Генераторы линейно изменяющегося тока

Как уже было сказано, линейно изменяющийся ток (ЛИТ) используется для развёртки электронного луча в электронно-лучевых трубках с электромагнитным отклонением луча (например, в телевизорах и индикаторах кругового обзора РЛС). Линейно изменяющийся ток может быть получен только из линейно изменяющегося напряжения.

Определим форму, которую должно иметь напряжение U_К на катушке, чтобы через неё проходил линейно нарастающий ток.

,

где – скорость нарастания тока.

По второму закону Кирхгофа имеем (рис.3.37):

…………… (3.10),

где L и r – соответственно индуктивность и активное сопротивление катушки.

 

Рис.3.37. Эквивалентная схема отклоняющей катушки

 

Из выражения (3.10) следует, что для получения линейно изменяющегося тока напряжение на катушке должно содержать постоянную составляющую U₀ = Lk₁ и линейно нарастающую составляющую k₁rt (рис.3.38).

Рассуждая аналогично, можно прийти к выводу, что для формирования

тока, линейно убывающего со скоростью | k₂ | > | k₁ | (в интервале t₁ – t₂ на рис.3.38), напряжение на катушке должно иметь постоянную составляющую Lk₂ и линейно падающую составляющую k₂rt. Сложив графически составляющие U_L и U_r (рис.3.38), получим необходимую форму напряжения U_К на катушке. Очевидно, что через идеальную катушку (r = 0) пилообразный ток протекал бы при наличии на ней только постоянной составляющей

U_К= k₁L=Const.

Для реальной катушки нужна ещё и линейно нарастающая составляющая: она компенсирует напряжение на сопротивлении r. В противном случае с ростом тока и при U_К=Const наблюдалось бы уменьшение напряжения на индуктивности катушки (U_L = U_К – U_r) т.е. не обеспечивалась бы линейность изменения тока.

 

Рис.3.38. Эпюры напряжений на элементах отклоняющей катушки

 

Пилообразное напряжение с начальным скачком U₀ = Lk₁ (нижняя эпюра на рис.3.38) можно получить от ГПН со стабильным током конденсатора, если последовательно с конденсатором включить резистор. На этом резисторе за счёт постоянного тока заряда будет выделяться постоянное напряжение U₀ (равное требуемому при правильном выборе параметров и режима работы схемы), а на конденсаторе будет формироваться линейно нарастающее напряжение.

На рис.3.39 приведена схема генератора линейно изменяющегося тока (ГЛИТ), реализующая рассмотренный принцип. Она состоит из ГПН с начальным скачком U₀ (на транзисторе VT₁) и эмиттерного повторителя (на транзисторе VT₂), нагрузкой которого являются отклоняющие катушки.

Рис.3.39. Принципиальная схема генератора линейно изменяющегося тока

Работа схемы.

1. Исходное состояние.

В исходном состоянии транзистор VT₁ насыщен, т.к. к его базе через R_б подключён источник питания +Е_к. При этом внутреннее сопротивление VT₁ очень малó, поэтому потенциал на его коллекторе, а значит и на базе VT₂ будет отрицательным и практически равным – Е_э. Таким образом, транзистор VT₂ в исходном состоянии заперт и поэтому ток в отклоняющих катушках отсутствует.

2. Формирование импульса.

Входной прямоугольный импульс отрицательной полярности запирает транзистор VT₁. Потенциал коллектора VT₁ скачком возрастает до +Е_к. Начинается заряд конденсатора C по цепи:

+ Е_к→ R_к → C → R → – Е_э→+ Е_э (корпус).

С начала заряда конденсатора током І_с на резисторе R выделяется напряжение U₀ = І_с·R. Постоянство этого напряжения обеспечивается в данной схеме стабильностью зарядного тока І_с за счёт выбора постоянной времени цепи заряда τ_з = (R + R_к) ·C >> τ_и, где τ_и – длительность входного импульса. Выбор τ_з >> τ_и способствует линейности нарастания напряжения на конденсаторе.

Пилообразное напряжение с начальной ступенькой (пьедесталом) действует на базе транзистора VT₂ и повторяется на катушке L, чем обеспечивает в ней линейно нарастающий ток.

3. Восстановление исходного состояния схемы.

По окончании входного импульса транзистор VT₁ отпирается и насыщается. Конденсатор C разряжается по цепи:

+C→VT₁→R → – C.

На RC - цепи формируется напряжение, соответствующее нижней эпюре рис.3.38, в интервале t₁ – t₂. Однако обратный ход тока от него не зависит, так как за счёт Е_э транзистор VT₂ заперт. Процессы в катушке определяются теперь параметрами паразитного контура, образованного её индуктивностью L, активным сопротивлением r и межвитковой ёмкостью C₀. При резком прерывании тока происходит ударное возбуждение контура. Для срыва этих паразитных колебаний катушку шунтируют резистором R_ш, сопротивление которого выбирают таким, чтобы паразитный колебательный процесс становился апериодическим, и колебания быстро затухали.

Получить идеальную форму тока І_L (рис.3.38) в катушке практически невозможно по двум причинам:

· невозможно получить идеальный скачок напряжения на катушке из-за паразитной межвитковой ёмкости, которая принималась ранее равной нулю;

· невозможно получить идеально нарастающее напряжение на входе катушки.

 

 

Задачи и упражнения

1. Сформулируйте условия генерирования релаксационных колебаний.

2. Начертите по памяти схему симметричного мультивибратора и объясните назначение его элементов.

3. Объясните назначение элементов спусковой схемы с эмиттерной связью.

4. Почему у симметричного мультивибратора отсутствуют состояния устойчивого равновесия?

5. Объясните, почему у триггера два устойчивых состояния равновесия.

6. Прямоугольные импульсы можно получить синусоиды и с помощью триггера Шмитта. В каком случае фронты прямоугольных импульсов будут иметь бóльшую крутизну и почему?

7. Каким образом в блокинг-генераторе выполняется условие баланса фаз?

8. Какая связь между интегрирующей цепью и генератором пилообразного напряжения?

9. Объясните, в чём смысл линеаризации пилообразного напряжения и какими способами она осуществляется?

10. Объясните работу генератора линейно изменяющегося тока и назначение его элементов.

 

Литература

1. Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсные и цифровые устройства. – М.: Высшая школа, 2003.

2. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства. – М.: Радио и связь, 1981.

3. Под ред. Яковлева В.Н. Справочник по импульсной технике. – Киев, Технiка, 1972.

4. Миленин В.Г., Базь Г.А., Булыбенко В.Ю. и др. Основы импульсной техники. – М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1966.

5. Яковлев В.Н. Импульсные генераторы на транзисторах. – Киев, Технiка, 1968.

6. Базь Г.А. и др. Расчёт импульсных схем. – М.: Воениздат, 1963.

7. Егоров Е.С. и др. Расчёт импульсных устройств. – Харьков, Артиллерийская радиотехническая академия им. Говорова Л.А., 1965.

8. Фролкин В.Т. Импульсные устройства. – М.: Машиностроение, 1966.