Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

10-14. 

ГЕНЕРАТОРЫ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Для передачи той или иной информации, для одновременного запуска различных устройств, для последовательного срабатывания различных цепей через определенные промежутки времени и для других целей в современных радиотехнических устройствах широко используются генераторы электрических колебаний самой различной несинусоидальной формы. Такие колебания получили название релаксационных.

Простейшая схема генератора релаксационных колебаний показана на рис.10-70,а. В ней к источнику постоянного напряжения E через сопротивление R подключена неоновая лампа НЛ, параллельно которой включен конденсатор С. Начиная с момента включения, конденсатор заряжается от источника через сопротивление R. Когда напряжение на конденсаторе достигает потенциала зажигания неоновой лампы, в ней возникает ионный разряд, внутреннее сопротивление ее становится весьма малым (оно измеряется обычно сотнями ом) и конденсатор начинает разряжаться через лампу.

Рис. 10-70. Генератор релаксационных колебаний с неоновой лампочкой.

Разряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до потенциала гашения, который лежит ниже потенциала зажигания. Сопротивление ограничивает ток, протекающий от источника, и не дает возможности поддерживать разряд в лампе, поэтому она гаснет, и конденсатор начинает снова заряжаться от источника через сопротивление R.

Процесс заряда и разряда конденсатора через сопротивление происходит по экспоненциальному закону (см. гл. 2). При заряде конденсатора через большое сопротивление процесс нарастания напряжения происходит медленно, а разряд через малое внутреннее сопротивление лампы протекает во много раз быстрее. На рис.10-70,б приведен график изменения напряжения U, имеющий пилообразный характер.

Несмотря на свою простоту, такой генератор используется сравнительно редко из-за нестабильности потенциалов зажигания и гашения неоновой лампы, которые зависят от температуры, освещения, предыдущего состояния прибора и других случайных причин, а также вследствие малой амплитуды колебаний:

 

где Uзаж напряжение зажигания, а Uгаш - напряжение гашения неоновой лампы. Более стабильные генераторы несинусоидальных колебаний могут быть получены при использовании электронных ламп.

Рис. 10-71. Схема мультивибратора.

В схеме релаксационного генератора, называемого мультивибратором (рис.10-71), используются два триода. Процесс возбуждения колебаний в этой схеме может быть описан следующим образом.

Пусть в некоторый момент времени в схеме существует состояние электрического равновесия, т.е в соответствующих цепях обоих плеч схемы протекают одинаковые токи. Сколько-нибудь длительно это состояние существовать не может вследствие ничтожных случайных изменений электронного потока в лампах. Предположим, что в какой-то момент времени анодный ток лампы Л1 немного возрастет, тогда падение напряжения на сопротивлении Ra1 увеличится. Сумма же напряжений на сопротивлении Ra1 и лампе Л1 всегда остается постоянной и равной напряжению источника питания:

 

где:

– падение напряжения па сопротивлении Ra1;
Ua1 - напряжение на аноде лампы Л1.

Следовательно, если увеличилось, то Ua1 должно уменьшиться, вследствие чего конденсатор C1, подключенный через сопротивление Rc2 параллельно лампе Л1, должен начать разряжаться. Его разрядный ток iразр проходит снизу вверх через сопротивление Rc2, стоящее в цепи сетки лампы Л2, и увеличивает отрицательный потенпиал сетки этой лампы по отношению к ее катоду. Это приводит к уменьшению анодного тока лампы Л2. В свою очередь уменьшение анодного тока лампы Л2 приводит к уменьшению падения напряжения на сопротивлении Ra2. Поэтому конденсатор C2 начинает заряжаться. Его зарядный ток iзар, проходя сверху вниз через сопротивление Rc1, повышает потенциал сетки лампы Л1 относительно ее катода, что способствует дальнейшему нарастанию анодного тока этой лампы. Нужно заметить, что появление положительного напряжения на сетке лампы Л1 приводит к появлению сеточного тока. Поэтому конденсатор C2 заряжается также через участок сетка-катод лампы Л1. Из сказанного следует, что в схеме существует положительная обратная связь, а это приводит к быстрому возрастанию тока лампы Л1 и убыванию тока лампы Л2.

Первая стадия процесса заканчивается полным запиранием лампы Л2 и прохождением, большего тока через лампу Л1. Однако такое состояние схемы сохранится недолго. Конденсатор C1 разрядится через открытую лампу Л1, ток в его цепи будет уменьшаться, что приведет к постепенному возрастанию напряжения на сетке лампы Л2. В некоторый момент времени напряжение на ней превысит напряжение запирания, и в ее анодной цепи возникнет ток, вследствие чего появится падение напряжения на сопротивлении Ra2 и анодное напряжение на лампе Л2 начнет уменьшаться. В результате этого конденсатор C2 начнет разряжаться через сопротивление Rc1, уменьшая напряжение на сетке лампы Л1, что в свою очередь приведет к уменьшению анодного тока этой лампы и увеличению напряжения на ее аноде. Тогда конденсатор C1 начнет заряжаться через сопротивление Rc2, увеличивая напряжение на сетке лампы Л2, в результате чего увеличится и ток через эту лампу. Таким образом, происходит лавинообразное нарастание тока в лампе Л2 и убываниетока в лампе Л1. Схема, как говорят, опрокидывается, т.е. то, что происходило сначала в лампе Л1, теперь происходит в лампе Л2, и наоборот. В дальнейшем описанный процесс будет повторяться, и схема будет создавать периодическую последовательность релаксационных колебаний.

Определим, какую форму будут иметь колебания в различных цепях генератора (рис.10-72). В момент времени, когда лампа Л2 заперта, конденсатор C2 еще не кончит заряжаться, поскольку скачок тока в лампе происходит весьма быстро, а постоянная времени цепи заряда, определяемая емкостью конденсатора C2 и сопротивлениями Ra2 и Rc1, имеет большую величину (следует учитывать, что последнее сопротивление шунтируется относительно малым входным сопротивлением отпертой лампы Л1).

Рис. 10-72. Процессы в мультивибраторе.

Сопротивления Ra1 и Ra2 в анодной цепи ламп выбирают не очень большими. Поэтому заряд конденсатора C2 заканчивается через небольшой отрезок времени <> после начала запирания лампы. За это время анодное напряжение на лампе Л2 достигает максимального значения, равного напряжению источника Ea, а напряжение на сетке лампы Л1 падает до нуля, поскольку зарядный ток прекращается и падение напряжения на сопротивлении Rc1 исчезает.

Одновременно конденсатор C1 вследствие полного отпирания лампы Л1 и увеличения падения напряжения на сопротивлении Ra1 начнет разряжаться через эту лампу и сопротивление Ra2. Это сопротивление выбирается весьма большим, поэтому процесс разряда протекает сравнительно медленно. Поскольку разрядный ток максимален в первый момент, а в дальнейшем спадает по экспоненциальному закону, то соответственным образом будет изменяться и напряжение на сопротивлении Rc2, т.е. напряжение uc2 в цепи сетки лампы Л2.

Ток через сопротивление Ra1 быстро нарастает до максимума, а затем несколько уменьшается по экспоненциальному закону, из-за спадания сеточного напряжения uc1 до нуля и в дальнейшем до опрокидывания схемы больше не изменяется. Соответственно этому изменяется напряжение на аноде лампы Л1:

 

В тот момент, когда напряжение на сетке лампы Л2 вследствие уменьшения разрядного тока конденсатора C1 возрастает до напряжения Uотп, она резко отпирается, а лампа Л1, наоборот, запирается, и все процессы в схеме протекают аналогично описанным выше, но в обратном направлении.

В момент запирания лампы Л1 потенциал сетки лампы Л2 резко возрастает за счет напряжения, созданного током заряда конденсатора C1 на сопротивлении Rc2 , а затем постепенно спадает до нуля по мере его прекращения. Разрядный ток конденсатора C2 создает на сопротивлении Rc1 большое отрицательное напряжение при отпирании лампы Л2. По мере спада разрядного тока сеточное напряжение возрастает и, когда оно превысит напряжение отпирания лампы, произойдет новый скачок, и процессы повторятся снова. В промежутке между скачками анодные токи и напряжения ламп остаются неизменными, если не считать коротких промежутков времени, в течение которых происходят переходные процессы, следующие непосредственно за опрокидыванием схемы.

Графики, приведенные на рис.10-72, показывают, что форма колебаний в схеме содержит резкие переходы, т.е. имеет разрывной характер. Спектр таких колебаний содержит большое количество гармоник значительной интенсивности, что и послужило причиной названия этого генератора мультивибратором, т.е. генератором многочисленных колебаний. Разбор работы схемы позволяет заключить, что длительность отдельных процессов в цикле определяется постоянными времени цепи разряда и заряда конденсаторов C1 и C2, что дает возможность легко изменять их длительность в широких пределах. Поэтому схема мультивибратора и ее многочисленные варианты получили большое распространение в импульсных радиоустройствах.

Не менее широкое распространение в схемах импульсных радиоустройств имеет блокинг-генератор, позволяющий получать чрезвычайно короткие и мощные импульсы, длительность и частота повторения которых могут изменяться сравнительно просто и в широких пределах. На рис.10-73 изображена одна из возможных схем блокинг-генераторов. В анодную цепь лампы включена первичная обмотка трансформатора со стальным или магнитодиэлектрическим сердечником; его вторичная обмотка подключена к сетке лампы через цепь автоматического смещения, состоящую из конденсатора C и сопротивления R. Обмотки трансформатора включены так, что при увеличении анодного тока на конце вторичной обмотки, соединенном с сеткой, возрастает положительный потенциал. Таким образом, между анодной и сеточной цепями существует сильная положительная обратная связь.

Рис. 10-73. Схема блокинг-генератора.

Рассмотрим процесс возникновения колебаний в схеме. При подключении схемы к источнику питания в анодной цепи возникает ток. Увеличение его приводит к появлению на верхнем конце вторичной обмотки трансформатора положительного потенциала. Этот положительный потенциал передается через конденсатор C на сетку лампы (положительные заряды на левой обкладке конденсатора притянут на его правую обкладку отрицательные заряды, которые перейдут туда с сетки). На сетке окажется избыток положительных зарядов, что вызовет дальнейшее увеличение анодного тока и в свою очередь это еще больше увеличит положительный потенциал сетки и т.д. Так возникнет лавинообразное нарастание анодного тока, которое обычно длится сотые доли микросекунды.

Развитие этого процесса прекращается в результате того, что увеличение положительного потенциала сетки uc приводит к перераспределению электронного потока в лампе: все большая и большая его часть начинает поступать на сетку и меньшая на анод, в результате чего крутизна лампы уменьшается (рис.10-74, а). В некоторых случаях сеточный ток может даже превысить анодный. Он будет заряжать конденсатор C во время нарастания анодного тока и в течение небольшого отрезка времени после прекращения его увеличения.

Рис. 10-74. Явления в блокинг-генераторе:
а - характеристики анодного и сеточного токов триода;
б - токи и напряжения в генераторе.

Прекращение нарастания анодного тока ia сначала не приводит к исчезновению напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Это можно понять, если учесть, что согласно правилу Ленца ток во вторичной обмотке трансформатора создает в сердечнике размагничивающее поле. Этот же ток (ток сетки) убывает вначале весьма быстро даже при небольшом уменьшении напряжения на сетке, поскольку лампа работает в области характеристик сеточного тока с большой крутизной. За счет убывания тока сетки магнитный поток в сердечнике в течение времени, измеряемом микросекундами, продолжает еще нарастать, и напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменяется мало.

Начавшееся уменьшение напряжения на сетке мало сказывается на анодном токе, поскольку рабочая точка лампы находится в области очень малой крутизны. Однако в результате разряда конденсатора через короткий промежуток времени, исчисляемый микросекундами, напряжение на сетке настолько уменьшается, что анодный ток начинает заметно убывать. Уменьшение анодного тока вызывает возникновение отрицательного напряжения на вторичной обмотке трансформатора, что способствует дальнейшему уменьшению анодного тока. Происходит лавинообразный процесс спада анодного тока, заканчивающийся запиранием лампы. Одновременно напряжение на управляющей сетке от положительных значений быстро переходит к отрицательным за счет большой амплитуды отрицательного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Резкое уменьшение анодного тока до нуля создает большой короткий импульс отрицательного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. После его окончания начнется процесс разряда конденсатора через обмотку трансформатора и большое сопротивление R. На этой стадии процесса входное сопротивление запертой лампы очень велико (сеточных токов нет) и оно не шунтирует сопротивление R. Поэтому разряд имеет весьма большую длительность, и отрицательное напряжение на сетке лишь спустя относительно долгое время спадает до значения, при котором вновь появляется анодный ток в лампе и возникнет новый кратковременный импульс.

Графики процессов, происходящих в схеме (рис.10-74, б), показывают, что колебания в ней имеют вид положительных кратковременных импульсов сеточного напряжения и отрицательных импульсов анодного напряжения ua. Длительность импульсов определяется в основном видом статических характеристик лампы, величиной сеточных токов и емкостью конденсатора. Последний параметр легко поддается регулировке. Длительность же интервала между импульсами (т.е. частота их повторения) может при этом в широких пределах изменяться за счет сопротивления R. Такая регулировка позволяет раздельно изменять длительность импульсов и частоту их следования.

В этой главе:
10-1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
10-2. ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (УСИЛИТЕЛИ)
10-3. ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ
10-4. ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
10-5. КЛИСТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ
10-6. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН
10-7. ЛАМПЫ ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ
10-8. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН КЛАССА М
10-9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ
10-10. ГЕНЕРАТОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
10-11. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ С РЕАКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ОДНОГО ЗНАКА
10-12. ЗАТЯГИВАНИЕ ЧАСТОТЫ В АВТОГЕНЕРАТОРАХ
10-13. ЗАХВАТЫВАНИЕ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
10-14. ГЕНЕРАТОРЫ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Заряд от USB - универсальный набор кабель+переходники.

Поддерживаемые модели: HTC, iPhone, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony Ericsson, Sony PSP и другие с разъемом micro-USB и mini-USB.

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru