Мендл М. 200 избранных схем электроники. Матью Мэндл 200 избранных схем электроники редакция литературы по информатике и электронике 1978 PrenticeHall, Inc
 Скачать 2.25 Mb.
|
|
Глава 11 ЦЕПИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФОРМЫ СИГНАЛОВ 11.1. Интегрирующая цепь В электронных устройствах часто бывает необходимо изменить прямоугольные импульсы или сигналы другой формы таким образом, чтобы получить сигнал требуемой формы. Указанное изменение может заключаться в сохранении ВЧ-состав-ляющих сигнала и ослаблении НЧ-составляющих, в ослаблении только ВЧ-составляющих, в изменении амплитуды и формы сигнала путем ограничения и т. д. Важнейшей цепью такого типа является интегратор, который широко применяется в электронных вычислительных схемах, в системах развертки телевизионных приемников и в других случаях, когда требуется ослабить ВЧ-составляющие импульсов. Практически интегрирующую цепь (рис. 11.1, а) можно рассматривать как фильтр нижних частот. При воздействии синусоидальных сигналов интегрирующая цепь сильнее ослабляет сигналы более высоких частот (и вносит некоторый фазовый сдвиг). В случае импульсных или прямоугольных сигналов их форма изменяется благодаря фильтрации ВЧ-составляющих сигналов. Когда к конденсатору приложено постоянное напряжение, то в процессе заряда конденсатора электроны подходят к одной пластине и уходят от другой. При подаче переменного напряжения, полярность которого периодически меняется на обратную, конденсатор будет перезаряжаться с частотой приложенного напряжения. Перемещение электронов в цепи конденсатора образует электрический ток через конденсатор. Математически напряжение на конденсаторе и ток через него связаны соотношением (11.1) где е с — напряжение на конденсаторе, С — емкость конденсатора и ic — ток через конденсатор. Это уравнение показывает, что напряжение на конденсаторе возрастает с увеличением времени протекания тока через него. Рис. 11.1. Интегрирующие цепи (а и г) и форма импульса на входе (б) и выходе (б) простейшей интегрирующей цепи. В практических схемах интеграторов постоянная времениRC велика по сравнению с длительностью воздействующего импульса. В этом случае приращение напряжения ее на конденсаторе мало по сравнению с напряжением е, приложенным к интегрирующей цепи. Тогда можно записать приближенное равенство (11.2) Таким образом, выходное напряжение интегратора пропорционально интегралу входного тока e/R. Это можно объяснить, если обратиться к рис. 11.1,6 и в. При подаче на вход схемы положительного импульса крутой фронт импульса действует на интелратор в течение очень короткого промежутка времени. Затем в течение времени, равного длительности импульса, действует напряжение, соответствующее плоской вершине импульса. Напряжение на конденсаторе нарастает по экспоненциальному закону. За время, равное постоянной времени цепи, напряжение на конденсаторе достигнет примерно 63% максимального значения, а полностью конденсатор зарядится примерно в течение пяти постоянных времени. Так как постоянная времени интегрирующей цепи велика по сравнению с длительностью импульса, напряжение на конденсаторе не достигает максимального значения, а постепенно нарастает до некоторой величины (рис. 11.1, в). По окончании действия входного импульса конденсатор начнет разряжаться через резистор RI и входную цепь. Разряд протекает также медленно по рравнению со спадом входного импульса, и в результате формируется на выходе сигнал, форма которого показана на рис. 11.1, в. Как уже указывалось, цепь интегратора эквивалентна фильтру нижних частот, так как пропускает НЧ- составляющие импульса и ослабляет ВЧ-составляющие. Форма сигнала показанная на рис. 11.1, в, представляет импульс, в котором ВЧ-составляющие подавлены. Действительная форма выходного импульса зависит от соотношения постоянной времени интегратора и длительности входного импульса. Если импульсы на входе интегратора имеют длительность, превышающую интервалы между ними (рис. 11.1 г), то напряжение на конденсаторе будет постепенно нарастать. Такую схему можно использовать в качестве делителя частоты, так как уровень запуска релаксационного генератора будет достигаться только после определенного числа импульсов, поданных на вход Таким образом, импульсы с более высокой частотой по- вторения можно .использовать для синхронизации релаксатора, имеющего более низкую частоту. Подобным образом при помощи импульсной последовательности можно постепенно повысить напряжение на конденсаторе и осуществлять им запуск тиристора в заданный момент времени. Например, схема, показанная на рис. 11.1,2, используется в телевизионных приемниках для синхронизации генератора кадровой развертки. Последовательностью импульсов синхронизируют высокочастотный генератор строчной развертки и этими же импульсами, пропущенными через интегратор, синхронизируют более низкочастотный генератор кадровой развертки. В интегрирующей схеме на рис. 11.1, г используются два резистора и два конденсатора, постоянная времени этой цепи равна т=R 1 (C 1 +С 2 )+R 2 C 2 . (11.3) Интегрирующую цепь можно также построить, располагая катушкой индуктивности и резистором. Для этого в схеме на рис 11.1,a резистор R 1 следует заменить катушкой индуктивности а конденсатор C 1 — резистором. Однако, поскольку катушка индуктивности имеет активное сопротивление, схема с резистором и конденсатором более широко применяется на практике. 11.2. Дифференцирующая цепь В дифференцирующей цепи (рис. 11.2, а) постоянная времени должна быть малой по сравнению с длительностью импульсов. Эту цепь применяют в тех случаях, когда импульсы сравнительно большой длительности необходимо преобразовать в короткие запускающие импульсы с крутым фронтом. Цепь сохраняет крутой фронт импульса в той же полярности и по существу ведет себя как фильтр верхних частот, ослабляющий низкочастотные и пропускающий высокочастотные составляющие импульса. При подаче напряжения на конденсатор протекающий через него ток пропорционален производной приложенного к конденсатору напряжения е с : (11.4) При малой постоянной времени сопротивление резистора оказывается значительно больше реактивного сопротивления конденсатора. Поэтому выходное напряжение, равное падению напряжения на резисторе, приближенно выражается формулой (11.5) На рис. 11.2,6 и в показаны соответственно формы импульса на входе и выходе дифференцирующей цепи. От начального момента действия импульса и в течение всей его длительности к входу схемы прикладывается постоянное напряжение. Если при подаче входного импульса конденсатор Ci не был заряжен, то в первый момент через конденсатор, а также через рези стор R1 будет протекать большой ток. Таким образом, на рези- сторе сразу же появляется большое падение напряжения, благодаря чему на выходе очень быстро нарастает фронт импульса (рис. 11.2, в). По мере заряда конденсатора протекающий через него ток уменьшается со скоростью, зависящей от постоянной времени цепи. При малой постоянной времени конденсатор быстро заряжается и ток перестает протекать по цепи. Таким образом, когда конденсатор полностью заряжен, напряже- ние на резисторе R 1 спадает до нулевого уровня. В момент окончания действия импульса входное напряжение уменьшается до нуля, и конденсатор начинает разряжаться. Ток разряда конденсатора имеет противоположное но сравнению с током заряда направление, следовательно, направление тока через резистор также противоположно току заряда. Поэтому на выходе теперь появится отрицательный всплеск напряжения. Рис. 11.2. Дифференцирующая цепь (а) и форма импульса на входе (б) и выходе (в) цепи. На практике на вход дифференцирующей цепи обычно подаются импульсы. Если же на вход дифференцирующей цепи подать синусоидальные колебания, то их форма не изменится, но произойдут сдвиг фазы выходного колебания и уменьшение амплитуды этих колебаний на величины, зависящие от частоты входного сигнала. Другой тип дифференцирующей схемы можно получить, если C 1 заменить резистором, а R 1 — индуктивностью. В такой цепи фактором, определяющим качество дифференцирования, является также постоянная времени. Как и в интегрирующей цепи, омическое сопротивление катушки индуктивности ухудшает характеристики схемы. Поэтому такую цепь применяют довольно редко. 11.3. Интегрирующе-дифференцирующая цепь Операции дифференцирования и интегрирования можно производить, используя комбинированную цепь, показанную на рис. 11.3. Здесь напряжение, снимаемое с двух верхних зажимов, является выходным напряжением интегрирующей цепи, а с двух нижних — выходным напряжением дифференцирующей цепи. Параметры схемы таковы, что при входном сигнале в виде колебаний прямоугольной формы на выходе интегрирующей цепи получается напряжение пилообразной формы. Такую комбинированную цепь часто применяют в радиолокационных и телевизионных системах для целей фильтрации (пропускания полезных импульсных сигналов и ослабления импульсов помех). Эти цепи используют и в других случаях, когда следует пропустить импульсы только определенной длительности и задержать все другие. Рис. 11.3. Комбинированная интегрирующе-дифференцирующая цепь. Для анализа работы схемы предположим, что амплитуда входных импульсов равна 100 В. При подаче такого импульса на вход, схемы в начальный момент через конденсатор Ci будет протекать максимальный ток, и, следовательно, на какое-то мгновение конденсатор замкнет навдротко резистор R { . Таким образом, в начальный момент времени напряжение на резисторе R 1 отсутствует. Однако по мере заряда конденсатора величина емкостного тока будет уменьшаться, а падение напряжения на резисторе R 1 возрастать. Когда конденсатор полностью зарядится (по истечении времени, равного примерно пяти постоянным времени), напряжение импульса будет полностью приложено к цепи последовательно соединенных резисторов. Это напряжение будет делиться пропорционально сопротивлениям, т. е. на R 1 величина напряжениия составит 75 В, а на R 2 — 25 В. В результате конденсатор C 1 окажется заряженным до напряжения, равного падению напряжения на резисторе Ri. В начальный момент выходное напряжение, снимаемое с резистора R2, будет иметь вид остроконечного всплеска, полученного в результате дифференцирования входного импульса. В момент спада входного импульса напряжение на входе снижается до нуля и начинается разряд конденсатора С 1 . Разряд конденсатора происходит через оба резистора, как если бы они были присоединены параллельно к конденсатору. Это происходит потому, что резистор R 1 присоединен к конденсатору параллельно непосредственным образом, а резистор R 2 присоединен к GI также параллельно через входную цепь. Во время разряда конденсатора ток, протекающий через резистор R 2 , имеет обратное направление, в результате на выходе появляется отрицательный всплеск напряжения. Так как оба резистора фактически соединены параллельно с конденсатором, то постоянная времени т этой цепи выражается формулой (11.6) Как было показано выше, на резисторе R l появляется напряжение пилообразной формы. Форма сигнала на этом резисторе зависит от постоянной времени и от соотношения длительности импульса и постоянной времени. 11.4. Последовательный диодный ограничитель Во многих промышленных установках, схемах автоматики, системах связи применяются нелинейные устройства, которые позволяют устранить помехи, всплески при переходных процессах и другие нежелательные выбросы сигнала. При помощи таких устройств возможно ограничивать синусоидальные колебания с целью формирования колебаний прямоугольной формы (преобразования их в прямоугольные импульсы). Кроме того, устройства могут использоваться для получения сигналов с постоянной амплитудой и привязки сигналов к определенному уровню постоянного напряжения. Эти устройства, называемые ограничителями, устройствами привязки или фиксации заданного уровня напряжения, имеют специфическое применение. Рис. 11.4. Схема последовательного диодного ограничителя. Ограничитель — это устройство, ограничивающее сигнал выше или ниже заданного уровня, называемого уровнем ограничения. Вне области ограничения величина выходного сигнала пропорциональна величине входного сигнала. Ограничители могут быть последовательного и параллельного типа; их выполняют на диодах, транзисторах или лампах. Типичная схема последовательного диодного ограничителя снизу представлена на рис. 11.4. Так как резистор и диод здесь соединены последовательно, эту схему называют последовательной. В ограничителе используется напряжение смещения, полярность которого указана на рисунке. Поскольку полярность источника смещения является обратной для диода, при отсутствии внешнего сигнала ток в ограничителе не протекает. При подаче же на вход сигнала положительной полярности протекание тока начнется с момента, когда величина входного сигнала превысит напряжение смещения 4,5 В. После того как величина входного сигнала превысит напряжение смещения, величина выходного сигнала будет пропорциональна величине сигнала на входе. Если на вход подается сигнал отрицательной полярности, то он действует так же, как источник смещения, и диод будет еще дальше переходить в область отсечки. Следовательно, в данной схеме срезается часть сигнала, находящаяся ниже уровня смещения 4,5 В. Предположим, что входной сигнал представляет собой колебания прямоугольной формы (рис. 11.4). Так как полный размах сигнала составляет 24 В, амплитуда сигнала во время положительного и отрицательного полупериодов равна 12 В. При положительном полупериоде входной сигнал должен превысить напряжение смещения 4,5 В, и только после этого диод откроется. Следовательно, амплитуда выходного сигнала будет со- ставлять только 7,5 В. 11.5. Параллельный диодный ограничитель Различные варианты схем параллельных ограничителей показаны на рис. 11.5 [Для нормальной работы параллельного ограничителя принципиально необходимо включение последовательно с источником сигналов резистора довольно значительного сопротивления. — Прим. ред.]. Схема на рис. 11,5 а иллюстрирует ограни- чение сигналов отрицательной полярности. Здесь при подаче на вход биполярных колебаний прямоугольной формы на выходе получают импульсы только положительной полярности. При положительном входном сигнале на диод подается напряжение обратной полярности и диод имеет большое обратное сопротивление, так как находится в закрытом состоянии. Таким образом, во время положительного полупериода входной сигнал будет проходить на выход. Во время действия отрицательного полупериода входных импульсов прямоугольной формы полярность напряжения, приложенного к диоду, будет такой, что последний переходит в открытое состояние. При этом малое сопротивление открытого диода будет шунтировать резистор RI и выходное напряжение будет близко к нулю. В течение последующих полупериодов процесс будет повторяться и на выходе будут появляться импульсы положительной полярности. Для получения импульсов отрицательной полярности следует направление включения диода изменить на обратное. Рис. 11.5. Схемы параллельного диодного ограничителя. Схема ограничителя параллельного типа с источником фиксированного положительного смещения изображена на рис. 11,5,6. Полярность источника смещения такова, что он поддерживает диод в закрытом состоянии. Для обеспечения требуемого уровня ограничения устанавливается нужная величина напряжения источника смещения. В схеме рис. 11,5,6 диод открывается только в том случае, когда напряжение поло- жительного входного сигнала превысит 3В. Следовательно, если размах колебаний напряжения прямоугольной формы на входе составляет 12В, то выходное напряжение пропорционально входному только в случае, пока последнее не превышает 3В. Если же входной сигнал оказывается выше 3 В, то диод открывается и источник сигналов окажется зашунтированным. При отрицательном сигнале на входе диод закрыт и выходной сигнал пропорционален входному. Таким образом, если полярность напряжения смещения и полярность включения диода противоположны, то сигнал на выходе появится в том случае, когда величина входного сигнала не превышает приложенного напряжения смещения. Применение смещающего напряжения дает возможность производить ограничение отрицательной или положительной полуволны синусоидальных колебаний. Направление включения диода и полярность смещающего напряжения, показанные на рис. 11.5, в, таковы, что осуществляется ограничение положительной полуволны напряжения: на выходе это напряжение будет иметь плоскую вершину при величинах входного сигнала, которые превосходят уровень смещения. Если напряжение положительной полуволны входного сигнала превысит уровень смещения, то диод открывается и шунтирует сигнал. Пропорциональное же изменение входному сигналу сигнала на выходе будет иметь место, если величина входного сигнала меньше в алгебраическом смысле напряжения смещения. Для ограничения отрицательной полуволны синусоидальных колебаний необходимо полярность напряжения смещения и полярность включения диода изменить на обратные (рис. 11.5, г). В этом случае напряжение смещения поддерживает диод в закрытом состоянии, кроме интервалов времени, когда входной сигнал, имеющий отрицательную амплитуду, превышает напряжение смещения и открывает диод. 11.6. Двусторонний ограничитель Если соединить два ограничителя, как показано на рис. 11.6, а, то получим схему двустороннего ограничителя. При такой схеме ограничиваются и положительная, и отрицательная полуволны синусоидального напряжения, и на выходе получается сигнал в виде колебаний, близких к колебаниям пря- моугольной формы. Степень ограничения сигнала можно изменять путем выбора напряжений смещения. Во время положительного полупериода входного напряжения, превышающего положительный уровень смещения, будет открыт диод Д ь а во время отрицательного полупериода при таких же условиях открывается диод Д 2 Результатом является двустороннее ограничение сигнала. Для преобразования синусоидального входного напряжения в колебания, имеющие форму, близкую к прямоугольной, можно использовать также транзисторы. Для этой цели транзистор применяется в обычной усилительной схеме, работающей в режиме ограничения. При этом рабочая точка вне областей ограничения находится в линейной части характеристики, что достигается при помощи напряжения смещения. Схема такого типа изображена на рис. 11.6,6. Входной сигнал должен иметь амплитуду, достаточную для перевода транзистора в область отсечки во время одного полупериода и в область насыщения во время другого полупериода. Усилители, работающие в режиме ограничения, иногда называют усилителями, работающими в режиме перегрузки. Рис. 11.6. Схема двустороннего ограничителя. Во время положительного полупериода транзистор переводится в режим насыщения, при этом увеличение амплитуды входного сигнала не приводит к соответствующему увеличению выходного сигнала. В результате верхняя часть полуволны выходного напряжения становится плоской, как показано на рисунке. В течение некоторой части отрицательной полуволны входного сигнала транзистор переводится в область отсечки, и в течение этого времени полуволна напряжения на выходе также будет иметь плоскую вершину. Таким образом, при перегрузке синусоидальный входной сигнал преобразуется в выходные колебания, близкие по форме к прямоугольным. 11.7. Выравнивание амплитуд Схема параллельного ограничителя со смещением, показанная на рис. 11.5,6, может использоваться для выравнивания амплитуд (рис. 11.7). В этой схеме установлено положительное смещение, равное 4,5 В. Благодаря этому все входные сигналы,, амплитуда которых превышает 4,5 В, ограничиваются и выходной сигнал не будет превышать 4,5 В. Это происходит потому,, что при положительных амплитудах входного сигнала, превышающих напряжение смещения, диод открывается и оказывает шунтирующее действие. Следовательно, если входные импульсы имеют разные амплитуды, то на выходе будут получаться огра- ниченные входные сигналы. Например, если амплитуда первого импульса равна 4,8 В, т. е. на 0,3 В превышает уровень, при котором открывается диод Дь то выходное напряжение равно 4,5В. Этим же уровнем 4,5В будут ограничиваться и последующие импульсы. Конечно, в данной схеме ограничиваются лишь те импульсы, амплитуда которых, как в приведенном примере, превышает уровень 4,5 В. Такие схемы удобно использовать для ограничения выбросов, образующихся при переходных процессах, в результате чего получаются импульсы с одинаковыми амплитудами. 11.8. Схемы фиксации уровня Многие импульсы имеют какую-нибудь одну полярность — отрицательную или положительную. Этим они отличаются, например, от прямоугольных колебаний, которые так же, как и синусоидальные колебания, содержат полупериоды положительной и отрицательной полярности; напряжения таких сигналов имеют значения выше или ниже нулевого уровня. При усилении импульсных сигналов в обычных транзисторных или ламповых схемах с емкостной связью постоянная составляющая импульсов теряется. Это происходит из-за действия емкостной связи: конденсатор не пропускает постоянной составляющей тока Поэтому при передаче однополярных импульсов через конденсатор на выходе линейной цепи получаются колебания прямоугольной формы без постоянной составляющей напряжения содержащейся в передаваемых импульсах. Во многих слу- чаях требуется восстановить постоянную составляющую, чтобы получить исходные импульсы. Восстановление постоянной составляющей импульсов после их прохождения через цепь с емкостной связью осуществляется при помощи схем фиксации. Эти схемы осуществляют привязку импульсов к некоторому ПОСТОЯННОМУ или нулевому уровню и при необходимости восстанавливают исходные характеристики импульсов. Привязку им- nvibCOB к нулевому уровню также называют восстановлением постоянной составляющей. Фиксация уровня осуществляется путем использования нелинейного элемента — чаще всего путем введения диода в схему (рис. 11.8,а). Рис. 11.7. Схема выравнивания амплитуд. Рис. 11.8. Схемы фиксации заданного уровня импульсов. На рис И 8 а изображен обычный двухкаскадныи усилитель на транзисторах с емкостной связью между каскадами. Для восстановления уровня постоянной составляющей в схему введен шунтирующий диод Д 1 , соединяющий базу транзистора Т 2 с землей. При достаточно длительном отсутствии входного сигнала (момент t 1 ) конденсатор С 1 оказывается заряженным до исходного установившегося напряжения 25 В, равного падению напряжения на резисторе R 2 , полярность напряжения указана на рис. 11.8, а. С приходом первого импульса (момент R) напряжение на резисторе R 2 возрастает от исходного установившегося значения до 75 В. Так как передний фронт импульса имеет небольшую длительность по сравнению с постоянной времени заряда С 1 через резистор R 3 , то практически весь прирост падения напряжения на резисторе R 2 передается на резистор R z , а напряжение на конденсаторе Ci в течение длительности фронта импульса остается неизменным. Таким образом, амплитуда сигнала на резисторе R 3 окажется равной разности между амплитудой импульса (75 В) и исходным напряжением на конденсаторе C 1 (25 В), т. е. величина амплитуды импульса на R 3 составит 75 — 25 = 50 В. Так как постоянная времени CiR s велика по сравнению с длительностью импульса, то за время длительности импульса (от t 2 до £з) конденсатор успевает дозаря-диться на небольшую величину. Поэтому напряжение на резисторе R$ уменьшится лишь на эту небольшую величину. Так, если, например, за время длительности импульса напряжение на конденсаторе возрастет до 30 В, то величина выходного импульса понизится на 5 В и в момент t z , как это указано на рисунке, составит 45 В. Когда импульс на входе снова уменьшится до нуля, напряжение на R 2 опять станет равным 25 В (в момент t z ). Так как теперь напряжение на конденсаторе превышает это значение на 5 В, конденсатор начнет разряжаться через диод Д! и резистор R 2 , что приведет к появлению на выходе (на базе транзистора Т 2 ) кратковременного отрицательного всплеска, равного небольшому падению напряжения на отпертом диоде Д ь Существенным является то, что малое сопротивление отпертого диода шунтирует резистор R s , вследствие чего резко уменьшается постоянная времени разряда конденсатора. Поэтому весьма быстро незначительный отрицательный выброс выходного напряжения (напряжения на диоде) снижается до нуля, после чего на конденсаторе вновь устанавливается исходный уровень напряжения, равный 25 В. Так как этот уровень является установившимся для интервала времени между импульсами, то в течение этого времени ток через резистор R 3 не протекает и, следовательно, на нем нет падения напряжения. Таким образом, осуществляется процесс привязки выходных импульсов к нулевому уровню (прямоугольные колебания с отрицательными и положительными полупериодами на выходе не образуются). В некоторых случаях возникает необходимость привязки сигнала к заранее заданному уровню напряжения, выше или ниже нулевого уровня. Такая привязка осуществляется при помощи схемы, изображенной на рис. 11.8,6. Здесь фиксированный уровень напряжения подан в точку между соединением резистора Rz с диодом и землей. Этот источник напряжения зашунтирован конденсатором С 2 для того, чтобы уменьшить до минимума изменения напряжения сигнала на внутреннем сопротивлении источника. В этой схеме выходной сигнал привязан к; уровню, соответствующему напряжению источника питания. В показанной на рисунке схеме используется источник постоянного напряжения 10 В. Поэтому выходные импульсы будут привязаны к уровню постоянного напряжения, равного 10 В. Выполняемая схемой функция аналогична той, которая была описана для схемы на рис. 11.8, а. Отличие заключается лишь BI том, что здесь выходные импульсы располагаются выше нулевого уровня на величину, равную напряжению источника. При отсутствии источника восстановленный сигнал имел бы в момент t 2 высоту 50 В, так как входные импульсы начинались бы от исходного уровня 25 В и нарастали до 75 В. При подключении же источника 10 В к точке соединения резистора R s с диодом Д; выходные импульсы амплитудой 50 В смещаются на 10 В и оказываются привязанными к этому уровню. 11.9. Формирование пилообразных сигналов Схема формирователя пилообразных колебаний изображена; на рис. 11.9. Иногда такую схему называют зарядно-разрядной., так как в ней периодически происходят заряд и разряд выходного конденсатора С 1 , включенного между коллектором и эмиттером. Вместо n — р — n-транзистора можно использовать р — n — р- транзистор или электронную лампу. Рис. 11.9. Схема формирователя пилообразного напряжения. Так как между эмиттером и базой транзистора нет напряжения смещения, транзистор находится в закрытом состоянии. В это время конденсатор С 1 заряжается, причем зарядный ток протекает в направлении, указанном на рис. 11.9 сплошной стрелкой. В результате происходит постепенное нарастание на-лряжения между коллектором и землей, кото|рое и образует рабочую часть выходного пилообразного напряжения. Начальный участок этого напряжения (до нескольких процентов максимальной величины) практически линейный. При существенно большей величине зарядного напряжения конденсатора дальнейший его заряд происходит по экспоненциальному закону. Разряд конденсатора начинается в момент открывания транзистора путем подачи на его базу положительного сигнала. Такие сигналы могут представлять собой положительные импульсы, вырабатываемые релаксационным генератором. При воздействии положительных импульсов на базу напряжение на базе относительно эмиттера становится положительным и его действие эквивалентно действию прямого смещения транзистора n — р — n-типа. В результате транзистор открывается и шунтирует конденсатор С ь и начинается разряд конденсатора через небольшое сопротивление транзистора в направлении, показанном на схеме штриховой стрелкой. Выходное напряжение при этом резко спадает, завершая один цикл формирования пилообразного напряжения. Когда входной импульс заканчивается (или сигнал с релаксационного генератора становится отрицательным), транзистор опять закрывается и конденсатор начинает заряжаться, формируя новый цикл пилообразного напряжения. Заряд конденсатора осуществляется через последовательно соеди- ненные резисторы R 2 и Rz, сопротивление которых значительно больше сопротивления открытого и обычно насыщенного транзистора. Поэтому постоянная времени заряда конденсатора значительно больше постоянной времени разряда. Постоянная времени цепи разряда определяется величиной емкости конденсатора С 1 и малым сопротивлением открытого транзистора. Переменный резистор R 3 позволяет изменять постоянную времени цепи заряда и, следовательно, регулировать амплитуду выходного пилообразного напряжения. В схемах вертикальной развертки осциллографов, телевизионных приемников и в других подобных схемах при помощи резистора R 3 регулируют размер изображения по вертикали. Мгновенное значение напряжения на конденсаторе определяется выражением е с = Е(1 — e -t/RC ), (11.7) где е с —мгновенное значение напряжения на конденсаторе в процессе заряда; Е — напряжение источника, от которого осуществляется заряд; е — основание натуральных логарифмов, равное 2,718; С — емкость конденсатора, Ф; t — время, с; R = R 2 +R 3 — зарядное сопротивление, Ом. 11.10 Преобразование пилообразного напряжения в пилообразный ток При электростатическом управлении лучом в электронно-лучевых трубках, например в осциллографах, отклонение электронного луча осуществляется путем подачи пилообразного напряжения на отклоняющие пластины. Электростатическое поле, образующееся между пластинами, оказывает влияние на электронный луч и обеспечивает его линейное отклонение. В телевизионных трубках для обеспечения кадровой и строчной раз- верток применяется магнитное поле, управляющее движением электронного луча. Для создания магнитного поля на отклоняющие катушки подается пилообразный ток; при этом магнитное поле изменяется по линейному закону. Эти особенности поясняются на рис. 11.10. На рис. 11.10, от показано последовательное включение резистора с большим сопротивлением и катушки с небольшой индуктивностью. Если индуктивное сопротивление катушки на частоте, равной примерно частоте пилообразного напряжения, имеет очень малую? величину по сравнению с омическим сопротивлением резистора, то при подаче на вход цепи пилообразного напряжения через катушку будет протекать ток также пилообразной формы. Если же индуктивное сопротивление катушки больше омического сопротивления резистора (рис. 11.10,6), то при подаче на вход такой цепи пилообразного напряжения форма тока в ней уже не будет пилообразной. Для получения пилообразного тока в этой цепи на ее вход следует подавать напряжение прямоугольной формы. Когда индуктивное сопротивление катушки и омическое сопротивление рассматриваемой цепи имеют примерно одинаковые величины, как это часто бывает в отклоняющих системах кинескопов, то для формирования пилообразного тока в цепи на ее вход следует подавать комбинированный сигнал в виде суммы прямоугольного и пилообразного напряжений (рис. 11.10, в). Для этого инвертированные прямоугольные им- пульсы вводятся в пилообразный сигнал. Схема для получения такого комбинированного сигнала изображена на рис. 11.11. Здесь модификация пилообразного напряжения осуществляется в предоконечном каскаде строчной развертки телевизионного приемника. Как показано на рисунке, сигнал пилообразной формы при-ложен к базе транзистора и базовому резистору R 2 , соединенному с землей через обмотку выходного трансформатора строчной развертки. Импульсные сигналы с этой обмотки подаются в точку соединения R 2 и С 1 , где складываются с пилообразным сигналом, в результате чего и осуществляется требуемая модификация пилообрааного напряжения. Выходной сигнал в схеме снимается с резистора Rз и, так как схема представляет собой эмиттерный повторитель, имеет ту же самую фазу, что и входной. Далее этот сигнал подается на выходной трансформатор строчной развертки, а затем — на отклоняющую систему. |