Глава двадцать первая,

ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

21-1. ВВЕДЕНИЕ

Пилообразным напряжением называют одиночные или периодические импульсы такой формы, как показано на рис. 21-1. Поскольку пилообразное напряжение широко используется в электронных осциллоскопах для линейной развертки луча, генераторы пилообразного напряжения называют иногда генераторами развертлш, хотя этот термин ке отражает их гораздо более широкого применения. Из области разверток заимствованы названия двух основных частей пилообразного импульса: прямой ход (главный, почти линейный участок Гпр) и обратный ход (сравнительно короткий участок Гобр, форма которого обычно несущестЕенна). Еще один термин - генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) - правильно отражает основную тенденцию при разработке таких схем (линейность прямого хода), ио не характеризует форму кривой в целом. Поэтому в дальнейшем примем первый из перечисленных терминов: генераторы пилообразного напряжения (ГПН).

Из рис. 21-1 видно, что пилообразное напряжение может быть положительным или отрицательным, а также нарастаюшим или спадаюиим. Последние два варианта различаются соотношением модулей начального и конечного напряжений прямого хода: неравенство I t/g I > I fi I характеризует нарастающее пилообразное напряжение (рис. 21-1, а, б), а неравенство I бг I < I б li - спадающее пилообразное напряжение (рис. 21-1,е, г).

Вообще говоря, пилообразные импульсы можно получить с помощью любого релаксатора: мультивибратора, одновибратора или блокинг-генератора. Для этого достаточно снимать выходное напряжение с времязадающего конденсатора (см. рис. 18-5, 19-2 и 20-4). Однако такой способ встречает два затруднения. Во-первых, время-задающая емкость, как правило, не имеет заземленной точки (исключение составляют схема на рис. 18-7 и ее аналоги). Во-вторых, к это главное, простейшие релаксаторы не обеспечивают необходимой линейности прямого хода. Поэтому ГПН составляют особый класс импульсных устройств и заслуживают специального рассмотрения.

Рис. 21-1. Формы пилообразного напряжения.

21-2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ

Параметры генераторов. Общий анализ проведем применительно к генераторам положительного нарастающего напряжения.

В основе всех реальных ГПИ лежит заряд конденсатора постоянным током. Требование постоянства зарядного тока очевидно из выражения

= ис, (21-1)

если учесть, что идеальная линейность функции щ (О означает условие ис - const. С этой точки зрения удобно оценивать линейность напряжения щ либо относительной разностью скоростей заряда в начале и конце прямого хода

либо (если С - const) относительной разностью зарядных токов:

Величину е называют коэффициентом нелинейности пилообразного напряжения.

Поскольку в реальных ГПИ коэффициент нелинейности не превышает 5-10%, можно считать скорость заряда практически постоянной:

Vc, (21-За)

Um\U2-Ux\

- амплитуда пилообразного напряжения.

При расчете ГПИ задаются двумя из трех величин, входящих в соотношение (21-За). Необходимые значения зарядного тока и емкости рабочего конденсатора определяют из соотношения

UcIjC. (21-36)

Величину

1=-. (21-4)

где Е - напряжение питания, называют коэффициентом использования напряжения питания.

Отношение 1/е, которое характеризует совокупность обоих главных параметров, можно назвать добротностью ГПН:

6=1. (21-5)

Очевидно, что качество ГПН в целом тем выше, чем больше его добротность.

Скелетная схема и режимы работы. Методы построения линейных ГПН удобно рассмотреть с помощью общей скелетной схемы, показанной на рис. 21-2. Здесь Е - источник питания; 3 - зарядный элемент, обеспечивающий заряд конденсатора С в интервале Тпр, Р - разрядный элемент, обеспечивающий заряд конденсатора С в интервале Гобр и запертый в интервале Т; Н - нагрузка (или чаше некоторый буферный элемент) с сопротивлением

В идеальном случае, когда отсутствуют ток нагрузки / и ток в запертом разрядном элементе /р, имеют место соотношения /(. р ==

= /пр и ho6f ~ обр - /пр (см.

сплошные стрелки на рис. 21-2) *. В реальных схемах токи и /р неизбежны (см. пунктирные стрелки) и потому

/спр=/пр-(/ + /р); (21-6а)

/собр==(/обр-/пр) + /н. (21-66)

Рис. 21-2. Общая скелетная схема генератора нарастающего положи-Как правило, и разрядный тельного напряжения,

элемент, и нагрузка представляют

собой транзисторы или транзисторные схемы, токи которых можно представить в первом приближении как сумму постоянной составляющей и составляющей, пропорциональной напряжению [см. (2-50)1:

h = Ino + Uc/R ; (21-7а)

h = fpo + tic/Rp. (21-76)

В частных случаях одной из этих составляющих можно пренебрегать (например, в случае кремниевых транзисторов - токами / с или /ро). Сумму обоих токов запишем в видe

im = iH + ip = ImO + Uc/Rm, .(21-7в)

где = /но + /ро . Rw = R II Rf- Индекс ш соответствует шунтирующей роли элементов Р и Й тю отношению к С.

Из выражения (21-66) очевидно, что обратный ход имеет место только при условии /обр > /пр и что он будет короче прямого хода, если /обр > 2/пр (токами 1 и /р пренебрегаем). Положим, что между временами Г р, Гобр и токами hnp, /собр имеет место обратная пропорциональность:

пр обр ~ (/еобр)ср Iспру

* Для токов зарядного и разрядного элементов приняты обозначения / р и /обр. чтобы их можно было использовать и в генераторах спадающего напряжения, в которых прямому ходу соответствует разряд, а обратному ходу - заряд конденсатора (см. рис. 21-1, в и г).

Строго говоря, при c= О ток /шо== 0. Однако в дальнейшем это обстоя-1ельство для простоты не учитывается.