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

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

11-7. 

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

В предыдущей главе мы рассмотрели работу некоторых важнейших генераторов импульсов. Полученные с их помощью импульсы часто подвергаются самым различным преобразованиям. Поэтому здесь мы рассмотрим принцип работы основных преобразователей электрических импульсов: ограничителей, триггеров, дифференцирующих и интегрирующих цепей.

Ограничители срезают часть сигналов, лежащую выше или ниже некоторого заданного уровня. Иначе говоря, ток и напряжение на выходе ограничителя остаются неизменными, если поданное напряжение выходит за пределы данных уровней. Если срезается сигнал выше некоторого уровня, то устройство называют ограничителем по максимуму, если же срезается сигнал ниже некоторого уровня, то устройство называют ограничителем по минимуму. Существуют также ограничители, срезающие сигнал сверху и снизу одновременно.

Рис. 11-29. Ограничитель но минимуму.

Наиболее просто ограничение производят с помощью диода, используя его свойство не пропускать ток, когда напряжение на аноде становится меньше нуля. В схему такого ограничителя (рис. 11-29, а) последовательно с источником переменного напряжения uвх включают источник постоянного тока E, положительный полюс которого подключен к катоду диода. Поэтому результирующее напряжение на его аноде ua = uвх – E. Следовательно, диод отперт только в том случае, если ua > 0, т.е. |uвх| > |E|. Сопротивление R должно значительно превышать внутреннее сопротивление отпертого диода, равное сотням ом. Когда напряжение на аноде отрицательно, ток через диод не протекает и падение напряжения на выходном сопротивлении R отсутствует. Когда же напряжение станет положительным, диод отопрется и через сопротивление потечет ток (пропорциональный напряжению на входе), создавая на сопротивлении пропорциональное ему напряжение (рис. 11-29, б).

Если ставится обратная задача: создать на выходном сопротивлении напряжение, изменяющееся пропорционально входному напряжению до значения E, а затем остающееся неизменным, то нужно перевернуть диод или переключить зажимы так, чтобы на катод диода импульсы приходили с отрицательной полярностью, а источник напряжения подключить положительным полюсом к аноду (рис. 11-30, а). При этом на выходе получим напряжение, изображенное на рис. 11-30,б. По сравнению с предыдущей схемой импульс на сопротивлении R имеет здесь обратную полярность.

Рис. 11-30. Ограничитель но максимуму.

Широкое использование находит схема сеточного ограничителя по максимуму, показанная на рис. 11-31, а. Эта схема отличается от обычного усилителя на сопротивлении наличием в сеточной цепи большого активного сопротивления Rc и выбором рабочей точки. Ограничение наступает здесь при небольшом положительном напряжении на сетке лампы. Возникающий при переходе напряжения на сетке к положительным значениям сеточный ток ic, проходя по сопротивлению Rc, создает на нем падение напряжения, практически компенсирующее дальнейшее увеличение напряжения uвх на входе. Поэтому напряжение на участке сетка-катод остается почти неизменным, и вершина импульса в анодной цепи оказывается срезанной (рис.11-31,б). Выбором напряжения смещения Ec можно в этой же схеме получить ограничение по минимуму.

Рис. 11-31. Сеточный ограничитель.
а - схема;
б - графики, поясняющие работу ограничителя.

В ряде случаев нужны устройства, способные создавать на выходе импульсы (скачки) тока или напряжения, величина которых не завцсит от амплитуды, формы и в некоторых пределах от длительности поступающих на их вход импульсов. Для срабатывания такого устройства необходимо только, чтобы сигнал на входе превысил некоторое минимальное значение. Устройство такого рода представляет собой своеобразное электронное реле, которое часто называют триггером (спусковой схемой).

На рис.11-32,а изображена типовая схема триггера, которая напоминает схему мультивибратора. Отличие от последнего заключается лишь в отсутствии конденсаторов и наличии источника постоянного смещения Ec в сеточной цепи. Устойчивое состояние в такой схеме достигается тогда, когда одна из ламп заперта, а другая отперта.

Рис. 11-32. Триггер: а - схема; б - напряжения на входе и на выходе триггера.

Предположим, что в некоторый момент времени в цепях обеих ламп протекают одинаковые токи. Из-за неизбежных флуктуаций электронного потока ток в одной из ламп в некоторый момент времени немного возрастет; пусть это будет лампа Л1. Тогда увеличится падение напряжения на сопротивлении Ra1, на долю сопротивлений R1 и Rc2 будет приходиться меньшее напряжение, и ток, проходящий через них, уменьшится, а напряжение на сетке лампы Л2 упадет. Это приведет к уменьшению тока через нее и увеличению положительного напряжения на ее аноде. Последнее в свою очередь вызовет увеличение тока, протекающего через сопротивления R2 и Rc1, и возрастание потенциала сетки лампы Л1. Ток, протекающий через последнюю, еще больше возрастет. Такой процесс приведет к лавинообразному уменьшению тока одной лампы и возрастанию тока другой до тех пор, пока одна из ламп не запрется. В таком состоянии схема может находиться неопределенное время, т.е. такое состояние будет устойчивым.

Однако если подать на сетку запертой лампы импульс положительного напряжения, достаточный для создания в ней хотя бы небольшого анодного тока, то все процессы пройдут в противоположном направлении и приведут к чрезвычайно быстрому запиранию ранее отпертой и отпиранию запертой лампы. Это перебрасывание (опрокидывание) схемы можно вызвать также подачей на сетку отпертой лампы отрицательного импульса, способного создать небольшое уменьшение ее анодного тока. Следовательно, схему можно заставить срабатывать в ту и другую сторону, подавая на сетку одной из ламп импульсы противоположной полярности.

На рис.11-32,б приведены графики анодного напряжения лампы Л2 при опрокидывании схемы под действием внешних импульсов, амплитуда которых превышает напряжение опрокидывания. Эти импульсы подаются в цепь сетки лампы Л1. При отпирании импульсы управляют ее анодным током; напряжение же на лампе Л2 изменяется скачками с постоянной амплитудой.

Часто в импульсных устройствах возникает необходимость так преобразовать сигнал, поданный на вход, чтобы напряжение или ток на выходе были пропорциональны не величине входного сигнала, а скорости его изменения. Такую операцию преобразования называют дифференцированием входного сигнала, а цепи, которые ее осуществляют, дифференцирующими.

Простейшей дифференцирующей цепью может служить последовательное соединение сопротивления и конденсатора (рис.11-33,а). Если сопротивление конденсатора C для основных составляющих тока импульса много больше активного сопротивления R, то характер изменения тока в цепи определяется в основном конденсатором. Ток же в цепи конденсатора пропорционален скорости изменения напряжения на нем:

 

где - скорость изменения напряжения.

Рис. 11-33. Дифференцирующая цепь: а - схема;
б - напряжения на входе и выходе.

Проходя через сопротивление R, этот ток создает на нем напряжение, пропорциональное скорости изменения входного напряжения.

Дифференцирующие цепи позволяют получать кратковременные импульсы с крутым передним фронтом при подаче на их вход импульсов, близких по форме к прямоугольным (рис.11-33,б). Импульс па выходе возникает в момент начала импульса на входе. Чем круче передний фронт импульса на входе, т.е. чем больше скорость нарастания напряжения, тем больше амплитуда импульса на выходе. В то время, когда рост напряжения на входе замедляется, напряжение на выходе спадает и становится равным нулю в течение времени, соответствующего плоской вершине входного импульса, когда напряжение не изменяется. При спаде входного напряжения вновь возникает импульс напряжения на выходе, но уже противоположной полярности, так как скорость изменения напряжения на входе становится отрицательной. Физически разная полярность импульсов объясняется тем, что в первом случае конденсатор заряжается, а во втором - разряжается.

Все это можно проследить при сравнении входных и выходных напряжений в случае колоколообразного и прямоугольного импульсов, показанных на рис.11-33,б. При одинаковой амплитуде напряжения на входе амплитуда напряжения на выходе в случае прямоугольного импульса значительно больше. При идеальном дифференцировании амплитуда его должна была бы быть равна бесконечности, и импульс должен был иметь бесконечно малую длительность. Однако наличие активного сопротивления в цепи приводит к тому, что амплитуда выходных импульсов конечна и они длятся в течение некоторого отрезка времени. Чем меньше активное сопротивление цепочки, а следовательно, меньше ее постоянная времени, тем импульсы ближе к идеальным.

В ряде случаев, когда в цепи протекает изменяющийся во времени ток, возникает необходимость получить напряжение, пропорциональное заряду, прошедшему через цепь за некоторый отрезок времени. Для того чтобы определить этот заряд, нужно разбить весь интересующий нас интервал времени на малые отрезки, в течение которых можно с заданной степенью точности считать ток постоянным, и подсчитать сумму зарядов, перенесенных за эти малые отрезки времени. Эту операцию принято называть интегрированием.

Можно предложить целый ряд радиотехнических схем, которые способны выполнять функцию интегрирования, т.е. создавать на своем выходе напряжение, пропорциональное интегрируемой (суммируемой) электрической величине, действующей на ее входе. Простейшей интегрирующей цепью является конденсатор. Действительно, напряжение на его обкладках пропорционально сумме всех накопленных в нем зарядов, перенесенных током в его цепи.

Рис. 11-34. Интегрирующая цепь: а - схема;
б - токи и напряжения в схеме.

Остановимся несколько подробнее на интегрирующем действии конденсатора C, учитывая, что в его цепи всегда существует некоторое сопротивление потерь R (рис.11-34,а). Если на вход такой цепи подается импульс напряжения прямоугольной формы (рис.11-34,б), то напряжение на конденсаторе растет постепенно, стремясь к величине напряжения на входе. Для того чтобы нарастающее напряжение на конденсаторе не препятствовало прохождению тока в цепи, оно не должно возрастать за время импульса до величины, соизмеримой с напряжением на входе. Это достигается включением последовательно в цепь весьма большого активного сопротивления, в результате чего постоянная времени цепи оказывается намного больше длительности импульса. Однако постоянная времени должна быть одновременно настолько малой, чтобы после окончания действия импульса конденсатор успел разрядиться до начала следующего импульса. В некоторых случаях ставится задача интегрирования серии импульсов, тогда постоянная времени соответственно увеличивается.

Для получения развертки в осциллографических индикаторах и для других операций, связанных с электрическим отсчетом времени, нужны устройства, создающие напряжение, возрастающее пропорционально времени. Естественно, что в какой-то момент возрастание напряжения должно прекратиться и начаться снова спустя требуемый отрезок времени. Напряжение в таком устройстве имеет пилообразную форму.

Рис. 11-35. Получение пилообразного напряжения:
а - схема;
б - напряжения на входе и выходе.

Существует довольно много схем, позволяющих получить колебания такого рода. Мы рассмотрим простейшую из них, в которой импульсы напряжения прямоугольной формы преобразуются в импульсы напряжения, нарастающего во времени по линейному закону (рис.11-35,а). Здесь в анодную цепь лампы (триода) включен конденсатор C, заражающийся от источника анодного напряжения Ea через большое сопротивление R, когда лампа под действием напряжения источника постоянного смещения Ec заперта. Процесс увеличения напряжения на конденсаторе показан на рис.11-35,б. В своей начальной стадии он протекает по закону, мало отличающемуся от линейного. В некоторый момент времени на сетку лампы подается кратковременный положительный импульс прямоугольной формы, резко отпирающий лампу. Последняя выбирается с возможно меньшим внутренним сопротивлением, поэтому разряд конденсатора происходит хотя и по экспоненциальному закону, но столь быстро, что это не создает существенных отклонений выходного напряжения от пилообразной формы. После окончания отпирающего импульса процесс повторяется.

В этой главе:
11-1. ПОНЯТИЕ О ПРЕОБРАЗОВАНИИ КОЛЕБАНИЙ
11-2. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
11-3. ЧАСТОТНАЯ И ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ
11-4. ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
11-5. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
11-6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
11-7. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ
СОЛНЕЧНАЯ ЗАРЯДКА со встроенным аккумулятором!

Вы только на емкость встроенного аккумулятора взгляните - более чем 7 А·ч...

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