книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

где и т1 — скачок напряжения на коллекторе транзистора VT1 при его

запивании-

т. =1

“ С ( R i+ R J .

’

3

В момент t = t3, если заряд начался в момент t = О,

« б2 (*э) = V m\ - U n + R»l6) е~‘3'Хз - RJI6 = t/n.

откуда

Подставляя в формулу (5.2) выражения (5.3) и (5.4), получаем

/3 = т3 In - l nR3 (2« — 1) — t/n + О —«) R QIQ

(5.5)

Wn+ ( ! - « ) « Л

Ток / 0 ГСТ на транзисторе VT3 определяется по формуле

/„ да оЛ4 (£ , - U63)/[Ri ( R 3 + Я4)Ь

(5.6)

где и 6ъ = 0,7 В — напряжение на участке база — эмиттер активного кремниевого

тран­

зистора.

иб2 = —

m2

^ п ) е

Р; Тр = С (/?! -f- /?0) = Т3>

где Uт2 — скачок напряжения на коллекторе транзистора

VT1 при его отпирании. *

В момент окончания процесса разряда, если принять,

что разряд начался

в

мо-

мент t = О,

« 6 2 ('р) =

-

(у т 2 -

tfn) е " 'р/Тр =

- Un,

откуда

тр In l(Um 2 — U„)/U„].

/р =

(5.7)

Скачок

напряжения

Um 2 =

Ri (/нач — / кон),

/ нач =

а/„ — (U ^ — U J/Rt — ток

через резистор R1 в начале разряда конденсатора;

/ к = (1 — а)

/ 0 + Uu/Re — в

конце

его заряда.

Uni2 = IoRs (2а

^ mV

Тогда

1) =

Подставляя значение Um2 в выражение (5.7), находим

h =

тр 1п ( K W

(2а - 1) - UnVUnV

(5.8)

Из сравнения формул (5.5) и (5.8) видно, что времена /3 и /р

различаются наличием

в числителе и знаменателе

выражения (3.5) слагаемого (1 — а) / 0/?в. Это объясняется тем*

что при заряде конденсатора напряжение иб2 на базе транзистора

VT2 стремится не к

ну­

лю, как при разряде, а к

— (1 — a) I0Re.

cc!0Rj. Выход генератора не связан с цепями

Амплитуда выходных импульсов Um =

Т

t , ,

1пГт / Л

( 2 “ - 1 ) " " ^ п +

0 - « )

-

Г - < з + * р - т 1 п |^

L V + (l — a) /V 0

*

чу Л Л (2 а — 1) — Un

(5.9)

х

й~п

где т = С (/?! +

Re).

из-за того, что экспоненциально изменяющееся напряжение на

базе стремится почти к ну­

левому значению.

ч

на

ИДУ

типа

175УВ4 изображена

на

Функциональная схема

автогенератора

рис. 5.1, в. Расчет этого генератора сводится

к определению параметров навесных элемен­

тов С, R2, R6

по заданным временным параметрам импульсов.

ИДУ

Большую

нагрузочную

способность имеют

автогенераторы, выполненные на

с выходными эмиттерными повторителями (рис. 5.2,

а). Процессы, протекающие в этом

тз = С (# DbIX + R2)t

где # вых

(1 — a) Ri — выходное

сопротивление

эмиттерного

повторителя на транзисторе VT1. Конденсатор разряжается через резистор R2 и выходное

сопротивление эмиттерного повторителя. Постоянная времени цепи

разряда тр = т3.

Для определения времен заряда и разряда

конденсатора генератора с эмиттерными

повторителями можно

использовать формулы (5.2) и (5.7). При этом необходимо опреде­

лить для рассматриваемого генератора перепады Uml = U^

на выходе эмиттерного повто­

рителя, вызываемые отпиранием и запиранием

транзистора

VT2. Перепад

напряжения

на входе эмиттерного повторителя равен a / 0/?i,

где а / 0 — перепад тока коллектора тран­

зистора VT2. Если коэффициент передачи эмиттерного повторителя

обозначить через

К.П** 1 . то

Umi ^

^ m2 —

^

жим насыщения, а транзистор VT3 закроется. Конденсатор

С начнет разряжаться через

участки база— эмиттер транзисторов VTJ, VT2 и резистор

Кб, стремясь перезарядиться

до напряжения — Е2,

Напряжение на участке база — эмиттер закрытого транзистора VT3 примерно равно

заканчивающийся

переходом транзисторов

У77,

VT2 в

закрытое, а

транзистора

VV3

в открытое состояние. Процессы, таким образом, периодически будут повторяться.

Максимальное напряжение, до которого заряжается конденсатор,

U С max = Е

(1 ■ а ) Ко Н“ (^1 “Ь ^г)/^с1 ^

^1*

(5.14)

Ток разряда конденсатора изменяется по закону

('р =

( Р о

max + £ г)/Я««_ '/Тр Я* (£. +

E 2) / R t e ~ ‘/TP,

тр =

C R e.

(5.15)

Напряжение на

конденсаторе изменяется по закону

«с-«'em.х + Е г) е - ‘/хР ~ Е 2,

откуда, с учетом

равенства £/CmaX ^

Ег &

£ 2 =

Е, для

t =

/р получим

и с ( / Р ) =

2 £ е - ' р / т Р _ £ ~

о .

Тогда

/р =

т р In

2 ^

0 , 7 С Я с .

(5 . 1б)

Время заряда определяется

из соотношения

= С W c

max

m l n ^ C E ,

t3 =

C £//0.

(5.17)

Период автоколебаний

Т =

tP+ /3 =

т In 2 + СЕ//0 ^

0,7СДв + СЕ//01

а скважность

Q =

ГЛР = 1 +

E/[(/0tfe) In 2] да

1 + 1,4Е/(Яв/0).

(5.18)

ясь с током /0, обеспечивает насыщенное состояние транзисторов

VT1 и

VT2, их эмиттер-

ные токи i9 =

(ip + /0)/2, откуда, с учетом выражения (5.15),

1Э= /„/2 + (Et +

Е2) e~t/xP/(2Rt).

(5.19)

Транзисторы VT1 и VT2 начнут выходить из режима насыщения в момент выполнения

условия

ш*э =

EiIRf.

(5.20)

В результате подстановки в выражение (5.20) значения тока 19 из формулы (5.19) по­

лучим

откуда

а/о/2 +

а (Et + Е2) <Г'р/хР/(2/?в)

Е^Яи

tp = Тр In {a (Ei -f- Е2)

(2Ej

a / 0/?i)]}.

Если учесть,

что Е* = Еа =

Е, то

tp =

тр In {2aERi/[Re (2Е - с с / ^ ) ] } .

(5.21)

Минимальное напряжение на конденсаторе в момент t=

tp

UCm\n ^ 2 E e - ‘pIXP - E .

(5.22)

Время заряда определяется из соотношения

*зЛ) — С V C шах

^Cmin).

откуда, с учетом формул (5.14) и (5.22)*

t3 » C ( E — 2Ее~*р/тр +

£)//„ = 2СЕ (1 -

e-

V TP)//0.

(5.23)

Период

автоколебаний

Г _ <„ + ,, - , р I»

+ 2С£ (1 -

( 5

. 2

4 )

Для того чтобы определить, какой режим работы генератора с эмиттерным времяза-

дающим конденсатором реализуется, сначала

необходимо

рассчитать

времена

разряда

канчивается

выходом

из насыщения транзисторов VT1 и VT2. При этом следует иметь

в виду, что

второй

режим реализуется при меньших токах.

к определению емкости хронирующего конденсатора С.

г е н е р а т о р а

П р и н ц и п и а л ь н а я

с х е м а

з а т о р м о ж е н н о г о

с Е С - в р е м я з а д а ю щ е й

цепью, включенной между выходами эмиттерных повторите­

В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт,

a VT2 открыт,

так как

щ = иб2 =*

= и60 = U3 min—R l6 >Ut\ *=* 0. Конденсатор С

заряжен до

напряжения

Uc max=

С начинает разряжаться через резистор

R, стремясь перезарядиться

до напряжения

— Д£/э. Напряжение на базе VT2 при этом

увеличивается, стремясь к

+ £ /эшах. Однако

и* m«v + АС/э - иб(0)

2 __- ил

Us шах “Ь

'эmin

U3 тах

транзисторов,

+ (1 —а) RJ;

'9 шах = [£Л —^2 (1 —a)

U.

U

ЕгЪ - Е 2( 1 - а \Ъ — aLR,R«

эт1 п

Я в + 0

— a)Rt

1

fu — RC In

(1

°0 Rj -Ь «IQRI R»

а время восстановления

О о с ) Ri

tD= 5С \rD + 2 (1 — a) Rx],

где rD — сопротивление открытого диода; (1 — a) =

RBbTX— выходное сопротивление

ти максимальное напряжение па конденсаторе

Uс шах =

^бэ

(5.25)

Ei + E2 — Ufa

Ел + Е2

—

где /б == ——г - — .-------- г=?-----Б------(1 — а) — базовый ток транзистора VT1\(J6

— а )

v°

напряжение на участке база — эмиттер открытого транзистора VT1.

неравенства

Ufa,

Подстановка в выражение (5.25) значения базового тока с учетом

и п « Et дает

«) * 1 (£ 1 +

£ 2)/Я«.

(5.26)

Ток разряда конденсатора изменяется по закону

и С шах + a / otf1

+ и бэ — E i

__//тп

(5.27)

,р “

r D + (1 - а ) Л ,

где

тр = С [rD+

(1 — а) /?,].

Подставляя в выражение (5.27) значение Uc max и пренебрегая напряжением Убэ по

сравнению с aI0Ri, получаем

•

о с / о — (1 — а )

(^ 1 “Ь

(5.28)

, р _

rD + (!-< * )/? !

(1 - a . ) l 0r D + и „

а 1 Л — (1 — a )

(£ f + E 2) /R a - t j x n

rD

rD + (1 — °0 Ri

*

UC (/р) = tfc-mm = (и С тш + a / Л - E l) «~'р/Тр + Е i - a /^ j .

(5-32)

Рис. 5.6

Амплитуда выходных импульсов (рис. 5.5, б)

UШ— а Л)^7»

(5.34)

а скважность определяется выражением

Q = 1 + *зДР-

(5.35)

Плавная регулировка периода колебаний Т = t3 +

(р возможна как с помощью плав­

смотренного автогенератора

на ИДУ типа 198УН1. Расчет этого генератора

сводится к

определению емкости С.

Н и з к о ч а с т о т н ы й

с и м м е т р и ч н ы й

г е н е р а т о р можно

построить

(рис. 5.6, б). При полной симметрии схемы

*и1 == *и2 ^

и /и (1

а) / 0 =

С (Uc max — Uc mln), где

U c max =

— (1 — а) У?! —■U n tz* E f — (1 — а) 10^ ;

U c min = E i — а / ^ .

(5.36)

Тогда из выражения для

/и с учетом формул (5.36)

/и =

(Р — 1) ^

РCRit

р =

а/(1 — а).

(5 3 7 )

На рис. 5.6, в изображена функциональная схема рассмотренного генератора на ИЛУ

типа 175УВ4.

Расчет генератора сводится к определению емкостей конденсаторов С1 и С2 .

типа

Пример. При заданном периоде

Т =

500 мкс, с учетом параметров усилителя

75УВ4 а =

0,98, Р = 49,

=

3 кОм, в соответствии с выражением (5.37)

С =

500 •

10 °/(2 . 4 9 . 3

.

103) =

1 ,7 . ю" 9 ф.

Ввиду того, что разряд конденсата-

ров сравнительно большим током про-

исходит

через

открытые

транзисторы,

фронты импульсов на их коллекторах

при отпирании транзисторов оказывают­

ся экспоненциальными (рис. 5.6, б). Для

их улучшения необходимо использовать

ИДУ

с

эмиттерными

повторителями

(рис. 5.7, а). Постоянная

времени

цепи

разряда

конденсаторов в

генераторе на

ИДУ без повторителей в (rD +

/?!)/[rD+

+ (1

— ос) / у

раз больше постоянной

времени генератора с эмиттерными по­

вторителями.

Максимальное

и

мини­

мальное напряжение на конденсаторе ге­

и с max = *i -

О-ч- a) R i

нератора с эмиттерными

повторителями

(E t +

E 2) / R Q -

U n;

a период

колебаний

UC min — E i —

Т =

2tu =

2CRi [Р -

(Е£+ E2)/(Rq/0)].

на рис. 5.7,

б.

генератора сводится к определению емкостей конденсаторов.

Расчет

низкочастотного

Пример. При расчете генератора на ИДУ типа 198УТ1 по формуле (5.6)

необходимо

рассчитать значение тока/о =

0,6 мА. Тогда согласно выражению для периода

колебаний

при заданном

Т =

5 •

10~~3

с /?* = 10 кОм, р =

49, Е^ = Е 2 = 6

В, /? 0 = 7 кОм

С =

5 •

10 3/2 . 104 [49 — (6 + 6)/(7 .0,6)] = 5,4 . 1(Г9Ф.

З а т о р м о ж е н н ы й г е н е р д т о р с н а р я д о м к о н д е н с а т о р а п о ­

с т о я н н ы м

т о к о м

выполняется на базе

рассмотренного

автогенератора (см.

рис. 5.5, а), если из него исключить диод в цепи базы транзистора

VT2 и добавить резис­

ком делителя

R2R7.

Напряжение

иб2

(Ej +

E2) R2

Е2- ( 1 - а ) /о

R , (Rj +

Ri)

62 max > 0

R I + Да + *7

Ri + R2 +

Ri

иб2 —

E j

^ 2 ~~~

oftf

R2

■£« =

Ut

< 0 .

Ri + R2 +

Ri

62 min

Кондепсатор С начинает заряжаться базовым током (1 — a)

7d транзистора

VT3. Когда

по мере заряда конденсатора

напряжение

и^ уменьшится до значения

= ^62 mrn +

ходное состояние. Генерирование импульса с длительностью

на этом заканчивается.

Начинается стадия восстановления, характеризуемая быстрым разрядом

конденсатора через

диод VD

и эмиттерный

повторитель

до

минимального напряжения

£/Cmin.

Длительность импульса

определяется

из

соотношения

M l

°0 Л) =

С (U c max

U С min)*

(5.38)

где с учетом выражений (5.26) и (5.32)

V C max ^

— (1 — а ) # i (^1 + Е 2)/#в — ^62 min ““

U c min =

Тогда

при

U62 min ^

^

0 из

выражения

(5.38)

получим

=

CRi

— (Е\ *+■ EZ}/(R0I0)].

(5.39)

Время

восстановления

tz = 5С [rD +

(1 — a) Rx].

(5.40)

Функциональная схема

заторможенного

генератора рассматриваемого типа

ИДУ

198YH1 изображена на рис. 5.8, в.

производится в сле­

Расчет элемента R11 С, R7 и выбор конденсатора С1 в цепи запуска

дующем порядке. Емкость С1 обычно выбирается величиной Сх = 500... 1000 пФ.

Вслед­

ствие того, что резистор R8 не оказывает существенного влияния на временные параметры,

выбираем

Rx = Rs = 5 кОм. Для обеспечения надежного открытого состояния транзис-