9. Ячейка фсу на основе одновибратора

Рассмотренная в п.2.4 схема одновибратора формирует неизменные интервалы времени. Ячейки многоканальных и комбинированных ФСУ, а также блоки задержки одноканальных ФСУ должны формировать интервалы времени (углы), длительность которых задается напряжением управления. Небольшое изменение схемы одновибратора позволяет получить требуемое устройство. Его упрощенная принципиальная схема приведена на рис.20,а. Управление осуществляется двумя отрицательными по отношению к общей шине напряжениями управления. Первое напряжение управления подводится к аноду диода VD3. Сразу после открывания транзистора VT1 источникоказывается подключенным через VD3 параллельно конденсатору, и он быстро разряжается до

напряжения, равного

, (32)

где =0,5...0,7 - падение напряжения на кремниевом диоде при малом токе, В. Заметим, чтои- величины отрицательные. Для упроще-ния анализа будем пренебрегать падениями напряжений в p-n переходах. В данном случае это приводит к существенным количественным погрешностям, так как напряжение питания схемы всего 5 В, а падение напряжения в p-n переходах доходит до 1,5...2,0 B. К счастью, вид характеристик, в основном, сохраняется. Принципиально напряжение питания не ограничено, оно может быть и 12...15 В. В описаниях ячейки [10] учтена часть падений напряжения на p-n переходах.

Второе напряжение управления подается на эмиттер VT2, который отключен от общей шины. Напряжение базы VT2, при котором он открывается током резистора, равно

. (33)

С другой стороны, это напряжение, до которого разряжается конденсатор током резистора во время формирования интервала времени (угла управления). Установившееся напряжение на базе VT2 больше этого быть не может. Таким образом, в данной схеме регулируются начальное и конечное напряжения на времязадающем конденсаторе.

Рассмотрим подробнее работу схемы. Напряжение синхронизации проходит через нуль в моменты естественной коммутации. Специальная схема формирует в эти моменты синхронизирующие импульсы, которые открывают T1 два раза в течение периода. Вариант такой схемы рассмотрен в предыдущем параграфе. В микросборке ДК-2 для этого используются нуль-орган, дифференцирующее звено и преобразователь импульсов обоих знаков в положительные [10].

В исходном состоянии VT1 закрыт падением напряжения на диоде VD2 от тока резистора , подключенного к источнику отрицательного напряжения. Выходное напряжение ЯФСУ снимается с коллектора VT1. При закрытом транзисторе VT1 и заряженномпадение напряжения на резистореотсутствует и выходное напряжение ЯФСУ практически равно напряжению питания, поскольку ФД подключен через конденсатор и в интервалы между фронтами не потребляет ток от ЯФСУ . Транзистор VT2 открыт током резистора. Если пренебречь падением напряжения в переходе база-эмиттер, то напряжение конденсатора. Напряжение на коллекторе VT2 и ток диода VD1 равны нулю. Положительный импульс открывает VT1 в момент естественной коммутации. При этом левая обкладка конденсатораприсоединяется к общей шине, отрицательное напряжение правой обкладки прикладывается к базе VT2 и запирает его; ток резисторапереключается через VD1 в резистори в базу VT1, удерживая его в открытом состоянии; конденсатор разряжается через цепь источника первого напряжения управления и VD3 до. Быстрый разряд конденсатора виден на временных диаграммах рис.20,б как направленный вниз пик напряжения. Строго говоря, время быстрого разряда входит в длительность интервала, но мы будем этим пренебрегать.

Далее формируется длительность интервала. Конденсатор разряжается током резистора отдо. Для того чтобы напряжение конденсатора (развертывающее напряжение) изменялось по практически линейному закону, резисторпитается от источника повышенного напряженияВ. Решая дифференциальное уравнение заряда конденсатора, получим формулу для его напряжения:

, (34)

где - постоянная времени, рад. В момент, когда(точнее), VT2 открывается, VT1 закрывается и отсчет угла управления заканчивается. Из (34) получаем

. (35)

Абсолютные значения напряжений управления в (35) суммируются с напряжением питания.

Сразу после закрывания VT1 напряжение на его коллекторе (выходное напряжение ЯФСУ ) равно нулю, поскольку напряжение конденсатора равно. и такое же напряжение на базе VT1. Если бы не было транзистора VT3, то дальшенарастало бы по экспоненте с постоянной времени. Для повышения крутизны выходного напряжения резисторкратковременно шунтируется транзистором VT3, который открывается специальной схемой (на рисунке не показана). Поскольку ток заряда сравнительно большой, то он вызывает пик падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника второго напряжения управления. Этот пик хорошо виден на временных диаграммах рис.20,б,в,г.

Влияние напряжений управления и резистора на угол управления поясняют временные диаграммы на рис .20. В первых двух полупериодах все остается неизменным, а в третьем один из параметров изменяется. На рис.20,б показаны синхронизирующие импульсы, которые открывают VT1. Напряжение конденсатора в первый момент равно напряжению питания, но вскоре становится равным; далее по начальному участку экспоненты нарастает до, в этот интервал VT1 закрывается и на выходе ЯФСУ формируется импульс, запускающий ФД. Длительность этого интервала представляет угол управления. В третьем интервалеуменьшаются (возрастает по абсолютной величине) иa увеличивается .

На рис.20,в в третьем полупериоде уменьшаются иa. На рис.20,г в третьем полупериоде увеличено сопротивление , уменьшился наклон линии развертывающего напряжения и возрос угол управления.

Найдем математическое выражение идеализированных фазовых характеристик ЯФСУ. Для этого будем полагать, что напряжение на времязадающем конденсаторе (напряжение развертки) изменяется по близкому к линейному закону, а также будем пренебрегать падениями напряжения на p-n переходах и временем первого разряда конденсатора до . Действительная схема ЯФСУ, которая используется в микросборе ДК-2, намного сложнее. Она содержит пять транзисторов и пять диодов. Поэтому учет всех падений по схеме рис.20,а не приведет к точным результатам. Более полная схема приведена в [2, стр.56] c несколько иными обозначениями. В частности второе напряжение обозначено.

Угол управления пропорционален разности напряжений управления. Обозначая коэффициент пропорциональности буквой получаем выражение фазовых характеристик в виде

, (36)

при условии, что оба напряжения управления отрицательны и . Таким образом, все фазовые характеристики представляют прямые линии. Для построения семейства фазовых характеристик ЯФСУна плоскости следует задаться рядом значений сопротивления и одного из напряжений управления, после чего построить фазовые характеристики для другого напряжения управления. Затем поменять их ролями. Приa=0 оба напряжения управления равны. Это дает начальную точку характеристики на оси абсцисс. Возможные характеристики приведены на рис.21, где все напряжения выражены в вольтах. Там же штриховой линией

нанесены экспериментальные характеристики. Желаемые фазовые характеристики СИФУ можно получить используя в СВУ линейные или нелинейные звенья. Введением напряжения смещения можно получить характеристики, представленные на рис.16,в. Обычно основное управление ведется вторым напряжением управления. Первое используется для установки начальной фазировки, а иногда и в качестве дополнительного управления из САУ электроприводом. Резистором устанавливают равные максимальные углы управления во всех ЯФСУ одной СИФУ.

Рассмотренная схема используется в качестве ЯФСУ комбинированных ФСУ и в качестве блоков задержки одноканальных ФСУ. Она принята за основу в микросборке СИФУ типа ДК-2. Времязадающая цепь является навесной (т.е не входит в состав микросборки). В частности используются =75...120 кОм и=0,47 мкФ. В ДК-2 входят два формирователя длительности, две логические схемы и четыре усилителя мощности для оптронных тиристоров с выходным током до 0,15 A. Схема должна быть дополнена ТСУ, БП, ФСН,CВУ, а также ЛПУ и ДСВ при раздельном управлении.