д3 де­ лителя Ru R2, Rs, недостаточно для компенсации отрицательно­ го напряжения ы<.°, которое подается на ту же сетку с катодно­

го сопротивления).

Так как анодного тока нет, то анодное напряжение макси­ мально:

« а ш а х ^ а - Ч 1'.

(82)

где Е&— напряжение, снимаемое с делителя R4, Rs, Re на катод диода.

Если бы по какой-либо причине потенциал анода (относи­ тельно земли) превысил Ей, то диод открылся бы и за счет па­ дения напряжения на сопротивлении R'a восстановилось бы

165

анодное напряжение «аmax. Следовательно, в исходном состоя­ нии схемы напряжение на конденсаторе С0

« а т а х ^ а - Ч 0 -

Фантастрон запускается отрицательными импульсами и3, по­ ступающими через конденсатор С, на катод диода. Диод откры­ вается, и напряжение на аноде пентода понижается. Этот отри­ цательный перепад напряжения через конденсатор Сс сообщает­ ся управляющей сетке. Уменьшение uCi согласно рис. .160, б

вызывает уменьшение катодного тока iK. Значит, уменьшается ии, увеличиваются напряжение на защитной сетке wCj и анодный

ток	уменьшается «а. Соответственно понижается ис , что еще

более уменьшает /к и ик, увеличивает ис и ia, уменьшает ил и

ии т. д. Таким образом, процесс развивается лавинообразно,

однако это не приводит к полному запиранию лампы по току экранной сетки, так какг =0, когда tK= 0, по при г'к невозможен анодный ток.

Лавинообразный процесс прекращается в какой-то промежу­ точной точке 2. Она характеризуется следующими изменениями по сравнению с исходным состоянием 1: напряжение ик, снимае­ мое с сопротивления RK, уменьшилось на Дик в соответствии со значительным понижением катодного тока; анодное напряжение уменьшилось на Аи'з из-за увеличения анодного тока.

В момент 2 начинается разряд конденсатора Сс по цепи анод — катод Л и Як — земля, [+Еа, Rc, Сс.

Всякое уменьшение разрядного тока сопровождается умень­ шением падения напряжения на Rc и, как следствие, увеличе­ нием и . Согласно характеристикам лампы это увеличивает /а.

Следовательно, уменьшается и тормозится (через конденсатор Сс) рост ia. Таким образом, в рабочей стадии 2—3 имеет место отрицательная обратная связь, которая, как известно, обеспе­ чивает постоянное и притом линейное уменьшение анодного на­ пряжения и увеличение напряжения на управляющей сетке. По такому же ;(линейному)' закону увеличивается катодный ток, а с ним и напряжение ик.

Рабочая стадия заканчивается, когда анодный ток достига­ ет максимума 3. В лампе устанавливается критический режим. Как видно из характеристик пентода, дальнейшее увеличение иС] вызывает уже уменьшение га и, как следствие, увеличение

«а и иС1, уменьшение ia и т. д. Теперь отрицательная обратная

связь заменяется положительной. Наступает лавинообразный процесс 3—4, который приводит к запиранию лампы по анодно­ му току и увеличению токов экранной сетки и катода до макси­ мума. (Первое вызывает увеличение «а на Аиа, а второе — увели­

чение % на Аин.

166

Стадия восстановления 4—5 обусловлена зарядом конденса­ тора Сс. Цепь заряда: + Еа, R&, Сс, участок управляющая сет­ к а — катод, RK, минусовый полюс источника. За счет зарядного тока получается небольшой всплеск напряжений на управляю­ щей сетке и катоде. В целях уменьшения реакции нагрузки на фантастронный генератор выходное напряжение снимают иног­ да не с анода, а с небольшого катодного сопротивления. Боль­ шим достоинством фантастрона является то, что длительность генерируемых им импульсов прямо пропорциональна управляю­ щему напряжению. Минимальное анодное напряжение в рабо­ чей стадии определяется линией критического режима, а макси­ мальное— напряжением Еа.

Основным достоинством данной схемы является линейный характер спадания анодного напряжения.

§ 7, Способы задержки импульсов по времени

Для задержки импульсов по времени в импульсной технике используются два основных метода создания задержки: с по­ мощью искусственной линии и с помощью фазовращателей.

Рис. 161. Задержка импульсов с помощью искус­ ственной линии

Для передачи импульса к зажимам какой-нибудь цепи с оп­ ределенной временной задержкой широко применяется искусст­ венная линия (рис. 161). Параметрами такой линии являются число звеньев п, индуктивность L и емкость С каждого звена.

Волна напряжения распространяется вдоль линии не мгно­ венно, а с определенной конечной скоростью. Поэтому если на один конец линии будет воздействовать импульс напряжения Ывх, то на другом-ее конце импульс ивых появится не сразу, а че­ рез некоторое время ?зад, называемое временем задержки.

167

Линия задержки не должна искажать форму передаваемого импульса, и затухание импульса при его распространении вдоль

линии должно быть небольшим.	линией можно ’
Время задержки импульса искусственной
определить по формуле
.тзад = я у Т с ;	(83)

где п —число ячеек искусственной линии; L и С — параметры каждой ячейки.

Достоинствами искусственной линии являются возможность получения постоянной задержки с большой точностью и просто­ та исполнения схемы.

Наибольшая задержка, которую можно получить практиче­ ски с ПОМОЩЬЮ искусственной ЛИНИИ, /зад = 4 0 0 мкс.

З а д е р ж к а с п о м о щ ь ю у л ь т р а з в у к о в о й л и н и и. В ультразвуковых устройствах задержки импульсов использует­ ся конечная скорость распространения механических колебаний в акустической среде. В таких устройствах можно осуществить постоянную временную задержку сигнала от нескольких микро­ секунд до миллисекунд. Функциональная схема устройства по­ казана на рис. 162.

Рис. 162. Функциональная схема ультразвуковой за­ держки

Сущность метода заключается в следующем. Импульсное на­ пряжение, подлежащее задержке, управляет работой генератора электрических колебаний высокой частоты 1. С выхода генера­ тора электрические колебания, модулированные по амплитуде входным импульсным напряжением, подаются на электромеха­ нический преобразователь 2, в котором электрический сигнал преобразуется в механические колебания, распространяющиеся в акустической среде 3 с определенной скоростью. Пройдя путь

I, колебания, задержанные на время, равное tsад = — , достигают

второго электромеханического преобразователя 4, в котором происходит обратное преобразование механических колебаний в электрический сигнал той же частоты. После усилителя 5 вы­ сокочастотный сигнал детектируется детектором 6, в результате чего на выходе последнего выделяется огибающая модулирую­ щего напряжения, имеющая форму входного импульса.

В качестве электромеханических преобразователей обычно применяются кристаллы кварца, турмалина или сегнетовой со­ ли, обладающие прямым и обратным пьезоэлектрическим эф­

1 6 8

фектом. Сущность пьезоэлектрического эффекта заключается в том, что при воздействии на пластину кристалла переменных электрических зарядов в кристалле возникают механические ко­ лебания, и наоборот, воздействие переменного давления на по-

.верхность кристалла вызывает возникновение на нем меняющих­ ся электрических зарядов. Наплучшпм типом преобразователя в ультразвуковых линиях задержки является кварц. Следует от­ метить, что наибольший коэффициент преобразования достига­ ется при условии, когда частота воздействующего на кристалл напряжения равна его собственной резонансной частоте. Вот почему необходимо предварительное преобразование входного импульса в колебания высокой частоты.

З а д е р ж к а с п о м о щ ь ю ф а з о в р а щ а т е л е й . Как уже отмечалось, импульсы можно формировать из синусоидального напряжения. В этом случае задерживать их по времени можно, изменяя фазу синусоидального напряжения. Устройства для из­ менения фазы называются фазовращателями. Они позволяют за счет изменения фазы синусоидального напряжения произво­ дить плавную задержку импульсов в пределах периода

(0—360°).

Существуют четыре вида фазовращате­ лей: потенциометрические, мостиковые, ем­ костные и индуктивные (гониометрические). В радиолокации и импульсной технике на­ иболее широкое применение получили емко­

стные	и	индуктивные	фазовращатели
(рис. 163).				(рис. 163, а)
Емкостный фазовращатель
состоит	из	двух неподвижных		параллель­

ных металлических дисков, между которы­ ми вращается третий, эксцентрично закреп­ ленный и выполненный из диэлектрика. Один из неподвижных дисков сплошной (обозначен пунктирной линией), другой со­ стоит из четырех равных, секторов, электри­ чески изолированных друг от друга. Эти четыре сектора называются входными пла­ стинами фазовращателя, сплошной диск — выходной пластиной, а подвижный — рото­ ром фазовращателя.

На входные пластины подаются напря­ жения с фазорасцепляющего каскада со сдвигом фаз -90° относительно друг друга.

С выходной пластины снимается переменное напряжение, на­ чальная фаза которого может быть изменена на любой угол в пределах 360°.

При отсутствии подвижного диска на выходной пластине на­ водятся синусоидальные напряжения за счет одинаковой по ве­

169