ИЗБРАННЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Матью Мэндл

 

 

ИЗБРАННЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРОНИКИ

Редакция литературы по информатике и электронике

© 1978 Prentice-Hall, Inc.

© перевод на русский язык, «Мир», 1985, 1980

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

 

Данное пособие, в котором содержатся все основные схемы электроники, рассчитано на весьма многочисленную читатель­скую аудиторию. Круг потенциальных читателей книги не огра­ничивается студентами, техниками и инженерами, работающими в областях радиотехники, электроники, автоматики и смежных областях. Ввиду глубокого и широкого проникновения методов и средств современной радиотехники и электроники практиче­ски во все сферы человеческой деятельности книга будет поль­зоваться спросом у специалистов, занятых в самых различных областях науки и техники, у студентов разных специальностей и огромной армии радиолюбителей.

Такая направленность издания и определила ряд его отли­чительных особенностей. Так, изложение принципов построения схем и описание их работы базируются главным образом на чи­сто качественных представлениях, иллюстрируемых в некото­рых случаях временными или векторными диаграммами. При­водимые в книге формульные соотношения даются без выводов, но с пояснением их использования на практике. Описание схем является в большинстве случаев весьма кратким. Благодаря этому в книге небольшого объема удалось собрать не только ос­новные (базовые) схемы, но и их разновидности.

Автор стремился возможно проще, с ориентацией на практи­ческое использование преподнести основные свойства и характе­ристики схем. Рассмотрение схем проводится обычно в следую­щем порядке: назначение схемы, принципы ее построения и ра­боты, основные характеристики и соотношения параметров схе­мы и отличительные особенности последних. Большое количест­во иллюстративного материала относится к узлам аппаратуры цветного и черно-белого телевидения.

Условные изображения некоторых элементов и схем в книге отличаются от принятых в советской литературе. Однако зна­комство наших читателей с символикой, применяемой в иност­ранной литературе, полезно. Интерес представляют приводимые в книге аббревиатуры (мы старались их отразить в указателе терминов), а также словарь терминов по радиоэлектронике. При переводе книги и толковании некоторых понятий внесены изменения с учетом принятых у нас представлений. Подробно составленное оглавление и предметный указатель облегчают нахождение нужного материала в книге.

Перевод книги выполнен В. И. Ворониным и Н. Я. Щерба­ком.

Я. С. Ицхоки

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Книга дает возможность читателю получить сведения о 200 базовых схемах, применяемых во всех областях электроники. Необходимые данные по определенному типу схемы (например, усилители, генераторы) можно найти, обратившись к предмет­ному указателю. Приводятся принципы построения каждой схе­мы, поясняются выполняемые ею функции. Рассматриваются разновидности многих схем и особенности их применения в раз­личных устройствах. В тех случаях, когда несколько схем вы­полняют схожие функции или характеристики схем частично со­впадают, в тексте даются перекрестные ссылки.

Излагаются принципы модуляции и демодуляции сигналов и формирования колебаний специальной формы. Обсуждаются особенности построения схем как на биполярных, так и на по­левых транзисторах (с затвором на р — n-переходе и с изолиро­ванным затвором). Описываются интегральные схемы, схемы типа металл — окисел — полупроводник на дополняющих тран­зисторах, схемы инжекционного типа и др.

В настоящем, дополненном и исправленном издании приве­дено значительно большее количество схем на полупроводни­ковых приборах, чем в предыдущем, изменены некоторые ил­люстрации и добавлены новые. В соответствии с принятыми международными стандартами изменены некоторые символы, термины и аббревиатуры. Расширен словарь, содержащий тер­мины и выражения, наиболее употребительные в области радио­электроники.

Таким образом, студенты, техники и инженеры могут найти в книге дополнительные сведения об электронных схемах, ко­торые будут полезны при изучении и анализе схем, а также справочные данные, необходимые в практике проектирования и монтажа схем. Если в процессе проектирования, анализа или модификации схемы требуется определить величины различных параметров, можно воспользоваться приведенными в книге уравнениями, выражающими основные зависимости между па­раметрами схемы.

М. Мэндл

Глава 1

УСИЛИТЕЛИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ И ВИДЕОУСИЛИТЕЛИ

Усилители с общим эмиттером и общим истоком

Усилители содержат транзисторы, а также такие элементы, как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Пара­метры используемых элементов (их… Наиболее распространенная схема построения усилителя на биполярном транзисторе… Для работы в классе А (разд. 1.4) напряжение смещения между базой и эмиттером должно быть прямым (отпирающим), а между…

Рис. 1.1. Схемы с общим эмиттером.

 

Таким образом, р равно отношению приращения коллектор­ного тока к соответствующему приращению базового тока прк постоянном коллекторном напряжении. Коэффициент усиление сигнального тока также называют коэффициентом прямой пере­дачи тока [При достаточно большой величине сопротивления R₂ переменная состав­ляющая сигнального тока практически равна переменной составляющей тока базы. — Прим. ред.]

Резистор R₃ (рис. 1.1,5) оказывает стабилизирующее дейст­вие на ток транзистора при изменении температуры. Падение напряжения на R₃ создает обратное (запирающее) смещение эмиттерного перехода транзистора, так как оно повышает по­тенциал эмиттера. Следовательно, оно уменьшает положитель­ное прямое смещение базы на величину этого падения напря­жения. Присутствие переменной составляющей напряжения на Rз вызвало бы уменьшение выходного сигнала и, следователь­но, коэффициента усиления усилителя (см. разд. 1.8). Для устранения этого эффекта резистор Rз шунтируют конденсато­ром С₂.

При нагреве транзистора постоянная составляющая тока коллектора возрастает. Соответственно возрастает и падение напряжения на R_z, что приводит к уменьшению прямого смеще­ния базы, а также тока коллектора. В результате осуществля­ется частичная компенсация температурного дрейфа тока.

Рис. 1.2. Схемы с общим истоком

 

На рис. 1.2 показана схема усилителя на полевом транзи­сторе, эквивалентная схеме с ОЭ, которая называется схемой с общим истоком. В этой схеме затвор соответствует базе би­полярного транзистора, исток — эмиттеру, а сток — коллектору. На схеме 1.2, а показан ПТ с каналом n-типа. Для транзистора с каналом р-типа стрелка на затворе будет направлена в про­тивоположную сторону. На рис. 1.2, б также показан транзи­стор с каналом д-типа, а на рис. 1.2, в — с каналом р-типа.

Цепи смещения ПТ отличаются от цепей смещения бипо­лярных транзисторов вследствие существенного различия ха­рактеристик этих приборов. Биполярные транзисторы являются усилителями сигнального тока и воспроизводят на выходе уси­ленный входной сигнальный ток, в то время как в полевых транзисторах выходным сигнальным током управляет приложен­ное ко входу напряжение сигнала.

Существуют два типа ПТ: с управляющим р — n-переходом и металл — окисел — полупроводник (МОП). (МОП-транзи­сторы называют также полевыми транзисторами с изолирован­ным затвором.) Полевые транзисторы обоих типов изготовляют с n- и р-каналами.

В схеме на рис. 1.2, а используется ПТ с управляющим р — я-переходом, а в схеме на рис. 1.2, б — МОП-транзистор, ра­ботающий в режиме обогащения. На рис. 1.2, в изображен МОП-транзистор, работающий в режиме обеднения. У МОП-транзисторов затвор изображается как бы в виде обкладки конденсатора, что символизирует емкость, возникающую в ре­зультате формирования очень тонкого слоя окисла, изолирую­щего металлический контакт вывода затвора от канала. (От этого способа производства и произошел термин «МОП-тран­зистор».)

Поскольку ПТ управляются напряжением входного сигнала, а не током, как биполярные транзисторы, параметр «коэффи­циент усиления» сигнального тока заменяется передаточной проводимостью g_m. Передаточная проводимость является мерой качества полевого транзистора и характеризует способность на­пряжения затвора управлять током стока. Выражение для пе­редаточной проводимости выглядит следующим образом:

(1.2)

Единица измерения g_m, называемая сименсом, есть величина, обратная единице измерения сопротивления (1 См=1/Ом). Как следует из выражения (1.2), параметр g_m для ПТ есть отноше­ние приращения тока стока к приращению напряжения затвора при постоянной величине напряжения между истоком и стоком.

В полевом транзисторе с управляющим р — n-переходом и ка­налом n-типа (рис. 1.2,а) при поступлении отрицательного на­пряжения на затвор происходит обеднение канала носителями зарядов и проводимость канала уменьшается. (Для ПТ с кана­лом р-типа проводимость уменьшается при действии положи­тельного напряжения на затвор.) Поскольку однопереходный по­левой транзистор имеет только две зоны с разными типами прово­димости (выводы истока и стока подключены к одной зоне, а вы­вод затвора — к другой), проводимость между истоком и стоком того же типа, что и проводимость канала. Следовательно, в отли­чие от биполярного транзистора, у которого при U_Q3 = 0 ток кол­лектора равен 0, ток канала может протекать даже при нулевом напряжении затвор — исток. Поскольку ток канала это функция напряжения U_зи, канал полевого транзистора с управляющим р — n-переходом может проводить ток в обоих направлениях: от истока к стоку и в обратном направлении (у биполярного транзистора ток коллектора в рабочем режиме имеет всегда одно направление). При этом рабочая точка (например, для схем класса А) для таких транзисторов устанавливается путем подачи напряжения обратного смещения затвора в отличие от прямого смещения базового перехода в биполярных транзи­сторах [В транзисторе с управляющим р — n-переходом обычно подается запи­рающее напряжение U_8и на переход (отрицательное для n-канала) и макси­мальный ток в канале получается при U₃и = 0. Направление тока в канале за­висит от полярности источника питания, подключенного к каналу; при изме­нении полярности источника питания вывод, бывший стоком, становится исто­ком и наоборот. — Прим. ред.].

Как было отмечено выше, затвор в МОП-транзисторах изо­лирован от канала диэлектриком, например двуокисью крем­ния (SiO₂). При этом затвор имеет очень высокое входное со­противление и на него может подаваться как прямое смещение для обогащения канала носителями (что будет увеличивать про­ходящий ток), так и обратное смещение для обеднения канала носителями (что уменьшает ток канал а). Поэтому возможно из­готовление двух различных типов МОП-транзисторов: для ра­боты в обогащенном и обедненном режимах (здесь имеются в виду МОП-транзисторы с встроенным каналом).

В МОП-транзисторе обедненного типа имеется ток стока при нулевом смещении на входе. Напряжением обратного сме­щения ток стока уменьшают до некоторой величины, зависящей от требуемого динамического диапазона входного сигнала. Как показано на рис. 1.2,6, у транзисторов обедненного типа линия, изображающая канал, непрерывная, что означает наличие замк­нутой цепи и протекание тока в канале (тока стока) при нуле­вом смещении затвора.

В МОП-транзисторах обогащенного типа ток стока при ну­левом смещении мал. Напряжением смещения ток стока увели­чивают до некоторой величины, зависящей от динамического диапазона входного сигнала. У МОП-транзисторов обогащен­ного типа линия, изображающая канал, прерывистая, что сим­волизирует как бы разрыв цепи при нулевом смещении. Для того чтобы увеличить ток до величины, необходимой для нор­мальной работы такой схемы, как усилитель, нужно использо­вать соответствующее смещение.

Рабочие характеристики схем, изображенных на рис. 1.Д аналогичны характеристикам схем, представленных на рис. 1.11. Схема на рис. 1.2, в наиболее пригодна для практического ис­пользования. Как и в ранее рассмотренном случае, имеет место инверсия фазы между входным и выходным сигналами. Напря­жение источника питания обычно обозначают Е_с. Для того что­бы уменьшить падение напряжения сигнала на внутреннем со­противлении источников питания и смещения, их шунтируют емкостями соответствующей величины (рис. 11.2, а). Через эти емкости замыкаются токи сигнала цепей затвора и стока.

 

Усилители с общей базой и общим затвором

На рис. 1.3 приведен другой используемый вид схем усили­телей на биполярных и полевых транзисторах. На рис. 1.3, а по­казана схема транзисторного… Достоинством схемы с ОБ является хорошая развязка меж­ду входной и выходной… На рис. 1.3, б показана схема усилителя на ПТ, аналогичная схеме усилителя на биполярном транзисторе, изображенной на…

Рис. 1.3. Схемы с общей базой и общим затвором.

Коэффициент усиле­ния сигнального тока для схемы с общей базой можно полу­чить, если приращение выходного сигнального тока разделить на приращение входного сигнального тока. Коэффициент уси­ления по току для схемы с общей базой а определяется выра­жением

(1.3)

где АIк — приращение коллекторного тока и ДI_э — приращение эмиттерного тока.

Коэффициент a называется коэффициентом прямой передачи тока.

В схемах, показанных на рис. 11.3, не происходит поворота фазы сигнала на 180°, как это имело место в схемах с зазем­ленным эмиттером или истоком. Например, в схеме, приведен­ной на рис. 1.3, а, положительная полуволна входного сигнала уменьшает прямое смещение эмиттерного перехода, что приво­дит к уменьшению тока коллектора. Поэтому падение напряже­ния на R_u уменьшится Так как это падение напряжения прило­жено минусом к выводу коллектора и плюсом к источнику пи­тания, то напряжение коллектора станет менее отрицательным. Следовательно, положительной полуволне входного напряжения соответствует положительная полуволна выходного напряжения.

 

Усилители с общим коллектором и общим стоком

В схеме, показанной на рис. 1.4, а, коллектор для перемен­ной составляющей сигнала заземлен. Поэтому данную схему можно рассматривать как схему с… В схемах, показанных на рис. 1.4, не происходит поворота фазы выходного…

Рис. 1.4. Схемы эмиттерного и истокового повторителей.

 

Аналогично вывод резистора R₁ (рис. 1.4, а — в), подключае­мый к источнику смещающего напряжения, заземлен либо ем­костью фильтра источника, либо дополнительной шунтирующей емкостью. Так как сопротивление цепи затвора МОП-транзистора очень высоко, входное сопротивление истокового повторите­ля на таком транзисторе практически равно Rь

В эмиттерных и истоковых повторителях коэффициент уси­ления по напряжению всегда меньше единицы, хотя при этом коэффициент усиления по току, как правило, значительно боль­ше единицы. Эти схемы в основном применяются для согласо­вания входных и выходных импедансов в цепях передачи сиг­налов, а также для развязки между каскадами. В последнем случае повторители используются как буферные каскады.

 

Классификация усилителей

 

Усилители в электронике предназначаются для усиления на­пряжения или мощности сигнала до уровня, который требуется для нормальной работы подключенного к усилителю устройст­ва: следующего каскада усилителя, громкоговорителя, записы­вающей головки и т. п. Усилители подразделяются на усилите­ли, напряжения и усилители мощности, а также на усилители малых и больших сигналов. В зависимости от частоты усили­ваемых сигналов и выполняемой функции их называют усилителями низкой частоты (УНЧ), усилителями промежуточной ча­стоты (УПЧ), усилителями радио- или высокой частоты (УВЧ) и т. д.

Усилители также различают по их рабочим характеристи­кам, зависящим от режима работы, — от соотношения между уровнем установленного напряжения смещения и амплитудой входного сигнала. В этом смысле различные классы усилителей обозначают символами А, АВ_Ь АВ₂₎ В и С. В ламповых усили­телях эти символы указывали режимы работы с сеточными токами и без них. Так, символ ABi означал, что потенциал сет­ки в процессе работы всегда отрицателен по отношению к ка­тоду, а символ АВ₂ указывал на то, что при максимальном; входном сигнале потенциал сетки мог быть умеренно положи­тельным. В основном эта классификация сохранена и для тран­зисторных усилителей, но здесь определяющим признаком яв­ляется относительная величина амплитуды входного сигнала.

Усилители низкой частоты класса А могут быть однотакт-ными (на одном транзисторе) или двухтактными (на двух тран­зисторах). Усилители НЧ класса ABi предпочтительнее соби­рать по двухтактной схеме. Что касается усилителей классов-АВ₂ и В, то их необходимо выполнять по двухтактной схеме для снижения нелинейных искажений до допустимого уровня.

Усилители высокой частоты всех классов могут быть как одно-, так и двухтактными, поскольку резонансные цепи таких усилителей хорошо подавляют гармонические составляющие, лежащие вне полосы пропускания усилителей.

В усилителях класса А рабочая точка транзистора устанав­ливается примерно в середине линейной части линеаризован­ных выходных характеристик транзистора. (Рабочая точка оп­ределяет ток транзистора при отсутствии сигнала. — Прим.. ред.) Амплитуда входного сигнала не должна превышать уров­ня, при котором изображающая точка усилителя заходит в не­линейные (искривленные) области выходных характеристик транзистора. В этом случае нелинейные искажения минималь­ны и форма выходного сигнала наиболее близка к форме сиг­нала на входе. Усилитель класса А потребляет ток даже при отсутствии входного сигнала. Поэтому к. п. д. усилителя (отно­шение мощности выходного сигнала к потребляемой мощности) низок и в большинстве случаев составляет 20 — 25% при макси­мальном сигнале. Таким образом, по сравнению с другими ти­пами усилителей усилители класса А имеют малые нелинейные искажения и небольшую выходную мощность.

Если амплитуда входного сигнала настолько велика, что изображающая точка усилителя достигает границ областей отсечки и насыщения, полагают, что усилитель работает в ре­жиме класса АВ,. К. п. д. усилителя класса AB_t достигает 35% (он зависит от величины напряжения смещения, амплитуды входного сигнала и усилительных свойств транзистора). Если же при наибольшей амплитуде входного сигнала изображаю­щая точка незначительно заходит в области отсечки и насыще­ния, то такой режим работы соответствует режиму работы уси­лителя класса АВ₂. В усилителях класса АВ₂ (обычно также и класса ABi) напряжение смещения устанавливают таким, что-бы рабочая точка на выходных характеристиках транзистора находилась посредине между напряжениями отсечки и насыще­ния транзистора. К. п. д. усилителя класса АВ₂ колеблется от 35 до 50%, причем, как и в усилителях класса АВ₁, к. п. д. за­висит от величины напряжения смещения, характеристик вы­бранного транзистора и амплитуды сигнала. Нелинейные иска­жения в усилителях класса ABj, и особенно класса АВ₂, выше, чем в усилителях класса А, поскольку в них в процессе работы изображающая точка заходит в нелинейные участки характери­стик транзисторов.

В усилителях класса В напряжение смещения устанавлива­ется равным или почти равным напряжению отсечки. Следова­тельно, в однотактном усилителе такого типа усиливается толь­ко одна (отпирающая) полуволна переменного входного сиг­нала, так как при другой (запирающей) полуволне изобража­ющая точка попадает в зону отсечки; при отпирающей полу­волне сигнала эмиттерный переход находится в состоянии про­водимости. Поэтому для усиления всего входного сигнала не­обходимо использовать двухтактную схему построения усили­теля. В усилителях же высокой частоты запирающая полуволна сигнала воспроизводится благодаря колебательным свойствам резонансных цепей. Следовательно, в этом случае можно при­менять и однотактные усилители, хотя предпочтение отдается двухтактным каскадам (см. разд. 1.11).

В хорошо сбалансированном двухтактном усилителе класса В нелинейные искажения могут быть снижены до уровня, срав­нимого с уровнем искажений в усилителе класса АВ₂. При максимальном входном сигнале к.п. д. усилителя класса В со­ставляет 60 — 70%; при этом достигается также хороший коэф­фициент усиления по мощности.

Характеристики усилителей класса С таковы, что их приме­няют только в ВЧ-усилителях мощности, преимущественно в каскадах передатчиков. Надлежащим смещением рабочая точ­ка устанавливается ниже уровня отсечки тока транзистора. Так как напряжение смещения может быть в два или три ра­за больше напряжения отсечки, то на вход усилителя следует подавать сигнал большой амплитуды. Поскольку напряжение смещения больше напряжения отсечки, коллекторный ток течет лишь в течение части полупериода входного сигнала.

Поэтому к.п.д. такого усилителя высок и может достигать 90%. Величина к.п.д. зависит от типа используемого мощного тран­зистора, величины управляющего сигнала и постоянных напря­жений, определяющих режим работы усилителя.

В ВЧ-усилителях класса С обычно применяются резонанс­ные LC-цепи. При максимальном токе сопротивление коллек­торного перехода транзистора мало, в то время как сопротив­ление параллельного колебательного контура при резонансе велико. Поэтому большая часть энергии выделяется в колеба­тельном контуре, а потери энергии малы, что обеспечивает вы­сокий к.п.д. усилителя класса С.

Типы связи между каскадами

Каскады усилителей низкой частоты можно соединять при помощи конденсаторов, трансформаторов или непосредствен­ным образом. На рис. 1.5 показана… Рис. 1.5. RC связь между каскадами.

Рис. 1.6. Усилитель постоянного тока на транзисторах с проводимостью разного типа.

 

Емкость конденсатора С₅ должна быть достаточно большой, чтобы этот элемент представлял собой малое реактивное сопро­тивление для передаваемого сигнала. Так как реактивное со­противление конденсатора с понижением частоты сигнала воз­растает, емкостная связь вызывает неравномерность усиления в тех случаях, когда передаваемый сигнал содержит широкий спектр частот (спектр звуковых частот лежит в диапазоне при­мерно 30 Гц — 15 кГц). Желательно, чтобы реактивное сопро­тивление конденсатора Сз было в два (или более) раза меньше сопротивления резистора R₄. Заметим, что конденсатор С₅ со­единен последовательно с резистором R₄, другой вывод которо­го заземлен для сигнала через конденсатор С₄. Таким образом, выходной сигнал транзистора Т₁ передается на базу транзисто­ра Т₂ через цепочку, составленную из конденсатора С₅ и рези­стора R₄, причем на базу поступает только часть передаваемо­го напряжения, которая падает на R₄. Следовательно, чем мень­ше реактивное сопротивление конденсатора Сз по сравнению с сопротивлением R₄, тем большая часть сигнала поступает на вход транзистора Т₂.

В усилителях с непосредственной связью вспомогательные элементы (разделительные конденсаторы или трансформато­ры) не используются. В таких усилителях выход одного кас­када непосредственно присоединяется к входу следующего кас­када. По этой причине исключаются недостатки RС-связи и частотная характеристика усилителя расширяется в область низких частот вплоть до постоянного тока.

На рис. 1.6 показан усилитель с непосредственной связью, в котором используются транзисторы разных типов проводи­мости: n — р — n и р — n — р; коллектор первого транзистора при­соединен непосредственно к базе второго. Требуемые прямое и обратное смещения для обоих транзисторов обеспечиваются юдним источником питания. Отрицательный потенциал, необхо­димый для эмиттера n — р — n-транзистора, поступает от отрица тельного вывода источника через общую землю. Положитель­ный вывод источника присоединен к делителю напряжения на резисторах R₁ и R₂. Выходное напряжение этого делителя по­ложительно относительно земли, и поскольку оно поступает на базу транзистора Т₁, потенциал базы положителен относитель­но эмиттера. Коллектор n — р — n-транзистора положителен от­носительно эмиттера, так как подключен к положительному выводу источника через резистор R₃.

Рис. 1.7. Усилитель мощности с трансформаторным выходом.

 

Для получения нужного прямого смещения во входной цепи транзистора Т₂ его эмиттер присоединен к положительному вы­воду источника. База второго транзистора также положитель­на, так как соединена с положительным выводом источника че­рез делитель напряжения, образуемый резистором R_z и внут­ренним сопротивлением транзистора Т₁. Следовательно, потен­циал коллектора транзистора Т₁ и базы Т₂ отрицателен относи­тельно положительного вывода источника. Поэтому потенциал базы второго транзистора отрицательнее потенциала эмиттера на величину падения напряжения на R₃. Необходимый отрица­тельный потенциал коллектора второго транзистора создается путем подсоединения коллектора к отрицательному выводу ис­точника питания через резистор R±. Таким образом, обеспечива­ется требуемое обратное смещение коллекторного перехода р — n — р-транзистора.

Трансформаторные выходные каскады и трансформаторная связь между каскадами иногда используются в низкокачествен­ных недорогих радиоприемниках. В высококачественных уст­ройствах трансформаторы обычно не применяются. Для сиг­налов разных частот индуктивности обмоток трансформаторов имеют разные сопротивления, что приводит к увеличению не­равномерности амплитудно-частотных характеристик. Кроме этого, первичные и вторичные обмотки трансформаторов имеют распределенные емкости, которые понижают коэффициент трансформации для ВЧ-составляющих сигнала.

Типичная схема усилителя звуковых частот с емкостной связью на входе и трансформаторной на выходе показана на рис. 1.7. Такой усилитель называется однотактным в отличие от двухтактных, которые будут описаны ниже.

Входной сигнал поступает на вход транзистора с регулято­ра усиления через цепочку связи, состоящую из конденсатора C₁ и резисторов R₂ и R₅. Собственно сигнал прикладывается между базой и эмиттером транзистора, так как цепь R₃C₃ слу­жит для температурной стабилизации рабочей точки транзисто­ра. Переменный ток, появляющийся при этом в коллекторной цепи транзистора, создает усиленный по мощности сигнал. Здесь использован выходной трансформатор звуковой частоты, хотя, как будет показано далее в этом разделе, без этого элемента вполне можно обойтись. Трансформатор обеспечивает согласо­вание между импедансом катушки громкоговорителя Z₂ и вы­ходным импедансом коллекторной цепи транзистора Z₁. Коэф­фициент трансформации n выходного трансформатора можно записать как

(1.4)

Таким образом, если, например, необходимо согласовать им­педанс катушки громкоговорителя Zz = 8 Ом с выходным им­педансом усилителя Zi = 8000OM, то отношение числа витков первичной обмотки трансформатора к вторичной должно быть равно примерно 32, так как

Это отношение можно реализовать, если, например, число витков первичной обмотки будет составлять 320, а вторичной — 10 (или первичной 640 витков, а вторичной — 20).

При низком качестве трансформаторов, кроме упомянутых выше потерь сигнала из-за распределенных емкостей, возника­ют также потери из-за действия вихревых токов. При прочих равных условиях трансформатор с сердечником большего сече­ния имеет меньшее число витков в обмотках, поэтому сопротив­ление обмоток постоянному току у такого трансформатора по­лучается меньшим. Так как при увеличении площади сечения сердечника увеличивается магнитная проводимость, то число витков, необходимое для получения той же индуктивности, уменьшается. На омическом сопротивлении любой обмотки трансформатора будет теряться звуковая мощность, поэтому сопротивления обмоток постоянному току стараются сводить к разумному минимуму.

Цепи развязки

Цепи развязки применяют для того, чтобы устранить пара­зитную обратную связь между каскадами через общий источ­ник питания. Цепи развязки используют…

Рис. 1.8. Схема развязки по питанию.

 

В НЧ-усилителе (рис. 1.8) в качестве развязывающей цепоч­ки используются резистор R₃ и конденсатор С₃. Конденсатор имеет малое реактивное сопротивление для сигнала (особенно на высоких частотах) и поэтому уменьшает паразитную связь через источник питания.

Резистор R₂ является нагрузкой, на которой выделяется сигнал, передаваемый на следующий каскад. Конденсатор С₃ шунтирует резистор R₃ и таким образом заземляет сигнал, по­скольку имеет для него малое реактивное сопротивление. Реак­тивное сопротивление конденсатора различно на разных часто­тах — для высокочастотных составляющих сигнала оно меньше. По этой причине развязывающая цепь действует как схема ча­стотной коррекции, которая при изменении частоты сигнала ме­няет сопротивление нагрузки транзистора. На высоких частотах, где реактивное сопротивление конденсатора мало, конден­сатор С₃ в сильной степени шунтирует резистор R₃, поэтому почти все напряжение сигнала выделяется на резисторе R₂. Поскольку разделительный конденсатор С₂ также имеет малое реактивное сопротивление на высоких частотах, большая часть сигнала поступает на следующий каскад. Однако на низких ча­стотах реактивное сопротивление С₂ возрастает, поэтому ампли­туда сигнала, поступающего на следующий каскад, уменьша­ется, т. е. низкочастотные сигналы ослабляются. Цепочка R₃C₃ осуществляет развязку до тех пор, пока на низких частотах не ослабляется шунтирующее действие конденсатора С₃. В этом случае сигнал выделяется как на R₂, так и на Rз и общая ве­личина сопротивления нагрузки увеличивается, так же как воз­растает и падение на нем напряжения сигнала. Это увеличение амплитуды сигнала компенсирует ослабление, вызываемое раз­делительным конденсатором С₂. Таким образом, развязываю­щая цепочка имеет разные параметры для разных частотных составляющих сигнала.

На практике величину сопротивления R₃ выбирают из усло­вия Rз = 0,2R₂, и Rз должно быть примерно в 10 раз больше ре­активного сопротивления С₃ на самой низкой частоте, которую должен пропускать усилительный каскад. На рис. 1.8 приведе­на часть схемы усилителя с типичными значениями элементов. В усилителях радиочастоты величина емкости может быть значительно меньше, так как для ВЧ-сигналов реактивное со­противление емкости существенно ниже.

 

Регуляторы тембра

Регуляторы тембра применяются в звуковоспроизводящих устройствах для того, чтобы изменять в сигнале содержание низких и высоких частот или тех и…

Рис. 1.9. Схемы регулирования тембра.

 

Типичная схема регулирования уровня низких частот пока­зана на рис. 1.9, а. В этой схеме к обычной разделительной це­почке C₁R₂ добавлена цепочка, состоящая из переменного рези­стора R₁ и последовательно включенного конденсатора С₂. Ког­да движок переменного резистора находится в верхнем положении, конденсатор С₂ оказывается подключенным между выво­дом базы и землей и поэтому шунтирует вывод базы. Это при­водит к ослаблению ВЧ-составляющих сигнала, и относитель­ное содержание низких частот возрастает. Аналогично, когда движок резистора находится в нижнем положении, то сопротив­ление R₁ большой величины уменьшает шунтирующее действие С₂ уровень ВЧ-составляющих сигнала возрастает и относитель­ное содержание низких частот уменьшается. Регулируя величи­ну сопротивления резистора R₁, можно устанавливать желаемый тембр усилителя.

Схема регулирования уровня высоких частот приведена на рис. 1.9,6. Когда движок переменного резистора R₁ находится в крайнем левом положении, конденсатор С₂ закорачивается и входной сигнал, поступающий на базу через конденсатор С₃ большой емкости, получает нормальное усиление. Однако, если движок резистора находится в крайнем правом положении, кон­денсатор С₃ закорачивается и входной сигнал поступает на базу через конденсатор Cz. Малая величина емкости последнего кон­денсатора приводит к относительному ослаблению НЧ-состав-ляющих сигнала и, следовательно, к увеличению содержания ВЧ-составляющих. При других положениях движка перемен­ного резистора устанавливаются промежуточные уровни высо­ких частот.

Рис. 1.10. Цепи обратной связи по напряжению.

 

Во многих высококачественных устройствах устанавливают так называемый переключатель громкости, который в положе­нии «Тихо» обеспечивает высокое содержание низких частот (особенно при малых уровнях громкости, что необходимо для компенсации пониженной чувствительности человеческого уха к НЧ-сигналам). На рис. 1.9, в показана соответствующая схе­ма в сочетании с регулятором громкости, выполненным на пе­ременном резисторе R₂. В положении «Выключено» кнопка пе­реключателя закорачивает конденсатор С₂, а также отключает конденсатор С₁. В этом случае обеспечивается нормальный тембр. В положении «Включено» переключатель присоединяет нижний вывод конденсатора С₁ к верхнему выводу конденсато­ра Сч, соединенному с нижней частью переменного резистора. Теперь, поскольку конденсатор Ci шунтирует на высоких часто­тах часть резистора R₄, уровень высоких частот понижается и, следовательно, относительное содержание низких частот возра­стает. По мере того как движок регулятора громкости переме­щается вниз, он приближается к точке подключения конденса­тора Сч, в которой наблюдается максимальное относительное ослабление высоких частот и, следовательно, максимальное от­носительное содержание низких частот.

 

Отрицательная обратная связь

В схемах с отрицательной обратной связью часть усиленно­го входного сигнала подается обратно во входную цепь усили­теля. Сигнал обратной связи…

Рис. 1.11. Цепи обратной связи по току.

 

На рис. 1.10 показаны типичные цепи отрицательной обрат­ной связи по напряжению. В схеме на рис. 11.10, а сигнал обрат­ной связи снимается с выхода усилителя и подается в цепь эмиттера входного усилителя. Глубина обратной связи регулируется величинами резисторов и конденсаторов в цепи обрат­ной связи. Сигнал обратной связи, выделяемый на резисторе в цепи эмиттера (500 Ом) входного каскада, вычитается из вход­ного сигнала. Таким образом при положительной полуволне входного сигнала в цепи коллектора появится отрицательная полуволна определенной амплитуды; при этом сигнал обратной связи, который меняет прямое смещение между базой и эмитте­ром, будет уменьшать амплитуду этой отрицательной полуволны. Аналогично для отрицательной полуволны входного сиг­нала положительная полуволна, появляющаяся в цепи коллек­тора, меньше той, которая была бы без обратной связи. (Необ­ходимо помнить, что сигнал, приложенный к базе, и усиленный сигнал в цепи коллектора изменяются в противофазе.)

Конденсатор емкостью 30 мкФ, включенный последователь­но в цепь обратной связи, не пропускает постоянной составляю­щей с выхода выходного усилителя на резистор 500 Ом в цепи входного усилителя. Сопротивление 9 кОм и шунтирующая его емкость определяют глубину обратной связи.

При использовании полевых транзисторов (которые имеют более высокое входное сопротивление, чем биполярные) исполь­зуются элементы другой величины. На рис. 1.10,6 показана схе­ма подключения цепи обратной связи к резистору в цепи исто­ка ПТ. Здесь часть напряжения со вторичной обмотки выходно­го трансформатора поступает на резистор в цепи истока ПТ предыдущего каскада. Если знак обратной связи отличается от требуемого (отрицательного), то его можно изменить, поменяв местами выводы вторичной обмотки трансформатора.

Амплитуда напряжения обратной связи регулируется вели­чиной резистора, последовательно включаемого в цепь обрат­ной связи. На глубину обратной связи влияет также величина резистора в цепи истока. Иногда обходятся без разделительного конденсатора в цепи обратной связи, хотя он предотвращает шунтирование резистора в цепи истока по постоянному току ма­лым сопротивлением вторичной обмотки выходного трансфор­матора.

Так как напряжение обратной связи и напряжение входного сигнала находятся в противофазе, то они вычитаются и проис­ходит ослабление выходного сигнала пропорционально величине напряжения обратной связи. Заметим, что в сигнале обратной

Связи могут содержаться составляющие, искажающие основной сигнал. Эти составляющие поступают на вход усилителя, усили­ваются и вновь появляются на выходе, но уже в противофазе с исходными. В результате происходит ослабление искажений сигнала, величина которого определяется глубиной обратной связи. (Дополнительные сведения об обратной связи приводят­ся в разд. 2.2.)

На рис. 1.11 показан другой тип схем с отрицательной об­ратной связью. В схеме на рис. 1.11, а для получения отрица­тельной обратной связи по току исключен конденсатор, кото­рым обычно шунтируют резистор R2 в цепи эмиттера. В резуль­тате устанавливается отрицательная обратная связь, при ко­торой напряжение обратной связи пропорционально току сигна­ла, протекающему через R2. Поскольку здесь используется транзистор р — n — р-типа, для создания прямого смещения не­обходимо, чтобы эмиттер был положительным относительно базы. Для получения обратного смещения коллекторного пере­хода на коллектор подается отрицательное напряжение. В ре­зультате ток, протекающий по резистору в цепи эмиттера, со­здает падение напряжения указанной на рисунке полярности. Поскольку это падение напряжения на резисторе сопротивлени­ем 330 Ом устанавливает потенциал эмиттера отрицательным: относительно потенциала базы, имеет место отрицательная об­ратная связь. Входной сигнал вызывает появление напряже­ния на резисторе R₂. Такой резистор улучшает также темпера­турную стабильность каскада, так как препятствует возраста­нию тока транзистора с температурой. В сочетании с охлаж­дающими радиаторами, которые используются в мощных тран­зисторах, резистор R₂ способствует ослаблению температурных эффектов, в результате чего опасность температурного дрейфа снижается.

На рис. 11.11,6 приведена аналогичная схема на транзисто­ре n — р — n-типа. Как и в предыдущем случае, падение напря­жения на резисторе в цепи эмиттера оказывает действие, про­тивоположное прямому смещению (прямое смещение в тран­зисторе n — р — n-типа имеет место, когда потенциал эмиттера отрицателен относительно потенциала базы).

Схемы, изображенные на рис. 1.11, а и б, имеют лучшие ча­стотные характеристики по сравнению с характеристиками схем, в которых резистор R2 зашунтирован конденсатором. Ре­активное сопротивление конденсатора, шунтирующего резистор Rz, возрастает на низких частотах, поэтому низкие частоты усиливаются меньше высоких. Это происходит вследствие того, что при большой величине реактивного сопротивления конден­сатора возрастает падение напряжения на R₂ и уменьшается усиление. Если шунтирующий конденсатор исключить, то общее усиление каскада понизится, зато уменьшатся вредные эф-фекты, связанные с действием указанного элемента. Этой воз­можностью часто пользуются в видеоусилителях, где сигналы имеют широкий спектр, а также в других усилителях, для ко­торых уменьшение усиления не является существенным.

В схеме, изображенной на рис. 1.11, в, напряжение сигнала падает на резисторе R2, так как он не зашунтирован конденса­тором. Резистор R₁ включен параллельно с конденсатором С₂, поэтому на R₁ выделяется только постоянная составляющая, величина которой зависит от тока коллектора. Только резистор R2 создает отрицательную обратную связь по току, а последо­вательно соединенные резисторы R₁ и R₂ влияют на темпера­турную стабильность схемы благодаря изменению смещения при изменении температуры.

Видеоусилители

Видеоусилители предназначены для усиления широкополос­ных сигналов. Они применяются, например, в радиолокации и телевидении для усиления сигналов до… Так как паразитные емкости монтажа не могут быть устра­нены полностью, их… Другую корректирующую катушку индуктивности L4 под­ключают непосредственно к коллектору транзистора Г2. Высо­кое…

Рис. 1.12. Видеоусилитель.

 

При смешении в детекторе сигналов изображения и звука, имеющих фиксированные несущие частоты, образуется стан­дартный сигнал ПЧ звукового сопровождения частотой 4,5 МГц, который является сигналом ПЧ звукового сопровож­дения с наинизшей частотой преобразования, получаемой на выходе переключателя телевизионных программ (каналов). Транзистор Т₁ имеет два выхода. Детектированные видеосиг­налы выделяются на резисторе R₁ эмиттерного повторителя и подаются далее на базу транзистора 7₂ (см. также разд. 1.3). Сигнал звукового сопровождения выделяется в параллельном резонансном контуре коллекторной цепи, настроенном на резо­нансную частоту 4,5 МГц. С катушки индуктивности L₂, состав­ляющей вместе с li трансформатор, сигнал поступает на УПЧ звука и далее на детектор звуковых сигналов.

Сигнал звукового сопровождения частотой 4,5 МГц присут­ствует как в коллекторной, так и в эмиттерной цепи. Поэтому на резисторе Ri выделяются как сигналы изображения, так и звука. Для подавления сигнала звукового сопровождения меж­ду базой транзистора Г₂ и землей включен последовательный резонансный контур C₂L₃, который закорачивает сигнал часто-той 4,5 МГц на землю, так как контур настраивается именно на эту частоту подстроечным сердечником катушки индуктив­ности L₃. Если звуковой сигнал проникает в канал изображе­ния, то на экране возникают интерференционные полосы.

Переменный резистор Rz в цепи эмиттера Т₂ используется для регулирования напряжения смещения путем изменения па­дения напряжения на R₃. Таким образом меняется усиление транзистора Т₂ и зритель может установить желаемую конт­растность изображения. Резистор R₄ предотвращает закорачи­вание цепи эмиттера в крайнем верхнем положении движка по­тенциометра R₅.

Яркость изображения регулируется потенциометром rq. Так как потенциал катода кинескопа положителен по отношению к потенциалу первой (управляющей) сетки, то при перемещении .движка вверх сетка становится более отрицательной и, следо­вательно, сильнее задерживает электроны, вылетающие из ка­тода, в результате чего интенсивность электронного луча пада­ет. При снижении потенциала катода смещение сетки умень­шается, поэтому большее число электронов оставляет катод и яркость увеличивается.

 

Фазоинверторы

Схемы фазоинверторов используются для получения двух находящихся в противофазе сигналов, необходимых для рабо­ты двухтактных звуковых и… На рис. 1.13, а показана типичная двухтактная схема с трансформаторной связью.…

Рис. 1.13. Фазоинверторы.

 

Если транзисторы имеют одинаковые характеристики, то не требуется шунтировать резистор в цепи эмиттера конденсато­ром. Это следует из того, что в симметричной схеме на общем резисторе в цепи эмиттера отсутствует напряжение сигнала, поскольку уменьшение тока в одном транзисторе компенсиру­ется таким же увеличением тока в другом.

Фазоинвертор на транзисторах может быть построен и без применения межкаскадного трансформатора (рис. 1.13,6). Со­противления в цепях коллектора и эмиттера транзистора Т₁ имеют одинаковую величину, что необходимо для того, чтобы сигналы фазоинвертора были одинаковой амплитуды. Сдвиг фаз между сигналами, подаваемыми на базы транзисторов Т₂ и Т₃, обусловлен тем, что в транзисторе Т₁ (типа n — р — n) сигналь­ный ток через оба резистора il кОм протекает в одном и том же направлении, например от вывода источника к земле, со­здавая на них одинаковые падения напряжения. Поэтому сиг­нальное напряжение, действующее между эмиттером и землей, положительно, в то время как сигнальное напряжение, снимае­мое с коллектора Т₁, оказывается в этом случае отрицательным. Таким образом создается нужный для работы двухтактного уси­лителя сдвиг фаз двух сигналов.

Двухтактные усилители

В двухтактных усилителях (звуковых или радиочастотных) используются два транзистора, включенных на балансной схе­ме. Выходная мощность двухтактного…

Рис. 1.14. Двухтактная схема с бестрансформаторным выходом.

 

Как уже обсуждалось в разд. 1ЛО, на входы двухтактного усилителя, собранного на одинаковых транзисторах, необходи­мо подавать сигналы, сдвинутые по фазе на 180°. Поэтому при работе в классе С или В транзисторы попеременно открывают­ся в каждом периоде входного сигнала; полный выходной сиг­нал получается при сложении сигналов каждой половины в вы­ходном трансформаторе. При работе в классе А проводимости транзисторов усилителя в каждом полупериоде входного сигна­ла различны. Поэтому, когда ток первого транзистора увеличи­вается, ток второго транзистора уменьшается. Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора выделяется суммарная мощность выходных сигналов двух транзисторов.

Рис 1.15. Бестрансформаторный двухтактный усилитель низкой частоты на транзисторах с проводимостью разного типа.

 

Два варианта построения схем двухтактных усилителей бы­ли рассмотрены в разд. 1.10 (рис. 1.13). На рис. 1.14 показан еще один тип схемы двухтактного усилителя низкой частоты. Здесь используется входной трансформатор с двумя вторичны­ми обмотками, а выходной трансформатор отсутствует. Как и в других транзисторных усилителях, транзисторы n — р — n-типа, изображенные на рис. 1.14, а можно заменить транзисторами р — n — р-типа, изменив соответствующим образом полярность источников питания. Как можно видеть из рис. 1.14, отрица­тельное напряжение, поступающее от источника питания В₂ че­рез катушку громкоговорителя, создает необходимое прямое смещение эмиттерного перехода транзистора Т₂. Так как ниж­ний вывод источника питания В₂ и коллектор Т₂ заземлены, то потенциал коллектора Т₂ выше потенциала эмиттера, что необ­ходимо для создания обратного смещения коллекторного пеое-хода. Требуемый положительный потенциал базы транзистора Т₂ относительно эмиттера обеспечивается при помощи делителя напряжения на резисторах R₁ и R₂; делитель связан с источни­ком питания В₂ через заземленный коллектор транзистора Т₂. Полярность падений напряжений на резисторах указана на ри­сунке; как можно видеть, потенциал базы Т₂ положителен от­носительно эмиттера.

Прямое смещение для транзистора Т₃ также создается де­лителем напряжения на резисторах Rз и R₄, подключенных к батарее В₁. Падение напряжения на резисторе R₄ обеспечивает положительный потенциал базы транзистора T₃ и отрицатель­ный потенциал эмиттера. Отрицательный вывод батареи В₁ со­единен непосредственно с эмиттером транзистора T₃, а необхо­димое обратное смещение коллекторного перехода этого тран­зистора создается подключением коллектора к положительно­му выводу батареи В₁ через катушку громкоговорителя.

Как показано на рисунке, входной трансформатор имеет две вторичные обмотки, что обеспечивает поступление входных на­пряжений на двухтактный усилитель в противофазе, т. е. сиг­нал, приложенный к базе одного транзистора, находится в про­тивофазе с сигналом базы другого транзистора.

Коллекторно-эмиттерные цепи транзисторов Т₂ и T_z как бы включены последовательно с источниками питания. Оба тран­зистора соединены с катушкой индуктивности громкоговорите­ля так, что указанные элементы образуют мост, эквивалентная схема которого приведена на рис. 1.14, б. Если транзисторы хо­рошо подобраны, то падения напряжений на них будут равны. А если напряжения источников питания одинаковы и равны их внутренние сопротивления, то мост окажется сбалансирован­ным и постоянный ток через катушку громкоговорителя будет равен нулю. Когда на вторичных обмотках входного трансформатора появится звуковой сигнал, то на базу одного транзисто­ра поступит положительная полуволна, а на базу другого — от­рицательная. В связи с этим проводимость одного транзистора возрастет, а другого уменьшится, через транзисторы потекут разные токи и мост разбалансируется. Разбаланс моста приве­дет к появлению сигнального напряжения на катушке громкого­ворителя, и, следовательно, через нее потечет ток сигнала, а в громкоговорителе появится звук.

Сопротивление катушки громкоговорителя, необходимое для согласования с транзисторным двухтактным усилителем, намно­го меньше сопротивления, требуемого для согласования с двух­тактным усилителем на лампах. Так как транзисторные схемы имеют малое выходное сопротивление, они хорошо согласуются с низкоомными громкоговорителями.

На рис. 1.15 показана схема двухтактного усилителя на двух транзисторах с проводимостью разного типа. В этой схеме тран­зистор ti не является фазоинвертором, поскольку с его выхода на базовые входы транзисторов Т₂ и T_z (подаются сигналы од­ной и той же фазы и полярности. Предположим, что на входы транзисторов поступает положительная полуволна сигнала. Положительный входной сигнал увеличивает прямое смещение транзистора Т₂ n — р — n-типа, а следовательно, и его проводи­мость. Прямое же смещение транзистора 7з и его проводимость при этом уменьшаются, поскольку это транзистор с другим ти­пом проводимости. Таким образом, действие входного сигнала на транзистор Т₅ обратно действию на транзистор Т₂.

При отрицательном входном сигнале прямое (Смещение тран­зистора Т₂ уменьшается, а транзистор а Т₃ увеличивается. Теперь проводимость Т₂ уменьшилась, а проводимость Т₃ увеличилась, т. е. схема, собранная на транзисторах с проводимостью разно­го типа, обеспечивает такие же выходные параметры, как схе­ма двухтактного усилителя на транзисторах одного типа с фа-зоинвертором или трансформатором. Таким образом, в послед­ней схеме также реализуется двухтактный режим работы, при котором в одни моменты времени на резистор R& поступает по­ложительный сигнал через R₆, а в другие моменты — отрица­тельный через R₇. Следовательно, в положительные полуперио­ды сигнал на громкоговоритель поступает через резистор R_&, а в отрицательные через резистор R? Цепочка R₄C₄ обеспечи­вает отрицательную обратную связь в схеме (см. разд. 1.8). В качестве резистора R₅ служит термистор, сопротивление ко­торого меняется при изменениях температуры. Этим достига­ется стабилизация токов и напряжений транзисторов.

При работе громкоговорителя резистор rq отключен. Если же в гнездо вставить штекер телефона, то громкоговоритель отключается, а последовательно с телефоном для предохране­ния его от перегрузок включается резистор сопротивлением 120 Ом. Это стандартный способ подключения телефона, при­чем величина сопротивления резистора может достигать 330 Ом. Иногда в схемах такого типа исключают разделительный кон­денсатор Cs, а нижний вывод громкоговорителя присоединяют непосредственно к земле. Конденсатор Cs (220 мкФ) представ­ляет собой малое реактивное сопротивление для сигналов зву­ковых частот и поэтому заземляет их. Так как выводы транзи­стора Т₂ имеют более высокие потенциалы относительно зем­ли, чем выводы транзистора Г₃ (коллектор которого заземлен), то для симметрирования схемы и выравнивания токов выход­ных транзисторов иногда используют дополнительные резисто­ры и конденсаторы.

Гл ава 2

УСИЛИТЕЛИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Схема Дарлингтона

 

Обозначение составного транзистора, выполненного ^!из двух отдельных транзисторов, соединенных по схеме Дарлинг­тона, указано на рис. 2Л,а. Первый из упомянутых транзисто­ров включен по схеме эмиттерного повторителя, сигнал с эмит­тера первого транзистора поступает на базу второго транзи­стора. Достоинством этой схемы является исключительно вы­сокий коэффициент усиления. Общий коэффициент усиления по току р для этой схемы равен произведению коэффициентов усиления по току отдельных транзисторов: р = р_гр₂. Например, если входной транзистор пары Дарлингтона имеет коэффициент усиления, равный 120, а коэффициент усиления второго тран­зистора равен 50, то общее р составляет 6000. В действительно­сти усиление будет даже несколько большим, так как общий коллекторный ток составного транзистора равен сумме коллек­торных токов пары входящих в него транзисторов.

Полная схема составного транзистора показана на рис. 2.1,6. В этой схеме резисторы R₁ и R₂ составляют делитель напряжения, создающий смещение на базе первого транзистора. Ре­зистор Rн, подключенный к эмиттеру составного транзистора, образует выходную цепь. Такой прибор широко .применяется на практике, особенно в тех случаях, когда требуется большой ко­эффициент усиления по току. Схема имеет высокую чувстви­тельность к входному сигналу и отличается высоким уровнем выходного коллекторного тока, что позволяет использовать этот ток в качестве управляющего (особенно при низком напряже­нии питания). Применение схемы Дарлингтона способствует уменьшению числа компонентов в схемах.

Рис. 2.1. Схема Дарлингтона.

 

Схему Дарлингтона используют в усилителях низкой ча­стоты, в генераторах и переключающих устройствах. Выходное сопротивление схемы Дарлингтона во много раз ниже входного. В этом смысле ее характеристики подобны характеристикам по­нижающего трансформатора. Однако в отличие от транформа-тора схема Дарлингтона позволяет получить большое усиление по мощности. Входное сопротивление схемы примерно равно $²Rn, а ее выходное сопротивление обычно меньше R_н. В пере­ключающих устройствах схема Дарлингтона применяется в об­ласти частот до 25 кГц.

 

Операционные усилители

Операционные усилители — специальные усилители постоян­ного тока (УПТ), которые отличаются высоким коэффициентом усиления (иногда более 1 млн.) и… Рис. 2.2. Операционный усилитель.

Дифференциальные усилители

Схема дифференциального усилителя содержит два транзи­стора, у которых эмиттеры соединены непосредственным обра­зом (рис. 2.3, aj. К общей точке… К достоинствам дифференциального усилителя можно отне­сти большую полосу…

Усилитель сигнала выключения канала цветности

В цветном телевизионном приемнике необходимо генериро­вать поднесущую, которая должна подмешиваться к боковым полосам входных сигналов цветности,… В черно-белом приемнике отсутствуют генератор поднесу­щей, полосовые усилители… Как показано на рис. 2.4, сигнал цветовой синхронизации подается на трансформатор, состоящий из индуктивных обмо­ток…

Полосовой усилитель сигналов цветности

Полосовой усилитель сигналов цветности в цветном телеви­зионном приемнике служит для выделения (отфильтровывания) импульсов синхронизации и цветовой… В схеме, показанной на рис. 2.5, в точку соединения конден­саторов С2 и Cz,…

Усилитель сигналов цветности

После демодуляции сигналов цветности их следует усилить до уровня, необходимого для нормальной работы трубки. Для получения цветного изображения… Усилители работают в обычном режиме, и сигналы, посту­пающие на базовые входы,… Между выводом источника литания и сопротивлениями на­грузки коллекторных цепей включают высокочастотный дрос­сель.…

Схема стробирования цветовой вспышки

 

При цветной телевизионной передаче на заднем уступе строчного гасящего импульса передается сигнал цветовой син­хронизации, называемый также сигналом цветовой вспышки, в виде 9 периодов колебаний поднесущей частотой 3,58 МГц. Этот опорный сигнал служит для синхронизации генератора поднесущей той же частоты в телевизионном приемнике. Гене­ратор воспроизводит в приемнике цветовую по дне сущую, кото­рая была подавлена в передатчике. Восстановленная в прием­нике поднесущая добавляется к сигналу боковых полос, что не­обходимо для правильного детектирования сигналов цветности.

Рис. 2.7. Устройство стробирования и усиления сигнала цветовой вспышки»-

 

В телевизионном приемнике необходимо из полного видео­сигнала выделить сигналы цветовой синхронизации, чтобы по­дать их в соответствующие цепи. Нежелательные сигналы устраняются схемой стробирования (рис. 2.7). Эта схема пред­ставляет собой транзисторный каскад с двумя входами и транс­форматорным выходом. Транзистор Т₁ открыт только в те мо­менты времени, когда поступает сигнал цветовой вспышки. Он производит также некоторое усиление сигнала цветовой син­хронизации, однако, если требуется сигнал большей амплитуды, обычно используют дополнительный усилитель (каскад на тран­зисторе Т₂).

В транзисторе Т₁ n — р — n-типа (рис. 2.7) для создания пря­мого смещения эмиттерного перехода, отпирающего транзи­стор, потенциал базы должен быть положительным относитель­но эмиттера. Поскольку резистор Rz заземлен, он имеет общую точку с нижним выводом резистора R_z. Однако падение напряжения на R₃ возникает практически только при открытом тран­зисторе Т₁, поскольку специфической особенностью режима ра­боты этой схемы является то, что основную часть времени транзистор Т₁ заперт. Как видно, полный видеосигнал, поступа­ющий с выхода видеоусилителя, подается на базовый вход устройства стробирования цветовой вспышки через конденса­тор С₁. Через резистор R₁ на базовый вход подается включаю­щий положительный импульс. Этот импульс поступает с отво­да выходного трансформатора строчной развертки и существу­ет в течение строчного гасящего импульса, причем амплитуда импульса включения устанавливается достаточно большой для создания прямого смещения, поддерживающего транзистор в открытом состоянии.

Так как в течение времени действия гасящего импульса пе­редается также и цветовая вспышка, то транзистор отпирается именно на то время, когда она появляется в видеосигнале, по­ступающем на базу транзистора. Стробирующий импульс вклю­чения, снимаемый с коллектора, -поступает на выходной транс­форматор, через который он передается на усилитель сигналов цветовой синхронизации и другие схемы. Стробирующий им­пульс задерживается примерно на 3 — 5 мкс для предотвраще­ния прохождения строчного синхроимпульса, а также для того,. чтобы транзистор был открыт во время действия сигнала цве­товой вспышки. Как уже отмечалось, сигнал цветовой синхро­низации содержит примерно 9 периодов колебаний поднесущей.

Конденсатор С₃ образует с первичной обмоткой трансфор­матора резонансный контур, который настраивается на часто­ту 3,58 МГц подстроечным сердечником, перемещающимся .меж­ду первичной и вторичной обмотками. После дополнительного усиления этот сигнал поступает на фазовый детектор и гене­ратор поднесущей для автоматической подстройки частоты ге­нератора.

 

Магнитные усилители

Магнитные усилители применяются в промышленной элект­ронике для регулирования мощности, используемой в той или иной нагрузке или системе. Магнитные… Рис. 2.8, а поясняет принцип работы магнитного усилителя. В усилителе… Магнитная проницаемость материала сердечника не являет­ся фиксированной величиной, а зависит от величины магнитной…

P = EIcosФ. (2.8)

Если индуктивности обмоток L₁ и L₂ равны нулю, то сдвиг фаз между током в нагрузочном сопротивлении и напряжением также равен нулю. При этом cosФ = 1, и полная мощность ис­точника выделяется в нагрузке. При индуктивности же, отлич­ной от нуля, cosФ<l и мощность в нагрузке соответственно уменьшается.

Управляющая обмотка L₃ намотана на среднем стержне сердечника, а катушки L₁ и L₂ расположены таким образом, что их суммарный магнитный поток в этом керне равен нулю, и поэтому они не индуцируют э. д. .с. в управляющей обмотке. Изменение направления управляющего тока в обмотке L₃ не приводит к изменению напряжения на нагрузке, так как при любом направлении тока магнитный поток L₃ усиливает маг­нитный поток одной обмотки и ослабляет магнитный поток другой. Однако сила тока управляющей обмотки регулирует напряженность магнитного поля, прикладываемого к сердечни­ку, и, следовательно, влияет на величину магнитной индукции в сердечнике.

 

Магнитный усилитель с самонасыщением

На рис. 2.9, а приведена схема магнитного усилителя с са­монасыщением (self-saturating magnetic amplifier). Этот усили­тель позволяет получить… Рис. 2.9. Магнитный усилитель самонасыщающегося типа.

Двухтактный магнитный усилитель

Выходное .напряжение рассмотренного выше магнитного уси­лителя с самонасыщением получается пульсирующим. В маг­нитных усилителях, как и в источниках… Рис. 2.10. Двухтактный магнитный усилитель.

Выходные усилители блоков кадровой и строчной разверток

 

В кинескопе электронный луч перемещается по экрану в горизонтальном и вертикальном направлениях со скоростями, устанавливаемыми релаксационными генераторами, которые синхронизируются (передаваемыми синхроимпульсами (см. разд. 4,8, 4.10 и 4.11, а также рис. 6.9).

Рис. 2.11. Выходные каскады блоков кадровой и строчной разверток.

 

Усилители напряжений кадровой (по вертикали) и строчной (по горизонтали) разверток, а также депи и элементы, на кото­рые подаются эти напряжения, показаны на рис. 2.11. Усили­тель напряжения кадровой развертки на транзисторе Т₁ усили­вает входной сигнал от задающего генератора кадровой раз­вертки и подает этот сигнал через конденсатор С] на катушки вертикального отклонения луча. Аналогичным образом сигналы с выхода усилителя напряжения строчной развертки поступают на катушки горизонтального отклонения луча через конденса­тор С₃. Катушки вертикального и горизонтального отклонения расположены на горловине трубки, образуя так называемую отклоняющую систему (ОС). Магнитные поля, создаваемые ОС, перемещают электронный луч по поверхности экрана кинеско­па. Частота строчной развертки 15750 Гц, а кадровой 60 Гц [В соответствии с телевизионным стандартом, принятым в СССР, часто­та строчной развертки составляет 15625 Гц и кадровой — 50 Гц. Прим.перев.]. Во всех телевизионных приемниках схема выходной ступени блока строчной развертки более сложная, чем кадровой развертки, так как первое устройство выполняет ряд дополнитель­ных функций. Демпфирующий диод Д₂ (рис. 2.11) предназначен для пйэдавления коротких высоковольтных импульсов, возника­ющих в системе. На выходе выпрямителя, собранного на диоде Д_ь получается напряжение в несколько тысяч вольт, которое используется для управления фокусировкой луча в кинескопе. Высоковольтный конденсатор С₅ имеет малюе реактивное со­противление для высокочастотных составляющих выпрямленного напряжения и поэтому работает как фильтрующий конденсатор. (На рис. 2.11 изображена схема, применяемая в черно-белых телевизорах. Аналогичная схема применяется и в цветных те­левизорах, хотя в них для получения большей яркости исполь­зуются более высокие напряжения.)

На выходе блока строчной развертки возникают импульс­ные напряжения амплитудой 115 — 30 кВ в зависимости от типа трубки и ее назначения (для воспроизведения черно-белого или цветного изображения). Для получения требуемого для работы трубки высоковольтного постоянного напряжения эти импульсы выпрямляют mo следовательно соединенными диодами Д₃, Д₄ и ДБ. Чтобы выровнять распределение напряжений и защитить диоды от вредного воздействия выбросов высокого напряжения,, используют конденсаторы С₆ и С₇.

Вторым анодом кинескопа является внутренний проводящий слой. Высокий положительный потенциал этого слоя притягива­ет и дополнительно ускоряет отрицательно заряженные элект­роны, формирующие электронный луч. Внешняя поверхность, кинескопа также покрыта слоем проводящего вещества и за­землена (рис. 2.11). Между внутренними внешним проводя­щими слоями образуется емкость, которая служит емкостью-фильтра высоковольтного выпрямителя. Так как стекло являет­ся хорошим изолятором, то на полученном конденсаторе высо­кое напряжение может сохраняться значительное время после выключения телевизора, что может послужить причиной пора­жения .электрическим током при случайном прикосновении.

Как показано на рис. 2.11, строчный трансформатор имеет-дополнительные обмотки, с которых импульсные сигналы сни­маются и подаются на другие блоки приемника. Напряжение одного из выходов используется в качестве опорного напряже­ния фазового детектора в схеме строчной развертки, а в цвет­ных телевизионных приемниках для управления генератором поднесущей (см. разд. 4.6). Напряжение другого выхода пода­ется в схему импульсной АРУ (гл. 7).

Усилитель ЧМ-пилот-сигнала

Как будет показано в гл. 15 (рис. 115.8), ЧМ-стереоприемиик содержит ряд специальных устройств: усилитель на частоту 19 кГц, удвоитель частоты,… Рис. 2.12. Усилитель ЧМ-пилот-сигнала и усилитель удвоенной частоты.

Глава 3

УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ И ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Принципиальная схема УПЧ

 

Усилители промежуточной частоты (УПЧ) применяют для? усиления амплитуды сигналов промежуточной частоты, посту­пающих от предшествующих усилительных или преобразова­тельных каскадов радиоприемников. Как .и усилители радио­частоты, УПЧ усиливают сигнал, улучшают селективность,, а также позволяют осуществлять автоматическую регулировку громкости (АРГ) в радиоприемниках и автоматическую регу­лировку усиления (АРУ) в телевизионных приемниках (гл. 7). Усилители промежуточной частоты работают в режиме клас­са А (см. разд. 1.4).

Рис. 3.1. Усилитель промежуточной частоты.

 

Типичная схема УПЧ показана на рис. 3.1. Входной сигнал, поступающий на первичную обмотку трансформатора, выделя­ется во йторичной обмотке, которая совместно с конденсато­ром C₁ образует резонансный контур L₂C₁ высокой добротности, настроенный на частоту сигнала. Для согласования выходного сопротивления контура с входным сопротивлением транзистора напряжение снимается с части вторичной обмотки трансформа­тора. Напряжение АРГ поступает к нижнему выводу контура через R₁C₂-цепь, которая отфильтровывает ВЧ-составляющие, содержащиеся в выходном напряжении детектора АРГ. Напря­жение АРГ создает необходимое прямое смещение базы (по­ложительное для транзистора n — р — n-типа).

Цепь R₂C₅, подключенная к эмиттеру, предназначена для температурной стабилизации работы (см. разд. 1.1). Резистор Rз служит для установки напряжения обратного смещения кол­лекторного перехода до требуемой величины. Конденсатор С_б шунтирует по высокой частоте резистор R₃. Цепь RsC₅ является развязывающей (см. разд. 1.6).

Если внутренние емкости транзистора имеют малое реактив­ное сопротивление для усиливаемых сигналов, то в усилителе-может возникнуть паразитная автогенерация. Для ее устране­ния в усилителях промежуточной и высокой частоты используют нейтрализующий конденсатор, через который поступает допол­нительный сигнал с величиной амплитуды, равной амплитуде сигнала, вызвавшего автогенерацию. При этом схема нейтрали­зации рассчитывается так, чтобы этот добавочный сигнал был сдвинут по фазе на 180° ро отношению к сигналу, явившемуся причиной автогенерации. В схеме, показанной на рис. ЗЛ, ,нейт-ралияующий конденсатор С₃ включен между нижним вывод-ом резонансного контура в цепи коллектора и базой транзистора. Емкость конденсатора С₃ выбирается такой величины, чтобы обеспечить необходимую для эффективной нейтрализации ам­плитуду сигнала. Заметим, что источник питания подключен к отводу от середины катушки индуктивности из колебательного контура. Так как конденсатор С₆ заземляет ВЧ-составляющие сигнала, то при указанном подключении источника контур раз­деляется на две части, причем напряжение на (нижней части контура сдвинуто по фазе на 180° по отношению к напряжению на верхней его части.

Термин «нейтрализация», заимствованный из ламповой электроники, применим также и .к транзисторным схемам. Од­нако в последнее время вместо нейтрализации говорят обычно о компенсации внутренней обратной связи. Устройство с ком­пенсированной обратной связью осуществляет однонаправлен­ную передачу сигналов — от входа устройства к его выходу. Поэтому ни собственно усиленный сигнал, ни сигнал, подавае­мый на следующий каскад, не попадают обратно на вход уси­лителя. Строго говоря, компенсация обратной связи — процесс, при помощи которого, используя внешнюю обратную связь, компенсируют внутренние емкостные и гальванические обратные связи между выходом и входом транзистора, так же, впрочем, как и индуктивные связи, которые могут иметь место. В отличие от этого термин «нейтрализация» подразумевает компенсацию только емкостной обратной связи, имеющейся между выходом и входом устройства.

Заграждающие фильтры входного каскада УПЧ

В телевизионных приемниках резонансные избирательные фильтры используются для подавления сигналов станций, ра­ботающих на частотах, близких к… Типичная схема применения фильтров такого типа показа­на на рис. 3.2, а, где… Фильтры, показанные на рис. 3.2, а, составлены из конденсаторов C1 — С3 и катушек индуктивности L1 — L3.…

Каскады УПЧ на полевых транзисторах

Усилители промежуточной частоты, используемые в телеви­зионных приемниках (рис. 3.3), собраны на полевых транзисто­рах с изолированным затвором,… Несущие звука и изображения смешиваются в преобразова­теле частоты с сигналом… Резисторы R1 и R2, а также R7 и Rn образуют делители на­пряжения, которые подключают к источнику питания; на них…

ВЧ-усилитель

Усилители высокой частоты класса А иногда применяют в качестве входных каскадов приемников, используемых в связи, для усиления сигнала, повышения… Рис. 3.3. Телевизионные УПЧ видеосигналов, в которых используются ПТ с изолированным затвором в режиме обогащения.

Рис. 3.4. УВЧ.

 

На рис. 3.4, б показана схема УВЧ, собранная на МОП-тран­зисторе в режиме обогащения с n-каналом. В отличие от схемы, показанной на рис. 3.4, а, здесь источники смещения и питания подключены параллельно резонансным цепям и -поэтому оказы­вают более сильное шунтирующее действие на резонансные це­пи, чем при последовательном включении. Высокочастотный дроссель L₄ в цепи источника питания ограничивает ток ча­стоты сигнала, а также уменьшает связь между каскадами че­рез общий источник питания.

Катушка индуктивности L₃ и конденсатор переменной емко­сти С₃ образуют последовательный резонансный контур. Низ­кий импеданс этого контура на частоте резонанса обеспечивает требуемую для нейтрализации обратную связь. Для устранения паразитной генерации подбирают надлежащую связь между выходом ,и входом, регулируя величину емкости С₃.

Конденсаторы С₂ и С₄, шунтирующие цепи питания, пред­отвращают закорачивание по постоянному току источников питания через катушки индуктивности L₂ и L₅. Напряжение сме­шения подается через резистор Яи в некоторых схемах УВЧ для этой цели может быть использован дроссель. Полярность и величина .смещения зависят от типа усилителя и требуемых рабочих характеристик устройства.

 

Линейный усилитель класса В

 

Усилители класса В применяются в лриемно-передающих си­стемах для усиления амплитудно-модулированных (AM) сиг­налов радиочастоты. Термин «линейный усилитель класса Ь» подчеркивает, что в этом режиме используется линейная часть характеристики транзистора.

Если сигнал модулирован в усилительном каскаде класса U то следующие каскады усилителей класса С не способны уси­ливать такой сигнал, поскольку у них ток .коллектора отсекает­ся при входном сигнале, равном примерно .половине амплитуды. Поэтому усилители класса С не способны воспроизвести все компоненты модуляции несущей и для усиления таких сигна­лов их не применяют. В транзисторном же усилителе класса В надлежащим смещением рабочая точка устанавливается вблизи точки отсечки, и в этом режиме работы ток коллектора опреде­ляется только полупериодами входного сигнала одной какой-нибудь полярности. Поскольку в усилителе имеются резонанс­ные контуры, недостающий полупериод входного сигнала вос­производится благодаря колебательным (фильтрующим) свой­ствам этих контуров. Для увеличения выходной мощности мож­но использовать двухтактные схемы усилителей.

Типичная схема линейного усилителя класса В показана на рис. 3.5. Здесь выходной резонансный контур усилителя клас­са С, который предшествует усилителю класса В, представлен конденсатором C₁ и катушкой индуктивности L₁. Входные мо­дулированные колебания несущей поступают на входной резо­нансный контур усилителя класса В через трансформатор, обра­зованный индуктивностями li и L₂. Как показано на рисунке, напряжение фиксированного смещения, соответствующего режи­му усиления класса В, поступает на нижний вывод входного резонансного контура.

Рис. 3.5. УВЧ класса В (линейный).

 

Для входных колебаний, изображенных на рис. 3.5, отрица­тельные полуволны сигнала несущей при отсутствии модуля­ции имеют амплитуду, равную половине разности входных напряжений транзистора, приводящих к насыщению и к отсечке тока коллектора. Это позволяет увеличивать или уменьшать амплитуду модулированных колебаний относительно уровня не­сущей до тех пор, пока ток транзистора не выходит за границы области между точкой отсечки и точкой насыщения. На практике уровень несущей устанавливают примерно -в середине ли­нейной части выходной характеристики транзистора.

Так как положительные полуволны сигнала возбуждения .по­падают в зону отсечки тока, то коллекторный ток течет только во время действия отрицательных полуволн напряжения вход­ного сигнала (которое суммируется с небольшим отрицатель­ным напряжением прямого смещения). Соответственно, как по­казано на рисунке, коллекторный ток представляет собой по­следовательность импульсов различной высоты. Благодаря фильтрующим свойствам резонансного контура, образованного элементами С₄ и L_z, недостающие «полуволны восстанавливают­ся. В результате на выходе усилителя получаются амплигудно-модулированные колебания (рис. 3.5).

Поскольку в рассматриваемом усилителе -амплитуда немоду­лированных колебаний несущей ограничивается половиной ли­нейной области рабочих характеристик транзистора, такого уси­ления несущей, как в случае усилителей класса С (разд. 3.6 — 3.8), получить не удается. Поэтому к. п. д. линейного усилителя модулированных колебаний класса В близок к 30% в отличие от к. п. д., равного 65% и достигаемого в обычном усилителе класса В.

Конденсатор переменной емкости С₃ устраняет возбуждение каскада (см. разд. 3.1). Как показано на рис. 3.5, напряжение обратного смещения коллекторного перехода транзистора по­дается на среднюю точку катушки индуктивности L₃ через дроссель высокой частоты (ДВЧ), обладающий высоким реак-тивиым сопротивлением для колебаний несущей, благодаря че­му ослабляется шунтирующее действие источника питания. Вы­ходные сигналы передаются в колебательный контур, образо­ванный элементами L₄ и сб, для дальнейшего усиления усили­телями класса В или поступают «а антенную систему для излу­чения.

Однотактный усилитель класса С

 

Усилители класса С используются преимущественно в пе­редающих устройствах для увеличения амплитуды сигнала не­сущей частоты до расчетного уровня. Усилители класса С стро­ятся по одно- или двухтактной схеме (рис. 3.6 и 3.7). Для со­здания условий работы в режиме класса С необходимо подать на эмиттерный переход биполярного транзистора обратное сме­щающее напряжение такой величины, при которой рабочая точка транзистора находится в области отсечки. При этом транзистор отпирается лишь в течение небольшой части каж­дого периода колебаний (меньшей полупериода), ,в которой мгновенное значение сигнала близко к амплитудному значению (см. разд. 11.4). В этом случае к. п. д. усилителя может дости­гать 90%.

Рис. 3.6. Однотактный усилитель класса С.

 

Как показано на рис. 3.6, входной ВЧ-сигнал поступает на первичную обмотку L₁ входного трансформатора. Такой сигнал называют управляющим сигналом или сигналом возбуждения, Вторичная обмотка L₂ вместе с шунтирующим конденсатором С₁ образует резонансный контур, настроенный на частоту входно­го сигнала. Конденсатор С₂ пропускает входной сигнал на ба­зу транзистора и одновременно предотвращает закорачивание цепи базы по постоянному току.

Резонансный контур в цепи коллектора, называемый также колебательным контуром, составлен из катушки индуктивности L₄ и шунтирующих ее конденсаторов переменной емкости Сз и С₄. К катушке L₄ можно присоединить обычный конденсатор переменной емкости, но сдвоенные конденсаторы переменной емкости с заземленным ротором обеспечивают большую без­опасность при пробоях, вызванных высоким напряжением. Так как роторы конденсаторов находятся на одной оси, а статоры разделены, или «разрезаны», на две секции, то такие конденса­торы часто называют конденсаторами с разрезными статорами.

Для того чтобы оба вывода L₄ находились под высокоча­стотным потенциалом относительно земли, что необходимо для нейтрализации паразитной обратной связи, источник питания подключают к средней точке катушки L₄. Так как межэлектрод­ные емкости транзистора создают положительную обратную связь между выходом и входом, усилитель может возбудиться и начать генерировать собственные колебания вместо того, что­бы усиливать сигналы предыдущего каскада. Для увеличения устойчивости усилителя используют нейтрализующий конденса­тор С₅. Этот элемент включен между нижним выводом резо­нансного контура и выводом базы транзистора. Величина ем­кости нейтрализации подбирается так, чтобы амплитуда про­тивофазного напряжения была равна напряжению положитель­ной связи, которое вызывает генерацию. Высокочастотный дрос­сель LS не пропускает составляющих радиосигнала, выделяю­щихся в колебательном контуре, к источнику питания. Через трансформатор, составленный элементами L₄ и L₆, и выходной резонансный контур L₆C₆ усиленный выходной сигнал передает­ся на вход усилителя класса С большей мощности или ₍к ан­тенной системе.

Последующий каскад усиления, на который поступает вы­ходной радиосигнал, является нагрузочным элементом усилите­ля, называемым нагрузкой. Если усилитель класса С не нагру­жен и его контур настроен в резонанс, то при этом коллектор­ный ток транзистора минимален. Но так как при резонансе ненагруженный параллельный .колебательный «онтур обладает очень большим входным сопротивлением, то на нем выделяется максимальное напряжение сигнала. Поэтому высокое напряжение, получаемое на контуре, (при отключенной нагрузке мо­жет вызвать пробой между пластинами ротора и статора кон­денсатора настройки. Для предотвращения пробоя, могущего возникнуть в процессе настройки и нейтрализации паразитной обратной связи ненагруженного усилителя, иногда уменьшают напряжение питания (во время настройки). При расстройке контура коллекторный ток транзистора резко возрастает, но напряжение на контуре падает, так (как параллельный резо­нансный контур (на частотах выше и ниже резонансной имеет малый импеданс. Как уже говорилось, в усилителе класса С входное сопротивление контура при отключенной нагрузке ве­лико; велика также добротность Q контура (Q>50). Однако в условиях подключенной нагрузки, .когда усилитель работает с хорошим к.т.д., добротность контура падает до 10 — 15. При более точном подборе величины нагрузочного сопротивления, определяемого характеристиками транзистора, требуемое зна­чение Q нагруженного усилителя выбирают с учетом величины p = |/L/C — характеристического сопротивления колебательного контура в цепи коллектора, где L — результирующая индуктив­ность и С — результирующая емкость контура. Уменьшение Q, вызываемое подключением нагрузки, увеличивает устойчивость усилителя. Однако очень малое значение Q приводит к расши­рению полосы пропускания устройства и, следовательно, к бо­лее слабому подавлению нежелательных гармонических состав­ляющих сигнала. При значениях Q ниже нормы ухудшается се­лективность усилителя и уменьшается полезная мощность в нужном диапазоне частот. При слишком высоком Q и при на­личии нагрузки контурные токи становятся настолько больши­ми, что излучаемая самим колебательным контуром мощность намного больше, чем в нормальном режиме. Результатом это­го являются излишние потери ВЧ-мощности.

Величины L и С, требуемые для получения резонансной ча­стоты fр контура, можно найти из уравнения

(3.1)

Добротность контура выражается следующими соотношениями:

(3.2)

где X_L = 2пf_pL и X_c = 2пf_pC. Сопротивление R в соотношениях (3.2) — пересчитанное эквивалентное сопротивление потерь энергии, шунтирующее колебательный контур. Это сопротивле­ние R=R_H практически учитывает только мощность, потребляе­мую нагрузкой (очень малыми потерями мощности в активном сопротивлении катушки индуктивности обычно (пренебрегают). Сопротивление нагрузки в соответствии с законом Ома опре­деляется как отношение постоянного напряжения коллекторно­го питания к амплитудному значению тока коллектора при под­ключенной нагрузке:

(3.3)

предполагается, что амплитуда напряжения на контуре U_K~E_K. Зная требуемую величину Q нагруженного контура, мы мо­жем найти результирующую (полную) емкость колебательного контура на данной частоте. Эта емкость обратно пропорцио­нальна пересчитанному сопротивлению нагрузки, т. е. отноше­нию E_K/I_K. Результирующая величина емкости колебательного контура определяется из формул (3.1) — (3.3):

(3.4)

где С — результирующая емкость контура, ,пФ;

Q — добротность контура при наличии нагрузки (Q=l0 — 115);

I_K — ток коллектора, мА;

f — частота, МГц (обычно средняя частота рабочего диа­пазона частот);

E_к — постоянное напряжение коллектора, В. Величина емкости, найденная из этого уравнения, должна соответствовать емкости колебательного контура в среднем по­ложении ротора переменного конденсатора. Зная величину ем­кости С для данного Q, можно найти величину общей индук­тивности колебательного контура из формулы (3.1):

(3.5)

где L — результирующая индуктивность, мкГ; С — емкость, пФ; f — частота, кГц.

 

Двухтактный усилитель класса С

 

Аналогично двухтактным схемам низкочастотного диапазо­на, описанным в разд. l.ll, можно построить симметричные Двухтактные схемы высокочастотного диапазона, обеспечиваю­щие высокий к.п.д. Типичная схема двухтактного УВЧ пока­зана на рис. 3.7. Здесь, как и в предыдущей схеме, ВЧ-сигнал возбуждений, поступает на трансформатор, составленный из об-моток L₁ и L₂. Однако в двухтактной схеме у обмотки L₂ имеется отвод со дредней точки, через который подается напря­жение смещения эмиттерных переходов транзисторов T₁ и T₂. Конденсаторы с разрезными статорами очень удобны для ис­пользования в двухтактных схемах, поскольку они позволяют довольно легко симметрировать схему. Роторы конденсаторов С, и С₂ заземлены, что обеспечивает поступление сигналов на базы транзисторов T₁ и Т₂ в противофазе. В коллекторных це­пях также используются конденсаторы с разрезными статора­ми Для повышения устойчивости двухтактных усилителей при­меняют перекрестную нейтрализацию. Конденсатор С₃ соединя­ет коллектор транзистора TI (подключенный к выводу коллек­торного контура) с базой транзистора Т₂ и передает противо­фазный сигнал нейтрализации требуемой величины. Аналогич­ным образом нейтрализующий конденсатор С₄, присоединенный к коллекторной цепи транзистора Т₂, обеспечивает нейтрализа­цию во втором плече схемы. Для развязки по высокой частоте источников питания и смещения, как и ранее, используются по­следовательно включенные высокочастотные дроссели. Это де­лает излишним подключение к выводу средней точки L₃ шун­тирующего по высокой частоте конденсатора. Заземленные ро­торы конденсаторов с разрезными статорами фиксируют точки нулевого потенциала в контурах. Этот потенциал может не точ­но совпадать с потенциалом среднего вывода катушки индук­тивности L₃. В передатчиках для увеличения мощности ВЧ-сигнала до необходимого уровня каскады усилителей класса С с высоким к п д помещают между генератором и антенной системой.

Рис. 3.7. Двухтактный усилитель класса С.

 

В связных радиопередатчиках для контроля токов транзисто­ров последовательно с выводами базы ,и коллектора включают миллиамперметры или амперметры. Контроль тока базы помо­гает настроить входной контур на нужную частоту сигнала и установить требуемый уровень прикладываемого управляющего сигнала. Контроль тока коллектора помогает настроить в ре­зонанс выходной колебательный контур по минимуму коллек­торного тока, который имеет место при резонансе. В процессе настройки цепей нейтрализации уровень возбуждения ВЧ-сиг-нала на базах меняется, и нейтрализующие конденсаторы на­страивают по минимуму показаний базовых амперметров.

Умножители частоты

Усилители радиочастоты класса С можно также использо­вать для удвоения или утроения частоты входного сигнала. В этом случае применяют обычную схему… Рис. 3.8. Удвоитель частоты.

ГЛАВА 4

ГЕНЕРАТОРЫ

Генератор по схеме Армстронга

  Генераторы звуковых и радиочастотных сигналов широко применяются в… Одним из первых генераторов резонансного типа является генератор с обратной связью, построенный по схеме,…

Генератор с регулируемой частотой

Генератор, построенный по схеме Армстронга, иногда ис­пользуется в смесительных каскадах связных приемников в ка­честве гетеродина, сигнал которого… Одна из схем смесителей такого типа показана на рис. 4.2. В качестве катушки… Конденсаторы С2 и сб, роторы которых имеют общую ось, для точного сопряжения настроек зашунтированы конденсато­рами…

Генератор по схеме Хартли

  На рис. 4.3 показана схема другого типа генератора с ре­гулируемой частотой.… Отвод от катушки индуктивности делит ее на две части: ба-зово-эмиттерную (L1) и коллекторно-эмиттерную L2.…

Генератор по схеме Колпитса

  В генераторе, построенном по схеме Колпитса (рис. 4.4), роль индуктивной…

Рис. 4.4. Генератор по схеме Колпитса.

 

Резонансная частота колебательного контура (с учетом влияния внутренних емкостей транзистора и емкостей раздели­тельных конденсаторов) определяет частоту генерации.

Как обычно в таких схемах, напряжение питания подается через ВЧ-дроссель, который препятствует протеканию тока ге­нерируемой частоты через источник питания. Выходной сигнал для передачи на следующий каскад снимается с катушки L₂, связанной трансформаторной связью с катушкой L₁.

Кварцованный генератор

Для стабилизации частоты генерации, а также для точной настройки требуемой частоты применяют электромеханические преобразователи из… Если к выводам кварцедержателя с кварцевой пластиной приложить переменное…

Генератор поднесущей с ФАПЧ

В цветных телевизионных приемниках при приеме цветных передач необходимо генерировать специальный сигнал несущей взамен аналогичного сигнала,… Рис. 4.6. Генератор поднесущей с фазовой автоподстройкод.

Мультивибратор

В мультивибраторах, а также блокинг-генераторах (см. разд. 4.9) не используются резонансные LC-контуры. В мульти­вибраторе частота генерации… Рис. 4.7. Мультивибратор.

Мультивибратор кадровой развертки

Мультивибраторы часто используют в телевизионных прием­никах, например, для генерирования синхронизированного на­пряжения кадровой развертки,… Потенциометр R6 служит для регулировки прямого смеще­ния эмиттерного перехода… Потенциометр R2 в цепи базы Т1 — регулятор частоты кад­ров. При помощи этой регулировки синхронизируют частоту…

Блокинг-генератор

Блокинг-генератор — другой тип релаксационного генерато­ра, который можно синхронизировать внешним сигналом. На рис. 4.9 показана схема… Рис. 4.9. Блокинг-генератор.

Блокииг-генератор кадровой развертки

На рис. 4.10 показано применение блокинг-генератора в схе­ме кадровой развертки телевизионного приемника. В данной схеме используется трехобмоточный… Рис. 4.10. Блокинг-генератор кадровой развертки.

Блокинг-генератор строчной развертки

На рис. 4.11 показан генератор строчной развертки, в кото­ром используется блокинг-генератор. Между базой и землей через конденсатор емкостью 0,01… Рис. 4.11. Блокинг-генератор строчной развертки.

Глава 5

ФИЛЬТРЫ И АТТЕНЮАТОРЫ (ОСЛАБИТЕЛИ)

Общие положения

Фильтры применяются для отфильтровывания некоторых сигналов из других сигналов или для предотвращения подачи определенных сигналов к последующему… 5.2. Фильтры нижних частот типа k  

Фильтры нижних частот типа m

Если требуется более острый и более четко определенный срез частотной характеристики, который не может быть обеспе­чен фильтром типа k, то… (5.6) На рис. 5.2, б показан эффект воздействия секции типа т на сигналы на частотах f>fcp. На рис. 5.2, в изображен…

Сбалансированные фильтры

Рис. 5.5. Балансировка фильтров.  

Полосовые фильтры

Полосовой фильтр пропускает сигналы, частоты которых ле­жат выше и ниже резонансной частоты в установленных преде­лах. Ширина полосы пропускания… Рис. 5.6. Полосовые фильтры и их частотная характеристика.

Заграждающие фильтры

Заграждающий фильтр пропускает сигналы, частоты кото­рых находятся выше и ниже установленной полосы задержива­ния. Поэтому фильтр такого типа… На рис. 5.7, а показана основная схема Г-образного заграж­дающего фильтра типа… В то же время составляющие сигнала, частоты которых от­личаются от резонансной для цепи L2C2, незначительно…

Аттенюаторы (ослабители)

Терминами «аттенюатор» и «ослабитель» называют резистив-ные схемы, предназначенные для выполнения одной или обеих из следующих функций: согласование… Иногда аттенюатор применяют для уменьшения амплитуды сигнала без согласования…  

Типы переменных аттенюаторов

Обычный регулятор уровня громкости на одном потенцио­метре является своего рода аттенюатором. Он обладает способ­ностью понижать амплитуду сигнала… Рис. 5.8. Г-образный аттенюатор.

Типы постоянных аттенюаторов

В постоянных, или фиксированных, аттенюаторах использу­ются постоянные (нерегулируемые) резисторы. Такие аттенюа­торы бывают двух типов:…

Г-образный постоянный аттенюатор

На рис. 5.10, а показана исходная схема Г-образного посто­янного аттенюатора. Такой асимметричный аттенюатор исполь­зуется для согласования… Рис. 5.11. Сбалансированный аттенюатор с минимальными потерями и мно­госекционный аттенюатор.

Т- и Н-образные аттенюаторы

На рис. 5.12, а показан Т-образный аттенюатор. Это симмет­ричный аттенюатор, в котором импеданс устройства на входе совпадает с импедансом… Рис. 5.12. Симметричные Т-, Н-, П- и 0-образные аттенюаторы.

П- и О-образные аттенюаторы

На рис. 5.12, в показан П-образный симметричный несба­лансированный аттенюатор. Сбалансированный вариант атте­нюатора изображен на рис. 5.12, г;…  

Мостовые Т- и Н-образные аттенюаторы

Иногда параллельно последовательным резисторам Т- и Н-образных аттенюаторов включают дополнительный резистор; в этом случае образуется мостовой… R1 = R2 = Z. (5.41) Вследствие выбора значений R1 и R2 равными омической вели­чине импеданса Z необходимо рассчитывать лишь номиналы…

Фильтр частичного подавления одной боковой полосы

В телевидении для воспроизведения мелких деталей исполь­зуется полоса модулирующих сигналов до 4 МГц. При ампли­тудной модуляции каждому… Поскольку нежелательно обострять срез частотной характе­ристики в области…  

Глава 6

МОДУЛЯЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Основные виды модуляции

Модуляция по существу является процессом изменения сиг­нала радиочастотной несущей таким образом, чтобы стала воз­можной передача некоторой… Так как радиочастотные сигналы могут быть переданы на требуемые расстояния,… Радиочастотная несущая модулируется путем изменения формы ее колебаний в соответствии с модулирующими сигна­лами.…

Режим однотактной AM

При амплитудной модуляции амплитуда колебаний несущей частоты изменяется звуковыми или видеосигналами, что вызы­вает появление сигналов боковых… В случае транзисторных цепей для амплитудной модуляции колебаний несущей могут… Широко используется схема модуляции в цепи коллектора (или в цепи стока в случае полевого транзистора). Однотакт-ная…

Режим двухтактной AM

На рис. 6.3 показана схема выходного усилителя несущей класса С и модулятора, работающих в режиме двухтактной мо­дуляции. Процесс модуляции… Обратите внимание на то, что линия подачи питания через включенную… Для улучшения симметрии такой схемы и обеспечения воз­можности заземления ротора хорошо подходят переменные…

Ширина полосы ЧМ

В процессе частотной модуляции звуковой модулирующий сигнал вызывает смещение частоты несущей вверх и вниз отно­сительно ее обычной резонансной… Рис. 6.4 Ширина спектра излучения радиопередающей станции с частотной модуляцией сигналов.

Коэффициенты частотной модуляции

На рис. 6.5 показаны временные диаграммы ЧМ-колебаний несущей и колебаний звукового модулирующего сигнала одной частоты. В моменты, когда величина…  

Обеспечение стабильности частоты несущей при ЧМ

Как будет показано в гл. 15, частотная модуляция может быть реализована двумя методами: прямым и косвенным. В си­стеме прямой модуляции необходимо… Рис. 6.6. Схема обеспечения стабильности частоты несущей.

Балансный модулятор

В гл. 15 описываются балансные модуляторы (рис. 15.3), выполняющие двойную функцию: модуляции несущей для полу­чения боковых полос и подавления этой… Рис. 6.7. Балансный модулятор.

Предварительная коррекция

При частотной модуляции схема предварительной коррек­ции повышает отношение сигнал/шум для звуковых сигналов более высоких частот. Эта схема… Рис. 6.8. Схема предварительной коррекции.

Ввод импульсов синхронизации в состав телевизионного сигнала

В телевидении для передачи видеоинформации используется амплитудная модуляция, а для звукового сопровождения — ча­стотная модуляция. Передача… Рис. 6.9. Телевизионные синхронизирующие сигналы.

Ввод кадровых синхроимпульсов

Как было показано на рис. 6.9, за шестью уравнивающими импульсами следует шесть кадровых синхроимпульсов. Для вво­да требуемого числа кадровых…  

Схемы объединения сигналов

После формирования различных сигналов синхронизации строчной и кадровой разверток необходимо их объединить с ин­формативными сигналами изображения… На базы транзисторов Т2, Т3 и Г4 подается отрицательное напряжение смещения.…

Глава 7

ДЕМОДУЛЯТОРЫ И СХЕМЫ АРГ, АРУ И ДРУГИЕ

Детектор АМ-сигналов

В связных радиоприемных устройствах для выделения зву­ковых составляющих из амплитудно-модулированной ВЧ-несу-щей широко используется диодный… Как показано на рис. 7.1, АМ-несущая с выхода резонансно­го контура подается…

Регенеративный детектор

В схеме регенеративного детектора применяется катушка обратной связи для передачи части усиленного сигнала на вход схемы; здесь используется… Рис. 7.2. Регенеративный детектор.

Фазовый детектор

Схему фазового детектора, показанную на рис. 7.3, нельзя отнести к схемам типа демодулятора, как две предыдущие схе­мы. Эта схема детектирует… Рис. 7.3. Фазовый детектор.

Дискриминатор ЧМ-сигналов

Одним из наиболее ранних типов детектора частотно-моду­лированных сигналов является дискриминатор, схема которого показана на рис. 7.5. Его все еще…  

Детектор отношений ЧМ-сигналов

Детектор отношений частотно-модулированных сигналов (рис. 7.6) имеет преимущество перед дискриминатором: перед детектором не требуется устанавливать… Рис. 7.6. Детектор отношений ЧМ-сигналов.

Схема ослабления звуковых сигналов более высоких частот

 

Для компенсации действия схемы предварительной коррек­ции, введенной в процессе модуляции (см. разд. 6.8), между де­модулятором и усилителем сигналов звуковой частоты в прием­никах ЧМ-сигналов устанавливают специальную схему, компен­сирующую постепенный подъем уровня звуковых сигналов бо­лее высоких частот с тем, чтобы они стали пропорциональными уровням сигналов, поступающих на микрофон передающей станции.

 

Рис. 7.7. Схема ослабления звуковых сигналов более высоких частот.

 

На рис. 7.7 приведена схема компенсации такого подъема амплитуд. По существу схема ведет себя как фильтр нижних частот, поскольку шунтирующее действие конденсаторов Ci и С₂ возрастает для более высокочастотных составляющих сигнала» Последовательно включенные резисторы Ri и R₂ вместе с шун­тирующими конденсаторами имеют постоянную времени, соответствующую постоянной времени схемы предварительной кор­рекции, используемой в процессе модуляции. Конденсатор C_s является обычным конденсатором связи, а резистор R₃ — регу­лятором громкости.

Схема, показанная на рис. 7.7, может быть упрощена путем исключения элементов R_z и С₂ и изменения значений Ri и Ci таким образом, чтобы они имели требуемую постоянную време­ни. Однако для получения более плавного линейного перехода предпочтительнее схема, показанная на рис. 7.7.

Видеодетектор

На рис. 7.8 показана типичная схема диодного видеодетекто­ра, используемая в черно-белых телевизионных приемниках. В этой схеме полный видеосигнал с… Рис. 7.8. Видеодетектор.

Автоматическая регулировка громкости

Схема автоматической регулировки громкости (АРГ) широ­ко используется в радио- и других связных приемниках для обеспечения относительно постоянного… Рис. 7.10. Схема автоматической регулировки громкости.

Основная схема АРУ

 

Схемы АРУ используются в телевизионных приемниках для поддержания постоянного уровня сигнала изображения, уста­новленного регулятором контрастности приемника. Как и в слу­чае схем АРГ, схемы АРУ формируют напряжение смеще­ния в зависимости от уровня сигналов радиочастотной несущей; это напряжение прикладывается к радиочастотным и ПЧ-каска-дам приемника.

На рис. 7.11 изображена наиболее простая схема АРУ. На этой схеме видеосигнал поступает с каскада видеодетектора. При показанной полярности включения диод Д1 проводит ток в направлении, указанном стрелкой, и заряжает конденсатор С₁ до максимального значения амплитуды синхроимпульсов, раз­мещаемых на гасящих импульсах. Во время проводящего состояния диода Д1 вследствие весьма малой постоянной времени зарядной цепи происходит быстрый заряд конденсатора Сь По окончании гасящего импульса передаются видеосигналы мень­шей амплитуды и диод Д1 оказывается запертым. Так как при запертом диоде постоянная времени разряда RiCi конденсатора С₂ весьма велика, то конденсатор остается почти полностью за­ряженным в течение интервала времени между синхроимпуль­сами.

Рис. 7.11. Основная схема АРУ.

 

Конденсатор C₁, весьма медленно разряжающийся через ре­зистор R₁, создает на нем падение напряжения указанной на рис. 7.11 полярности. Часть этого напряжения образует напря­жение смещения АРУ, которое прикладывается к радиочастот­ным и ПЧ-каскадам усиления. Величина смещения для прини­маемых сигналов среднего уровня может устанавливаться при помощи движка переменного резистора Ri. Так как во время передачи амплитуда синхроимпульсов поддерживается постоян­ной, то образуемое напряжение смещения имеет неизменную величину. При настройке на отдаленную станцию с более сла­бым сигналом амплитуда синхроимпульсов уменьшается и на резисторе Ri образуется отрицательное напряжение смещения более низкого уровня. Это приводит к уменьшению обратного смещения, прикладываемого к радиочастотным и ПЧ-усилите-лям, что вызывает увеличение коэффициента передачи слабого входного сигнала. Если осуществлена настройка на станцию с мощным сигналом, образуется обратное смещение большей ве­личины, в результате чего коэффициент передачи радиочастот­ных и ПЧ-каскадов понижается. За счет этого обеспечиваются выравнивание амплитуд видеосигналов, подаваемых на кине­скоп, и регулировка степени контрастности.

В описываемой системе АРУ настройка на отдаленную стан­цию вызывает уменьшение напряжения смещения. Такое умень­шение приводит к увеличению коэффициента усиления полевых МОП-транзисторов, работающих в режиме обеднения носите­лей, когда ток стока протекает при отсутствии смещения, и к уменьшению при увеличении смещения. Для транзисторов дру­гих типов увеличение прямого смещения вызвало бы увеличение коэффициента усиления и возрастание тока. Однако для полу­чения лучших характеристик, лучшей стабильности и увеличе­ния чувствительности предпочитают использовать ключевую схему АРУ.

Ключевая схема АРУ

 

 

Рис. 7.12. Ключевая схема АРУ.

 

Ключевым схемам АРУ отдают предпочтение перед основ­ной схемой, описанной в разд. 7.9, по той причине, что они обес­печивают лучшие, рабочие характеристики. Ключевая схема АРУ характеризуется более высоким отношением сигнал/шум и более быстрой реакцией на изменение амплитуды сигнала. В ключевой схеме АРУ (рис. 7.12) используются два транзисто­ра, один из которых служит в качестве ключа, а другой — как усилитель. При применении n — р — n-транзистора оба импуль­са, подаваемых на транзистор Т₁, должны иметь положитель­ную полярность. Это обусловлено тем, что движок переменного резистора (потенциометра) Ri устанавливается таким образом, что при отсутствии входных сигналов транзистор Т₁ заперт. По­скольку к коллектору транзистора не подводится постоянного напряжения для создания отрицательного обратного смещения его коллекторного перехода, необходимого для нормальной ра­боты открытого транзистора, импульс, подаваемый на коллек­тор, должен иметь положительную полярность. Аналогично это­му, если при наличии напряжения прямого смещения, снимае­мого с резистора R₁, транзистор все же остается закрытым, то для его отпирания на базу транзистора следует подать сигнал положительной полярности. Следовательно, для отпирания транзистора Т₁ оба положительных импульса, подаваемых на транзистор, должны поступать одновременно.

Движок потенциометра R₁ устанавливается таким образом, чтобы только при воздействии синхроимпульсов, поступающих на базу транзистора Т₁, создавалось прямое смещение, доста­точное для открывания транзистора при условии, что потенци­ал коллектора положительный. Поэтому при подаче положи­тельных импульсов на коллектор транзистор TI периодически открывается с частотой гасящих импульсов (15750 Гц для чер­но-белых приемников и 15734 Гц для цветных). Эмиттерный ток транзистора Т₁ поступает на цепь R₃,C₁, а также ответвляет­ся к базе транзистора Т₂, протекая через резисторы R₄ и R₅ и замыкаясь через резистор R₆ и источник +E. Ток, протекаю­щий через R_б, повышает потенциал базы транзистора Т₂ и от­крывает его. Таким образом, периодическое открывание Т₁ при­водит к появлению импульсов на эмиттерном выходе транзисто--ра, поступающих на цепь R₃C₁, и на входе транзистора 7Y Эти импульсы усиливаются и подаются на входы УВЧ и УПЧ (вме­сто двух выходных линий с коллектора и эмиттера при наличии соответствующих развязывающих резисторов можно использо­вать один вывод).

Так как транзистор АРУ Т₁ может проводить только при наличии синхроимпульсов, совпадающих во времени с импуль­сами строчной развертки, подаваемыми на коллектор транзи­стора Ti, то в промежутках между синхроимпульсами он не про­водит. Поэтому любые шумовые сигналы, прикладываемые к схеме в промежутках времени между соседними синхроимпуль­сами, не оказывают воздействия на систему АРУ. Фильтр на выходе транзистора Т₁ должен быть рассчитан на частоту го­ризонтальной развертки; поэтому он может иметь малую посто­янную времени, обеспечивающую малую чувствительность АРУ к быстрым изменениям уровня сигнала несущей. Ключевая схема АРУ особенно хорошо подходит для сведения к минимуму флуктуации контрастности изображения, причиной которых яв­ляются пролетающие самолеты. Самолеты вызывают многократ­ные отражения сигналов, что приводит к дрожанию изображе­ния на экране телевизора.

При увеличении уровня входного видеосигнала на базу Т₁ поступает сигнал большей амплитуды, что вызывает увеличение прямого смещения и проводимости. Вследствие этого для целей регулирования усиления формируется большой выходной сиг­нал. Более слабый сигнал обеспечивает соответственно мень­шее прямое смещение с последующим уменьшением выходного напряжения АРУ.

Автоматическая подстройка частоты

В телевизионных приемниках ручной подстройкой можно точно установить частоту гетеродина, благодаря чему для опре­деленной станции (программы)… Рис. 7.13. Схема автоматической подстройки частоты.

Автоматическая регулировка усиления сигналов цветности

Для сведения к минимуму затухания сигналов и изменений уровня сигналов цветности при переключении телевизионных программ часто применяют схему… Рис. 7.14: Схема автоматической регулировки усиления сигналов цветности.

Рис. 7.15. Схема демодулятора цветоразностных сигналов и матричная схема.

 

Транзисторы 7₃ и Т₄ усиливают сигналы R — Y и В — У, и снимаемые с каждого коллектора усиленные сигналы приклады­ваются к соответствующим управляющим сеткам кинескопа для получения красного и синего цвета. Некоторая часть сигналов с выходов транзисторов Т₃ и Г₄ подается при помощи резисто­ров Ri8, Rн и Ris на базу транзистора Т₆. Эти резисторы обра­зуют матрицу для смешивания нужных значений амплитуд выходных сигналов с целью получения требуемого колебания G — У для сигналов зеленого цвета. Поэтому величины сопро­тивлений резисторов R16 и Rn различны, причем нужные номи­налы зависят от характеристик транзисторов и параметров схе­мы, а также от амплитуд сигналов в каналах R — У и В — У (см. также рис. 2.6 и соответствующий текст.).

Глава 8

ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ

Общие положения

При построении систем управления производственными про­цессами, аппаратуры телефонных станций, блоков вычисли­тельных и счетных машин, связной… Обработка цифровых и других данных в цифровых вычисли­тельных машинах… Поэтому для представления единицы и нуля в соответствии с выражениями булевой алгебры используются состояния схе­мы…

Статический триггер

Триггер Иклз-Джордана не является релаксационным гене­ратором, поскольку для получения выходных сигналов он за­пускается входным импульсом. Триггер… Рис. 8.1. Схема триггера.

Схема ИЛИ

 

Логической схемой ИЛИ называется схема с одним выхо­дом и любым числом входов, когда выходной сигнал образует­ся в результате .воздействия входного сигнала иа один или не­сколько входов схемы. На рис. 8.2, а показана типичная схема (вентиль) ИЛИ, выполненная на диодах. На схеме изображе­ны три входа, хотя можно использовать только два входа или же добавить другие входы. Такой вентиль ИЛИ не нуждается в источнике питания, поскольку для обеспечения проводимости диодов подаются входные сигналы соответствующей поляр­ности.

Когда к входу A прикладывается положительное (по отно­шению к земле) напряжение или импульс, диод Д] становится проводящим. Возникающий при этом ток создает на резисторе падение напряжения, представляющее выходной сигнал. Таким образом, при подаче импульса на вход А возникает выходной-импульс. Такой же результат получается при подаче импульса на вход В или С. Если импульсы напряжения; одинаковой высоты приложены к двум или трем входам одновременно, выход­ной сигнал практически не отличается от рассмотренного. Та­ким образом, один и тот же выходной сигнал образуется при воздействии сигнала на вход Л, ИЛИ на вход В, ИЛИ на вход С, ИЛИ на два, ИЛИ на все три входа. Вместо использования положительного сигнала (импульса), соответствующего логиче­ской единице, или логическому высказыванию ИСТИНА, мо­жет использоваться импульс отрицательной полярности. В этом случае диоды, показанные на рис. 8.2, а, должны быть включе­ны в обратном направлении. (Если для представления логиче­ской 1 выбраны положительные сигналы, то сигналы отрица­тельной полярности, а также состояние отсутствия сигнала представляются 0. Аналогично этому использование логической 1 для отрицательных сигналов означает соответствие 0 положи­тельных сигналов, а также состояния отсутствия сигнала.)

Рис. 8.2. Схемы ИЛИ и их условные обозначения.

 

На рис. 8.2,6 показана схема ИЛИ, реализованная на тран­зисторах, включенных с объединенным эмиттером. Для увеличе­ния числа входов можно использовать три или более транзисто­ра. На оба коллектора подается положительное напряжение, создающее обратное смещение коллекторных переходов. При отсутствии входных сигналов транзисторы практически заперты и выходной сигнал отсутствует. Однако, когда к входу А при­кладывается импульс положительной полярности, транзистор Т₁ отпирается. Возникает ток эмиттера, который протекает через резистор в цепи эмиттера и создает на этом резисторе падение напряжения, являющееся выходным сигналом. Аналогично им­пульс положительной полярности на входе В также приводит к появлению выходного сигнала, поскольку в этом случае от­пирается транзистор Т₂. Как и в случае схемы, показанной на рис. 8.2, а, при одновременном воздействии сигналов на оба входа также возникает выходной сигнал, что соответствует ло­гической функции ИЛИ.

На рис. 8.2,в — д показаны условные обозначения схемы ИЛИ с различным числом входов (2, 3 и 5) [В отечественной научно-технической литературе используются другие обозначения схемы ИЛИ. — Прим. ред.]. Булева алгебра, упомянутая в разд. 8.1, является разделом математики; она описывает поведение переключающих логических схем и в сим­волическом виде выражает соотношения между состояниями таких схем. В булевой алгебре знак + используется для обозна­чения функции ИЛИ — логического сложения. Поэтому выра­жение А + В в действительности обозначает А ИЛИ В, а вовсе не указывает на арифметическое сложение. Можно производить логическое сложение нескольких величин, например А + В + + С + D [Чтобы отличать логическую схему от арифметической, используется спе­циальный символ логического сложения V- Тогда приведенное здесь выраже­ние будет выглядеть следующим образом: A/B/C/D. — Прим. ред.].

Как отмечалось выше, логическим состояниям ИСТИНА (И) и ЛОЖЬ (Л) соответствуют два значения логической величины. Логическая сумма двух логических величин может принимать значения, указанные в табл. 8.1 — 8.3.

Таблица 8.1

0 + 0 = 0

A + 0 = 1

0 + B = 1

A + B = 1

Таблица 8.2

Л + Л = Л

И + Л = И

Л + И = Л

И + И = И

Таблица 8.3

0 + 0 = 0

1 + 0 = 1

0 + 1 =1

1 + 1 = 1

При большем числе логических слагаемых возможны соот­ношения:

0+0 + 0 = 0; 0 + 1+0=1 и т. д.

 

Схемы ИЛИ-НЕ, И, И-НЕ

Выходной импульс можно снимать не с эмиттерного повто­рителя (рис. 8.2,6), а с коллекторной цепи транзистора с зазем­ленным эмиттером (рис. 8.3, а).… Рис. 8.3. Схемы ИЛИ-НЕ (а), И и И-НЕ (б) и условные обозначения схем ИЛИ-НЕ (б), И (г) и И-НЕ (дне).

Таблица 8.4

	Входы		Выход
А	В	с	D

 

Если импульсы подаются на оба входа одновременно, каж­дый транзистор получает необходимое прямое смещение и ока­зывается проводящим, благодаря чему цепь протекания коллек­торных токов замыкается. Если выходной сигнал снимается с резистора в цепи эмиттера транзистора Тч, то выполняемая ло­гическая операция называется операцией И, а логическая схе­ма — соответственно схемой (вентилем) И по той причине, что для получения выходного импульса необходима подача импуль­сов на оба входа А и В. При трехвходовой схеме И для воз­никновения выходного импульса, соответствующего логической единице, понадобилось бы приложение импульсов на все три входа, поскольку все три транзистора были бы включены по­следовательно.

Если выходной сигнал снимается с коллектора транзисто­ра Ti, то подаваемый на его вход сигнал инвертируется. По­скольку в этом случае полярность выходного сигнала не совпа­дает с полярностью входных сигналов, выполняемая при этом логическая операция называется И-НЕ; такое же название при­сваивается логической схеме.

Функция И обозначается в логических выражениях знаком умножения [В качестве знака логического умножения используется также специаль­ный символ /. — Прим. ред.]. Поэтому логическое соотношение D=A-B выра­жает логическую операцию И, а не арифметическое умножение одной величины на другую. Символ умножения иногда опуска­ют, и операция логического умножения обозначается как АВ или ABC. На рис. 8.3,г показано условное обозначение схемы И, а на рис. 8.3,д и е — обозначения схем И-НЕ с разным числом входов [В отечественной литературе используются другие условные обозначения схем И и И-НЕ. — Прим. ред.].

Таблица 8.4 представляет собой таблицу истинности схе­мы И с тремя входами, выражающую логическую операцию D = A*B*C. Как показано в этой таблице, для получения выход­ного сигнала необходимо совпадение во времени сигналов на всех трех входах.

Сложные логические схемы

Отдельные вентили с определенными характеристиками ком­бинируют разными способами для выполнения различных логи­ческих операций, удовлетворяющих… Так как выходной сигнал снимают с объединенных цепей коллекторов, здесь имеет… На рис. 8.4,6 дано символическое изображение логической схемы, показанной на рис. 8.4, а. Простота условного…

Логика с непосредственными связями

Для упрощения логической схемы с многими входами тран­зисторы иногда включают непосредственным образом (рис. 8.7, а). Такую логику называют… Обратите внимание на параллельное включение транзисто­ров. Схема с такой…

Схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

 

Для вентилей И, И-НЕ и др. удобно использовать символы, поскольку они позволяют более наглядно представлять входные и выходные логические сигналы и рабочие характеристики та­ких вентилей. Поэтому, хотя и известны различные способы реализации схемы ИЛИ (на диодах, резисторах и диодах, на транзисторах), для их обозначения используется один символ.

Иногда используемую комбинацию логических схем можно представить одним символом, определяющим все свойства ком­бинированной сложной схемы, что делает ненужным изображе­ние четырех, пяти или даже большего числа символических обо­значений отдельных схем, применяемых для реализации неко­торой операции. Примером может служить полусумматор, схе­ма которого показана на рис. 8.8. По существу полусумматор состоит из схемы ИЛИ и двух схем И, одна из которых имеет инвертированный вход. Последняя схема является схемой ИС­КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ (ЗАПРЕТ). Эти три логические схе­мы связаны между собой, как показано на рис. 8.8, а, хотя для индикации комбинации схем И и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, но без выхода для цифры переноса часто используют один сим­вол, изображенный на рис. 8.8, б. Этот символ соответствует схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ [Эта логическая схема известна под названием схемы неравнозначности или двухвходовой суммы суммирования по модулю 2. — Прим. ред.]. Если после схемы, показан­ной на рис. 8.8,6, следует инвертор (рис. 8.8, в), то получаем схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ (схема эквивалентности или равнозначности), символ которой изображен на рис.8.8,г.

Полные сумматоры (последовательного типа) могут быть получены путем использования двух полусумматоров, показан­ных на рис. 8.8, а. Полусумматоры применяются также для це­лей переключений и для преобразования кодов.

Рис. 8.8. Полусумматор (а) и условные обозначения схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (б), НЕ (в) и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ (г).

 

Если на .входы схемы ИЛИ поступают два импульса, то они одновременно появятся и на схеме И. Тогда на выходе этой схемы И возникает импульс, который поступает на вход схемы ЗАПРЕТ и закрывает эту схему, препятствуя вводу сигналов от схемы ИЛИ. Следовательно, логика работы данной схемы такова: когда на обоих входах схемы ИЛИ действуют 1, то на выходе «Сумма» появляется 0, а на выходе «Перенос» — 1.

Таблица 8.5

А	в	Сумма	Перенос

При подаче импульса только на один какой-нибудь вход схемы ИЛИ импульс запрета не формируется. В этом случае импульс, соответствующий 1, образуется только на выходе «Сумма». Выполняемая логическая операция соответствует правилу двоичного сложения 1 + 1 = 10 (двоичное число два). Поэтому, если на входах А и В действуют единичные сигналы, то выходной сигнал на выходе «Сумма» соответствует 0 (им­пульс отсутствует), но возникает импульс переноса на выходе «Перенос» представляемый 1 старшего разряда в двоичном числе 10.

Рис. 8.9. Преобразователь кода Грея в двоичный код.

 

На основе описания данной логической схемы может быть составлена таблица истинности (табл. 8.5), иллюстрирующая операции, выполняемые схемой (полусумматором).

Комбинацию схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ можно исполь­зовать для преобразования кода Грея в двоичный код (рис. 8.9). Код Грея называют также циклическим кодом или кодом с ми­нимальными ошибками. Код Грея широко применяется в вы­числительных и управляющих системах, поскольку при этом уменьшаются случайные ошибки в дроцессе работы. Это объ­ясняется тем, что по мере возрастания чисел в коде Грея в не­который момент времени изменяется только одна цифра. В дво­ичном коде это не так (табл. 8.6).

В преобразователе, показанном на рис. 8.9, количество логи­ческих схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ равно количеству разря­дов преобразуемых чисел. Предположим, что слева в схему вво­дится число в коде Грея 1010 (01010). [Заметим, что на выхо­дах схем сигнала переноса не образуется (1 + 1=0).] Нуль, цо-ступающий на верхний вход схемы А, передается и на выход, поскольку вход непосредственно соединен с выходом. При по­даче 1 на нижний вход схемы А на выходе этой схемы также формируется 1. Но выход этой схемы связан с входом схе­мы В. Поскольку на нижний вход схемы В сигнал не поступа­ет (подается сигнал, соответствующий нулю), на выходе фор­мируется 1. Эта 1 подается на верхний вход схемы С и так как на нижний вход этой схемы также поступает 1, то на ее выхо­де получаем 0. Аналогично этому, поскольку на входы схемы D сигналы не поступают (подаются нули) , то на выходе также получается 0. Таким образом, число 1010 в коде Грея преобра­зуется в двоичное число 1100 (табл. 8.6).

Таблица 8.6

Десятичное число	Двоичный код	Код Грея

Рис. 8.10. Схема считывания двоичного числа в прямом и обратном кодах.

Представление двоичного числа в прямом hi обратном кодах

В вычислительных машинах часто используются числа в об­ратном и дополнительном кодах. Так, например, код 0101 явля­ется обратным кодом двоичного… На рис. 8.10 изображена схема .считывания двоичного числа, записанного в… Пусть производится считывание двоичного числа в обратном коде и какой-нибудь из триггеров находится в нулевом…

Глава 9

МОСТОВЫЕ СХЕМЫ

Мостик Уитстона

Мостовые схемы используются в различных областях элек­троники для проведения измерений, для целей управления m обеспечения возможности считывания… В измерительной технике мостовые схемы используются для-определения величин… На рис. 9.1 изображена схема мостика Уитстона. В этой схе­ме резисторы образуют плечи мостовой цепи, в диагональ,…

Мост Овена

Работа моста Овена, типичная схема которого показана на рис. 9.3, а, основывается на сопоставлении индуктивности и ем­кости. .В этой схеме… RХ = RSC2/С1 (9.4)

Мост Максвелла

Lx = R1R8C1 (9.6) Для расчета величины резистивной составляющей сопротив­ления катушки… (9.7)

Мост Вина

Мост Вина (рис. 9.4, а) применяется для измерений частоты. Его можно также использовать для проверки величины емкости по данным сопротивлениям и…

Резонансный мост

Резонансный мост, показанный на рис. 9.4, б, является мо­стом типа LCR. В уравновешенном состоянии плечо моста, со­стоящее из Rx, Ci и l.y, на… Величина индуктивности резонансного моста при выполне­нии условий равновесия… (9.9)

Мост Хея

 

На рис. 9.5, а показан мост Хея. Этот мост аналогичен мо­сту Максвелла, описанному ранее, за исключением того, что конденсатор Ci и резистор R₂ включены не параллельно, а по­следовательно. Мост Хея используется для измерений индук-тивностей очень большой величины. Неизвестные индуктив­ность и сопротивление рассчитываются по формулам

Мост Шеринга

 

Мост Шеринга, показанный на рис. 9.5, б, используется для высоковольтных измерений. Неизвестную величину емкости кон­денсатора С_х находят из следующего выражения:

(9.13)

Рис. 9.5. Мостовые схемы Хея и Шеринга.

Детектор мостового типа

Схема, показанная на рис. 9.6, является как бы дальнейшим развитием схемы, изображенной ранее на рис. 2.12. Это схема демодулятора мостового типа… Рис. 9.6. Детектор ЧМ-стереосигналов мостового типа.

Мостовой выпрямитель

Устройства выпрямления, детектирования и смешивания сиг­налов можно строить на основе мостовых схем. Типичной схе­мой такого рода является схема… Рис. 9.7. Мостовой выпрямитель.

Мостовой фазовый детектор

Диоды и резисторы часто комбинируют в мостовые схемы, позволяющие определить разности фаз или частот двух сигна­лов. Такие схемы известны под… На рис. 9.8 показана основная мостовая схема фазового де­тектора. Предположим,… Предположим, что при равенстве фаз двух сигналов выход­ной сигнал равен нулю, тогда временные диаграммы напряже­ний на…

Мостовой антенный переключатель

В телевизионных передающих системах формируются АМ-не-сущая изображения и ЧМ-несущая звука (см. разд. 15.4 и рис. 15.5). Эти два сигнала для… Схема, показанная на рис. 9.9, позволяет использовать одну антенну для…

Глава 10

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Общие сведеяшя об источниках питания

Источники питания являются неотъемлемой частью всех электронных устройств. Они обеспечивают подачу в устройст­ва электрической энергии при заданных… В большинстве электронных устройств, эксплуатируемых в домашних условиях,… В промышленных установках для регулирования величины мощности, потребляемой определенной нагрузкой, например,…

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодного выпрямителя с одним выпрями­тельным диодом показана на рис. 10.1. В такой схеме источни­ка питания трансформатор не…  

Двухполупериодный выпрямитель

Схема двухполупериодного выпрямителя показана на рис. 10.2. К первичной обмотке трансформатора для подавления помех подключен фильтр, составленный… На рис. 10.2 два выпрямляющих диода имеют общую точку, с которой снимается…

Удвоитель напряжения

Схемы удвоения напряжения применяются в тех случаях, ког­да требуется получить более высокое напряжение, чем при ис­пользовании трансформатора или… Рис. 10.3. Схема удвоения напряжения.

Утроитель напряжения

Схема утроения напряжения используется тогда, когда тре­буется повысить напряжение источника в три раза. Так же как и в схеме удвоения, в схеме… Типичная схема утроителя напряжения показана на рис. 10.4, а. Для утроения… Увеличение напряжения на С2 можно понять, если обратить­ся к рис. 10,4,6. Здесь обозначены полярности входного…

Высоковольтные схемы

Высокие напряжения порядка нескольких киловольт чаще всего применяются в промышленных электрических установках, но в некоторых электронных приборах… В схеме на рис. 10.5,а высокое напряжение (15 кВ) получа­ется путем… Термостат является чувствительным элементом, который оп­ределяет точку включения нагревателя и интервал времени, &…

Мостовой выпрямитель

Мостовая схема применяется в тех случаях, когда требуется производить двухполупериодное выпрямление, имея в своем рас­поряжении трансформатор без… В выпрямителе мостового типа (рис. 10.6) используются четыре полупроводниковых…  

Стабилизаторы напряжения

Термин «стабилизация напряжения» в отношении источников питания означает относительную величину изменения выходно­го напряжения при изменении тока… (10.1) где eq — выходное напряжение без нагрузки и Еп — выходное напряжение при максимальной нагрузке.

Прерыватели hi преобразователи

Часто возникает необходимость в преобразовании в некото­рых промышленных установках невысокого постоянного напря­жения в переменное. Это… Как показано на рис. 10.8, управляющий сигнал переменно­го тока подается на…  

Схемы с регулируемым напряжением

Если требуется источник с регулируемым напряжением, то в простейшем случае можно на выходе обычного источника включить параллельный переменный… Рис. 10.10. Схемы источников с регулируемым выходным напряжением.

Схема с тиристорами

 

Тиристор, или кремниевый управляемый прибор, представ­ляет собой специальный тип полупроводникового диода, кото­рый переводится в открытое состояние путем подачи напряже­ния на управляющий электрод. Тиржгщры выпускаются раз­личных размеров и номинальных мощностей, что позволяет ис­пользовать их для управления определенными уровнями мощно­сти. Например, прибор размером 13X26 мм может управлять током — 20 А при напряжении — 400 В.

Характеристики тиристора имеют такую же полярность, как и у обычного кремниевого выпрямительного диода при подаче напряжения между анодом и катодом. Однако характеристики тиристора по сравнению с диодами имеют большое преимуще­ство, так как позволяют путем подачи небольших напряжений и при очень малой мощности управлять током значительной ве­личины.

Схема, в которой используется тиристор, приведена на рис. 10.И,а, а на рис. 10.11,6 показано условное обозначение тиристора. При подаче на вход постоянного напряжения тири­стор обычно остается в закрытом состоянии и ток через него и, следовательно, через нагрузку не протекает. Если же подать запускающее напряжение между управляющим электродом и катодом (рис. 10.11, а), то тиристор переводится в полностью от­крытое состояние. При этом основное сопротивление для источ­ника постоянного напряжения составляет сопротивление на­грузки. После запуска тиристора, даже если отключить запус­кающее напряжение, прибор все равно остается в открытом со­стоянии, и ток продолжает протекать через нагрузку. Таким об­разом, запуск можно осуществлять короткими импульсами и тем самым подавать в налрузку ток большой величины.

Хотя после запуска тиржгщра напряжение на управляющем электроде перестает действовать, все же можно перевести тири­стор в закрытое состояние путем изменения приложенного к нему постоянного напряжения. Выключение можно осуществить или путем отключения поданного на тиристор напряжения, или путем изменения его полярности на обратную.

Рис. 10.11. Схема включения тиристора (а) и условные обозначения обычного тиристора (б) и тиристора с двумя управляющими электродами (в).

 

Переменное напряжение также можно использовать как в качестве управляющего сигнала, так и управляемого. При пода­че на управляющий электрод переменного напряжения, кото­рое находится в фазе с напряжением, приложенным между ано­дом и катодом, тиристор будет открываться во время каждого положительного полупериода напряжения на его аноде. Если разность фаз между управляющим и управляемым напряже­ниями будет постепенно изменяться, то тиристор будет открыт в течение части положительного полупериода, уменьшая тем самым мощность, передаваемую в нагрузку. Фазосдвигающая цепь, описанная в разд. 10.12, может использоваться для уп­равления мощностью, поступающей в нагрузку.

Для выделения постоянного напряжения на нагрузке полу­ченное пульсирующее напряжение можно подать на обычный фильтр, состоящий из последовательного резистора или дроссе­ля и параллельного конденсатора.

Путем введения в тиристор дополнительного управляющего электрода можно получить кремниевый управляемый переклю­чатель (рис. 10.И,в). Такой прибор может запускаться импуль­сами либо положительной, либо отрицательной полярности. В отличие от обычного тиристора переключатель можно перевести в закрытое состояние путем подачи сигнала на управ­ляющий электрод.

Рис. 10.12. Применение тиристора в телевизионном приемнике в качестве высоковольтного ограничителя.

 

Кроме управления мощностью, тиристор можно также ис­пользовать в качестве высоковольтного ограничителя (рис. 10.12). Такая схема применяется в цветных телевизионных приемниках (например, в некоторых моделях фирмы Sylvania) для того, чтобы избежать появления слишком больших напря­жений, которые могут нарушить работоспособность элементов или вызвать генерирование рентгеновского излучения.

Управление осуществляется в цепи усилителя строчной раз­вертки, выполненного на транзисторе n — р — n-типа. В схеме ограничения используются стабилитрон Д1 и тиристор Д₂. Вы­вод стабилитрона, находящийся под потенциалом 120В, связан со схемой, которая вырабатывает высокое напряжение. Если высокое напряжение по какой-то причине возрастет до уровня, превышающего нормальный, то при 135 В произойдут пробой стабилитрона и запуск тиристора. При этом тиристор открыва­ется, его малое сопротивление зашунтирует входную базовую цепь усилителя строчной развертки, изменится смещение на ба­зе транзистора и его проводимость уменьшится. В результате схема строчной развертки и связанный с ней источник высокого напряжения перестают работать до тех пор, пока путем регули­ровки не будет устранена причина, вызвавшая повышение вы­сокого напряжения. Если же причина заключается в выходе из строя какого-либо элемента схемы, который не может быть восстановлен регулировкой, то вновь произойдет запуск тири­стора и высоковольтная часть опять будет переведена в нерабо­чее состояние.

 

Фазосдвигающая цепь

Фазосдвигающая цепь вырабатывает на выходе сигнал, фа­за которого отличается от фазы входного сигнала. Поэтому та­кую схему полезно применять в тех… Фазосдвигающая цепь приведена на рис. 10.13,а. Здесь вто­ричная обмотка L2…  

Схема с игнитроном

 

Игнитрон представляет собой электронную лампу, временем пребывания которой в открытом состоянии можно управлять. В игнитроне находится жидкая ртуть, контакт с которой имеет вывод во внешнюю цепь (рис. 10.14,а). Кроме того, в игни­троне находятся анод и электрод поджига; кончик электро­да, изготовленный из карбида кремния или карбида бора,, погружен на небольшую глубину в ртуть. Если между электро­дом поджига и ртутью есть некоторая разность потенциалов,, то образуется искра, в результате чего возникает электронная эмиссия. При положительном потенциале на аноде электроны,, двигаясь к аноду, будут сталкиваться с атомами газа в лампе,. т. е. начнется процесс ионизации.

 

Рис. 10.14. Игнитрон (а) и схема с его применением (б).

 

Когда через игнитрон протекает ток, падение напряжения на нем невелико; следовательно, эта лампа имеет небольшое внутреннее сопротивление. Игнитрон обладает рядом преимуществ: опасность пробоя между анодом и катодом невелика, так как максимальное обратное напряжение имеет место толь­ко в интервалы времени, когда внутреннее сопротивление лам­пы имеет большую величину; не требуется энергии для подо­грева катода; как и в случае тиристора, запуск игнитрона мо­жет производиться в любой точке периода переменного напря­жения, что позволяет осуществлять управление выходной мощ­ностью. Поскольку ртуть имеет неолраниченный срок службы и может выдерживать большие перегрузки, игнитрон находит широкое применение в мощных промышленных установках. Вследствие присутствия ртути лампа должна работать в верти­кальном положении.

Схема с применением игнитрона изображена на рис. 10.14,6. Диод с указанной на рисунке полярностью включен последова­тельно с ограничительным резистором Ri между анодом и элек­тродом поджига. Источник переменного тока соединен последо­вательно с нагрузкой R_н и игнитроном, т. е. так же, как и в схе­ме с тиристором. Во время действия положительного полупе­риода переменного напряжения диод Д[ и игнитрон hi нахо­дятся в открытом состоянии. Однако игнитрон не может откры­ваться до тех пор, пока электрод поджига не вызовет электрон­ную эмиссию. Когда диод находится в открытом состоянии, про­исходит электрический разряд между электродом и ртутью, и возникающая в результате электронная эмиссия вызовет иони­зацию и протекание тока. Во время отрицательной полуволны переменного напряжения и игнитрон, и диод находятся в закры­том состоянии. Вместо диода Д( управляющее напряжение, как и в схеме с тиристором, может вырабатываться фазосдвигаю-щей цепью (см. рис. 10.13). Показанная на рис. 10.14 схема имеет невысокий к. п. д., так как в ней используется однополу-периодное выпрямление. Полученное напряжение перед пода­чей в нагрузку для уменьшения пульсаций может быть отфильтровано. Для повышения к. п. д. можно применять схему с иг­нитронами, выполняющую двухполупериодное выпрямление, ко­торую и рассмотрим в следующем разделе.

 

Двухполупериодная схема с игнитронами

 

По сравнению со схемой однополупериодного выпрямления с игнитроном, рассмотренной выше, Двухполупериодная схема (рис. 10.15, а) имеет более высокий к. п. д. Как и в обычной схе­ме двухполупериодного выпрямителя, игнитроны открываются поочередно, и ток через нагрузку R_н протекает всегда в одном направлении, показанном на рисунке стрелкой (полярность на­пряжения на нагрузке также указана). Как и в других схемах источников питания, амплитуду пульсаций можно уменьшить, если применить соответствующие фильтры.

Во время действия положительного полупериода напряже­ния на верхней половине вторичной обмотки L₂ трансформато­ра на аноде игнитрона И₁ также действует положительное на­пряжение. Если в это же время на диод R₁ подано положитель­ное напряжение, то игнитрон И₁ перейдет в открытое состояние. В течение этого времени на аноде второго игнитрона И₂ напря­жение будет отрицательным, и он будет находиться в закрытом состоянии. Электроны будут двигаться от ртути к аноду И₁ и через резистор нагрузки R_н. Когда переменное напряжение на верхней половине обмотки Z₂ станет отрицательным, то на ниж­ней половине этой обмотки оно будет положительным. При этом игнитрон И₁ будет закрыт, а игнитрон И₂ может перейти в от­крытое состояние при запуске напряжением соответствующей полярности через диод Д₂. При открытом игнитроне И₂ электро­ны будут протекать от ртути к аноду и через нагрузку в том же направлении, что и в предыдущем полупериоде. Длитель­ностью интервалов времени, в течение которых игнитроны нахо­дятся в открытом состоянии, можно управлять путем изменения фазы напряжения, подаваемого на обмотку L₄. Так как это на­пряжение появляется на обмотке L₃ со сдвигом фазы относи­тельно центрального вывода, диоды Д1 и Д₂ поочередно осу­ществляют запуск то одного, то другого игнитрона.

Рис 10.15. Схемы двухполупериодного выпрямителя на игнитронах.

 

Если требуется питать нагрузку переменным током, то в этом случае можно использовать схему из двух игнитронов, по­казанную на рис. 10.15,6. В этой схеме в течение очередных полупериодов направление тока в нагрузке меняется на проти­воположное. Таким образом, когда на входных зажимах Т₁ и Т₂ действует положительная полуволна напряжения, напряже­ние на аноде И₂ также положительное, а на катоде отрицатель­ное. При этом и на аноде HI напряжение отрицательное, вслед­ствие чего он не может открыться. Если полярность напряже­ния на диоде Д₂ такова, что И₂ будет переведен в открытое со­стояние, то электроны будут протекать от ртути к аноду И₂ и через сопротивление нагрузки к зажиму Т₁. Во время отрица­тельного полупериода на входных зажимах отрицательное на­пряжение будет приложено к аноду И₂ и катоду И₁. В этих ус­ловиях игнитрон И₂ открываться не может. В это время на ано­де игнитрона HI напряжение будет положительным, а на его катоде — отрицательным. Следовательно, при подаче соответ­ствующего напряжения на диод Д1 можно осуществить запуск этого игнитрона. При открытом игнитроне HI электроны через сопротивление нагрузки будут протекать вниз, т. е. в противо­положном направлении по сравнению с предшествующим полу­периодом. Таким образом, ток через нагрузку будет пере­менным.

Глава 11

ЦЕПИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФОРМЫ СИГНАЛОВ

Интегрирующая цепь

В электронных устройствах часто бывает необходимо изме­нить прямоугольные импульсы или сигналы другой формы та­ким образом, чтобы получить сигнал… Важнейшей цепью такого типа является интегратор, кото­рый широко применяется в… Когда к конденсатору приложено постоянное напряжение, то в процессе заряда конденсатора электроны подходят к одной…

Дифференцирующая цепь

В дифференцирующей цепи (рис. 11.2, а) постоянная вре­мени должна быть малой по сравнению с длительностью им­пульсов. Эту цепь применяют в тех… При подаче напряжения на конденсатор протекающий через него ток пропорционален… (11.4)

Интегрирующе-дифференцирующая цепь

Операции дифференцирования и интегрирования можно производить, используя комбинированную цепь, показанную на рис. 11.3. Здесь напряжение, снимаемое…  

Последовательный диодный ограничитель

Во многих промышленных установках, схемах автоматики, системах связи применяются нелинейные устройства, которые позволяют устранить помехи, всплески… Рис. 11.4. Схема последовательного диодного ограничителя.

Параллельный диодный ограничитель

Различные варианты схем параллельных ограничителей по­казаны на рис. 11.5 [Для нормальной работы параллельного ограничителя принципиально необходимо… Рис. 11.5. Схемы параллельного диодного ограничителя.

Двусторонний ограничитель

Если соединить два ограничителя, как показано на рис. 11.6, а, то получим схему двустороннего ограничителя. При такой схеме ограничиваются и… Для преобразования синусоидального входного напряжения в колебания, имеющие…

Выравнивание амплитуд

Схема параллельного ограничителя со смещением, показан­ная на рис. 11.5,6, может использоваться для выравнивания ам­плитуд (рис. 11.7). В этой схеме…

Схемы фиксации уровня

Многие импульсы имеют какую-нибудь одну полярность — отрицательную или положительную. Этим они отличаются, на­пример, от прямоугольных колебаний,… Рис. 11.7. Схема выравнивания амплитуд.

Формирование пилообразных сигналов

Схема формирователя пилообразных колебаний изображена; на рис. 11.9. Иногда такую схему называют зарядно-разрядной., так как в ней периодически… Рис. 11.9. Схема формирователя пилообразного напряжения.

Преобразование пилообразного напряжения в пилообразный ток

При электростатическом управлении лучом в электронно-лу­чевых трубках, например в осциллографах, отклонение элект­ронного луча осуществляется путем… Эти особенности поясняются на рис. 11.10. На рис. 11.10, от показано… Если же индуктивное сопротивление катушки больше омиче­ского сопротивления резистора (рис. 11.10,6), то при подаче на…

Глава 12

РЕАКТАНСНЫЕ СХЕМЫ

Основная схема с управляемым реактивным сопротивлением

 

Электронные реактансные схемы, эквивалентные реактивной цепи, можно построить, используя резисторно-емкостные цепи с транзистором, и таким образом получить реактивный эле­мент, потребляющий либо опережающий, либо запаздывающий ток относительно приложенного к элементу колебательного на­пряжения; таким напряжением обычно является напряжение на колебательном контуре автогенератора. Если реактансную схе­му подключить параллельно колебательному контуру автогене­ратора, то появляется возможность управлять частотой генера­ции. Управление реактансной схемой в свою очередь осуществ­ляется путем изменения напряжения смещения, подаваемого на ее вход. Таким образом, появляется возможность подстройки частоты автогенератора путем изменения управляющего напря­жения смещения.

Специальные полупроводниковые диоды при подаче на них обратного смещающего напряжения обладают свойствами пере­менной емкости и также могут использоваться для подстройки частоты резонансного контура. Такие диоды, называемые ва-ракторами, изменяют величину емкости при изменении прило­женного напряжения. Эти приборы называют также варикапа­ми. Они находят широкое применение в радио- и телевизионных приемниках и позволяют упростить блоки настройки. Транзис­торные реактансные RС-схемы также широко применяются в промышленных системах управления, в блоках перестройки ча­стоты и устройствах регулирования фазы (см. также рис. 4Д. 6.6, 15.2 и 15.9).

Типичная схема управления реактивным сопротивлением ре­актансной схемы на основе полевого транзистора изображена-на рис. 12.1. Здесь С₁ и R₁ являются фазосдвигающими элемен­тами, которые обусловливают протекание реактивного тока че­рез выходной резистор R_z. Подробнее свойства этой схемы рас­сматриваются в следующем разделе. Через конденсатор Сз осу­ществляется связь реактансной схемы с колебательным конту­ром автогенератора для перестройки частоты генерации путем изменения амплитуды и полярности сигнала, подаваемого на затвор полевого транзистора. Реактансная схема может иметь или емкостный, или индуктивный характер в зависимости от соотношения фаз напряжений на выходе реактансной схемы и на контуре автогенератора. В случае чисто емкостного харак­тера реактансной схемы потребляемый ею ток будет опережать напряжение на 90°, а при чисто индуктивном характере этой схемы потребляемый ток будет отставать на 90°. Таким образом, создавая отставание или опережение потребляемого тока, схема имитирует емкостную или индуктивную нагрузку, действие ко­торой будет описано в разд. 12.2 и 12.3.

Рис. 121. Основная схема с управляемым реактивным сопротивлением.

 

Реактансная схема RС-типа

 

Реактивности различного характера можно получить, ком­бинируя элементы ri и С₁ (рис. 12.2). Для сравнения на рис. 12.2, а и в приведены упрощенные варианты схемы, изобра­женной на рис. 12.1, с соответствующими векторными диаграм­мами (рис. 12.2,б и г]. Схема на рис. 12.2,а имеет емкостную характеристику, и так как она подключена параллельно коле­бательному контуру автогенератора, то ее эквивалентная ем­кость добавляется к емкости колебательного контура. Таким образом, образуется результирующая колебательная система автогенератора, состоящая из указанных емкостей и индуктивности контура автогенератора. Небольшие паразитные емкости и индуктивности, имеющиеся в схеме, также оказывают влия­ние на частоту. Частота генератора определяется суммарными значениями индуктивности и емкости элементов параллельного резонансного контура L и С. Поэтому изменение величины ем­кости или индуктивности колебательного контура приводит к изменению частоты генерируемых колебаний. Частота колеба­ний определяется общеизвестной формулой

(12.1)

В схеме на рис. 12.2, а элементами, определяющими емкост­ную характеристику реактансной схемы, являются конденса­тор C₁ и резистор R₁, причем С₁ включают между стоком транзистора, и затвором, a R₁ — между затвором и землей. Таким об­разом, указанные два элемента реактансной схемы фактически присоединены параллельно колебательному контуру автогенера­тора. Следовательно, вырабатываемый автогенератором сигнал оказывается приложенным к цепи R₁C₁.

 

Рис. 12.2. Реактангные схемы RC-тuna.

 

Значения емкости С₁ и сопротивления R₁ выбираются таким образом, чтобы на частоте колебаний автогенератора емкостное реактивное сопротивление С₁ было значительно выше сопротив­ления R₁. При этом на колебательное напряжение автогенера­тора, воздействующее на эту цепь, основное влияние будет ока­зывать емкость. Следовательно, ток в этой цепи на частоте ко­лебаний автогенератора будет опережать напряжение Е₀ на колебательном контуре автогенератора. Если вектор напряже­ния ЕС изобразить графически (рис. 12.2,6), то вектор тока I_R1C1, протекающего через цепь R₁ и C₁, будет опережать век­тор E₀ на 90°. Однако напряжение на R₁ и ток через него изме­няются синфазно. Следовательно, напряжение E₃ на затворе, равное падению напряжения на R₁, также будет опережать на­пряжение E₀ на 90°. Так как ток стока находится в фазе с на­пряжением на затворе, то вектор тока стока I_с совпадает по направлению с вектором Е₃. Отсюда следует, что ток стока опе­режает напряжение генератора на 90°. Именно опережение то­ка стока обеспечивает емкостную характеристику реактансной схемы, присоединенной к контуру генератора. Эквивалентная емкость реактансной схемы С_э зависит от крутизны g_T полево­го транзистора и выражается формулой

C_э = g_TR₁C₁. (12.2)

где С_э — эквивалентная емкость, Ф;

g_T — крутизна характеристики транзистора, А/В;

Ri — сопротивление резистора, Ом;

С1 — емкость конденсатора в цепи обратной связи, Ф. На практике сопротивление резистора Ri выбирается таким образом, чтобы оно составляло приблизительно десятую часть реактивного сопротивления емкости Ci, благодаря чему обеспе­чивается емкостный характер цепи обратной связи. Если со­противление Ri равно десятой части емкостного сопротивле­ния С], то приведенную выше формулу можно записать в виде

(12.3)

где f — рабочая частота.

Формула (12.3) показывает, что эквивалентная емкость за­висит только от крутизны транзистора и рабочей частоты. Емкостное сопротивление Х_с также связано с частотой и эквива­лентной емкостью:

(12.4)

Из закона Ома следует, что емкостное сопротивление связано с напряжением и током:

(12.5)

Из приведенного анализа видно, что изменение переменной со­ставляющей тока стока I_с полевого транзистора приводит к из­менению емкостного реактивного сопротивления и, следователь­но, эквивалентной емкости. Меняя амплитуду входного напря­жения, подаваемого на затвор, можно изменять ток стока. Ток стока можно увеличивать или уменьшать, подавая на затвор отрицательное или положительное напряжение смещения, и та­ким образом изменять величину емкости, моделирующей реак­тивное сопротивление. Входной сигнал может также содержать составляющую звукового сигнала, которая будет увеличивать и уменьшать ток стока в соответствующие полупериоды. Таким образом, частота генератора будет увеличиваться и уменьшать­ся в зависимости от частоты входного звукового сигнала. Такая система используется в передатчиках с ЧМ и в других устрой­ствах, где требуется частотная модуляция (гл. 6 и 15).

Предположим, что для получения сигнала с ЧМ использует­ся сигнал звуковой частоты. При подаче звукового сигнала большей амплитуды отклонение тока стока увеличивается и ток будет иметь величину выше и ниже среднего значения, опреде­ляемого смещением. Следовательно, частота сигналов генерато­ра будет изменяться в сторону больших и меньших значений от­носительно ее номинального значения (несущей частоты). Таким образом, когда реактансная схема находится под воздействием управляющего звукового сигнала, частота генератора изменяет­ся пропорционально частоте звукового сигнала, а величина де­виации частоты определяется амплитудой звукового сигнала, подаваемого на вход.

В схеме на рис. 12.2,0 характеристика реактансной схемы является индуктивной. Здесь резистор R₁ и конденсатор С₁ так­же образуют реактивную цепочку. Разделительный конденса­тор С₂ служит для того, чтобы напряжение стока не подавалось на затвор. Этот конденсатор имеет большую емкость, так что его последовательное реактивное сопротивление достаточно ма­ло и обеспечивает хорошую связь на частоте сигнала между стоком и цепью обратной связи R₁C₁.

В этой схеме сопротивление резистора R₁ выбирается при­мерно в 10 раз больше реактивного сопротивления конденсато­ра Cj. Поэтому сигнал от автогенератора, приложенный к этой цепи, вызовет протекание тока I_R1C1. находящегося в фазе с на­пряжением (рис. 12.2, г). Поскольку входное напряжение на затвор подается с конденсатора C₁, ток конденсатора I_R1C1 опе­режает напряжение Е₃ на конденсаторе на 90°. Но так как ток стока Iс совпадает по фазе с напряжением Е₃ на затворе, то ток стока Iс отстает от напряжения Е₀ генератора на 90°. Таким образом, вследствие запаздывания тока стока относительно Ео моделируемое реактансной схемой эквивалентное реактивное со­противление носит индуктивный характер. Величину эквива­лентной индуктивности можно рассчитать по формуле

(12.6)

где L₃ — эквивалентная индуктивность, Г;

g_T — крутизна характеристики транзистора, А/В;

f — рабочая частота.

Так же как и в схеме на рис. 12.2, а, величину реактивного сопротивления можно изменять путем подачи напряжения сме­щения между затвором и землей. Индуктивное сопротивление зависит от частоты и определяется формулой

X_L = 6,28fL. (12.7)

В соответствии с законом Ома индуктивное сопротивление оп­ределяется следующим выражением:

(12.8)

Так же как и в схеме на рис. 12.2, а, величину реактивного сопротивления можно изменять, варьируя модулирующее на­пряжение на затворе. Таким образом, величина эквивалентной индуктивности, шунтирующей колебательный контур автогене­ратора, может изменяться при помощи входного сигнала.

 

12.3. Реактансная схема RL-типа.

 

В реактансных схемах вместо конденсатора можно приме­нять катушку индуктивности. В реактансной схеме на рис. 12.3, а реактивная цепь образована резистором Ri и катушкой индук­тивности L₁. Здесь сопротивление Ri выбирается таким образом, чтобы его величина была примерно в 10 раз больше реактив­ного сопротивления L₁. При этом условии ток I_RL через цепоч­ку R₁ и L₁ фактически совпадает по фазе с приложенным напряжением Е₀ от автогенератора (рис. 12.3,6). Однако, посколь­ку напряжение на затвор транзистора подается только с индук­тивности L₁, напряжение Е₃ на затворе будет опережать ток I_RL на 90°. Влияние этого напряжения на ток стока 1_С показано на рис. 12.3, б. Следовательно, ток стока будет опережать на­пряжение Е₀ генератора на 90°, т. е. схема имеет емкостный характер (как и схема на рис. 12.2,а). Формулы, аналогичные приведенным для схемы рис. 12.2, а, при надлежащей замене емкости на индуктивность справедливы и в данном случае. Разделительный конденсатор C₁ служит для того, чтобы напря­жение стока не подавалось на затвор через резистор Ri и не оказывало влияния на величину эквивалентной емкости.

Рис. 12.3. Реактансные схемы RL-типа.

 

Еще один вариант реактансной схемы изображен на рис. 12.3, в. Здесь индуктивность включена между стоком и затвором. Так как в этом случае постоянное напряжение со стока через индуктивность может подаваться на затвор, необходимо применить разделительный конденсатор С₁. Этот конденсатор имеет большую емкость и, следовательно, небольшое сопротив­ление на частоте сигнала; поэтому для напряжения сигнала он практически представляет собой короткозамкнутую цепь. Благо­даря этому напряжение сигнала с автогенератора подается на индуктивно-резистивную цепь так же, как и в других рассмот­ренных схемах.

В схеме на рис. 12.3, в индуктивность L₁ выбирается так, чтобы ее реактивное сопротивление на частоте сигнала было в 10 раз больше сопротивления резистора R₁. Поэтому ток I_RL в цепи обратной связи будет отставать от напряжения Е₀ авто­генератора на 90° (рис. 12.3,г). Этот ток протекает также через резистор R₁ и определяет напряжение E_Rl на резисторе, которое совпадает по фазе с током I_RL (рис. 12.3, г). Ток стока Iс имеет ту же фазу, что и напряжение E_RI или Е₃ (рис. 12.3, г). Отсю­да следует, что напряжение Е₀ автогенератора опережает ток стока на 90°. Следовательно, данная реактансная схема имеет индуктивный характеру причем величина эквивалентной индук­тивности и ее реактивное сопротивление рассчитываются по формулам, подобным приведенным для схемы на рис. 12.2, в. Таким образом, путем воздействия управляющего напряжения-на резистор Ri можно управлять величиной эквивалентной ин­дуктивности и соответственно изменять частоту автогенератора,, как и в других рассмотренных реактансных схемах.

Схема подстройки с двумя варакторами

 

Как указывалось в разд. 12.1, варактор обладает емкостью, величина которой зависит от приложенного к нему обратного напряжения. Типичная схема с варакторами, используемая для подстройки приемника, показана на рис. 12.4, где параллельно резонансному контуру C₁L₁ включены два варакторных диода. В этой схеме диоды Д1 и Д₂ включены встречно для обеспече­ния более высокой стабильности и линейности. Однако часто-применяются схемы только с одним варакторным диодом.

Схема, показанная на рисунке, представляет собой высоко­частотный резонансный усилитель на полевом транзисторе, кон­тур которого настраивается в резонанс с частотой приходящего сигнала. Переменный конденсатор Ci может быть подстроечным и использоваться для подстройки в диапазоне одной станции или же выполнять роль основного конденсатора настройки, дей­ствующего независимо от варакторных диодов. В некоторых приемниках применение селекторного ключа позволяет осушествлять ручную настройку конденсатора для последовательного выбора передающей станции. При этом поворот ротора конден­сатора C₁ производится синхронно с поворотом конденсатора ге­теродина (одной ручкой). При варакторной настройке выбор необходимой станции осуществляется кнопочным управлением. В этом случае при помощи кнопок в схему источника питания включаются резисторы с различным сопротивлением, и таким образом изменяется напряжение, подаваемое на варакторные диоды. При каждом уровне напряжения приемник настраивает­ся на определенную станцию.

Рис. 12.4. Схема подстройки с двумя варакторными диодами (а) и условное обозначение такого диода (б).

 

В остальном показанная на рис. 12.4, а схема является тра­диционной. Разделительный конденсатор С₂ служит для пода­чи сигнала на затвор полевого транзистора, а также для изо­ляции контура от постоянного напряжения. Резистор AI соеди­няет затвор транзистора с землей, и на него подается входной сигнал. Резисторно-емкостная цепь между истоком и землей обеспечивает стабилизацию постоянного тока, протекающего между истоком и стоком. Через резистор R₃ подается напряже­ние питания на сток.

Условные обозначения варакторных диодов, показанные на-: рис. 12.4, а, применяются наиболее часто, но иногда используют и другие символы (рис. 12.4,6). Обозначения катода (к) и ано­да (а) на рис. 12.4,6 не отличаются от принятых для обычных диодов, но рядом с диодом изображается символ малой ем­кости.

Схема с одним варактором

 

Применение варакторов в блоке настройки показано на» рис. 12.5. Такой блок настройки может использоваться в теле­визорах и высококачественных радиоприемниках. Как показано на рисунке, настройка осуществляется кнопочным переключате­лем, который подключает резисторы. Эти резисторы являются переменными; изменяя их сопротивление, обеспечивают подачу соответствующего уровня напряжения для настройки на сигнал определенной станции. Резистор R₂ предназначен для ограничения приложенного напряжения до необходимого уровня, а кон­денсатор С₁ имеет большую емкость и поэтому заземляет кон­тур на частоте сигнала.

Хотя на схеме на рис. 12.5 показаны только три подстроеч-ных резистора, при необходимости количество резисторов может быть увеличено. Как и в схеме, показанной на рис. 12.4, здесь можно осуществлять настройку ручным способом, так что в тех случаях, когда требуется перестройка по всему диапазону при­емника, можно обойтись без варакторов. Так как в схемах всег­да имеется некоторый дрейф, то часто применяют различные виды точной автоматической настройки (см. гл. 7).

Рис. 12.5. Схема настройки с одним ва рак горным диодом.

 

Глава 13

СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ

Делитель частоты на блокинг-генераторе

Блокинг-генератор, описанный в разд. 4.9, можно использо­вать в качестве делителя частоты повторения импульсов (рис. 13.1,а). Здесь… Во время действия положительных синхронизирующих им­пульсов на резистор Rз на… Выходной сигнал снимается с обмотки трансформатора L2.

Делитель частоты накопительного типа

Типичная схема импульсного делителя частоты накопитель­ного типа изображена на рис. 13.2. Здесь также используется блокинг-генератор, но он работает…  

Удвоитель частоты

Усилители класса С, рассмотренные в гл. 3, можно также применять для удвоения частоты высокочастотных колебаний. Для получения более высокого… Входной сигнал от генератора несущей (или от предыдуще­го усилителя класса С)… Так как рабочая точка усилителя класса С выходит за пре­делы линейной части характеристики транзистора, то ток…

Одностабильный мультивибратор

В промышленной электронике, радиолокационных и вычис­лительных устройствах часто применяются импульсные устрой­ства, которые после их запуска… Схема транзисторного одностабильного мультивибратора изображена на рис. 13.4.…

Триггер Шмитта

Триггер Шмитта представляет собой бистабильную схему, переключение которой зависит от амплитуды запускающих им­пульсов Такие схемы успешно… Рис. 13.5. Триггер Шмитта.

Селектор синхроимпульсов

Телевизионное изображение передается при помощи сигна­лов, представляющих собой комбинацию сигналов изображе­ния, синхросигналов и бланкирующих… Рис. 13.6. Схема селектора синхроимпульсов.

Индикатор настройки

В высококачественных приемниках с целью индикации уси­ления принятого сигнала или для облегчения точной настройки применяется измеритель (индикатор)…  

Система переключения рода работы магнитофона

В магнитофонах кассетного или катушечного типа для пе­реключения рода работы «Воспроизведение» или «Запись» ис­пользуется система, показанная на… Переключение должно производиться и на выходе магнито­фона. Выход должен…

Схема гашения

 

В цветных телевизионных приемниках управление полосо­вым усилителем осуществляется сигналами цветности и требу­ется, чтобы синхроимпульсы не проходили через этот усилитель и не попадали на кинескоп, иначе они вызовут искажение изо­бражения. Поэтому в приемнике должна быть предусмотрена схема гашения. Типичная схема гашения, в которой использова­ны транзисторы n — р — n-типа, изображена на рис. 13.9. В этой схеме на базу запирающего транзистора с выходного трансфор­матора строчной развертки подаются импульсные сигналы, ко­торые периодически создают на базе положительное смещение, в результате чего транзистор открывается во время действия импульса. Эмиттер транзистора полосового усилителя подклю­чен к земле через резистор R4- Поэтому с приходом на базу импульса гашения транзистор открывается и ток, протекающий через резистор R₄, возрастает. В .результате падение напряже­ния на резисторе R₄ увеличивается; его полярность указана на рисунке. Поэтому прямое смещение на транзисторе полосового усилителя уменьшается настолько, что транзистор закрывается. Так как описанное бланкирование полосового усилителя осу­ществляется во время прихода синхроимпульсов, то последние не проходят на выход усилителя и, следовательно, не подаются на кинескоп.

Рис. 13.9. Схема гашения и фиксации.

Система переключения AM- и ЧМ-сигналов в стереоприемнике

В стереоприемнике обеспечивается возможность переключе­ния с приема амплитудно-модулированных сигналов на прием сигналов с частотной модуляцией.… Различные соединения, выполняемые при переключении, по­казаны на рис. 13.10.… Выходы правого и левого усилителей, подключенные к гром­коговорителям, могут, кроме того, присоединяться к головным…

Системы управления

Сервомеханизмы и сельсины широко применяются в различ­ных электронных устройствах в качестве дистанционных датчи­ков механических величин, для…

Рис. 13.10. Система переключения AM- и ЧМ-сигналое в стереоприемнике.

 

Электромеханические системы управления бывают двух ти­пов: разомкнутые и замкнутые. Система разомкнутого типа — это электрические и механические устройства, соединенные меж­ду собой образующие законченную систему, предназначенную для выполнения определенной функции при лодаче соответст­вующей команды. Таким образом, электрическую стиральную машину или электросушитель можно рассматривать как разомк­нутую систему. Например, в электросушителе при нажатии кнопки производится включение схемы и начинается выполнение механических операций. Степень нагрева и время сушки уста­навливаются заранее. Система устроена таким образом, что по окончании заданного времени она автоматически отключается. Бытовые нагревательные приборы, регулируемые при помощи термостатов, можно рассматривать как замкнутые системы уп­равления. Здесь термостат является датчиком отклонения тем­пературы от некоторого заданного уровня. При отклонении тем­пературы от заданного уровня автоматически включается на­греватель, температура повышается до заданного уровня, после чего система выключается.

Сервомеханизм можно определить как систему управления замкнутого типа, в которой элементом управления является по­ложение стрелки, рычага или стержня. Сервомеханизм, или следящая система, используется в радиолокационной станции, где управляемым элементом является механическое положение антенны. Еще одним примером применения сервомеханизма яв­ляется цветная печать, где объектом управления является поло­жение бумаги, необходимое для получения правильного отпе­чатка. Сервомеханизмы применяются также для управления давлением жидкости в трубопроводе, осуществляемого измене­нием положения клапана, регулирующего давление.

Сельсины представляют собой устройства, преобразующие механические величины в электрические сигналы, которые пере­даются по проводам и затем опять преобразуются в механиче­ские величины. На практике применение сервомеханизмав и сельсинов взаимно связано. Основные схемы указанных меха­низмов рассматриваются в настоящей главе.

Сельсины

Сельсины — это устройства, похожие на небольшие электро­двигатели, но в отличие от последних не вращающиеся непре­рывно при подаче на них… Сельсины благодаря их передаточным характеристикам мож­но использовать для… Сельсины бывают трех основных типов. Сельсины, которые вырабатывают сигнал посредством изменения угла поворота,…

Дифференциальные сельсины

Дифференциальные сельсины позволяют зафиксировать угол поворота вала, который является разностью углов поворота валов двух других сельсинов. В такой… Схематическое изображение дифференциального сельсина показано на рис. 13.12,… Схема, показанная на рис. 13.12,6, применяется в случае, когда управление сельсин-приемником осуществляется от двух…

Электромашинный усилитель — амплидин

Амплидин применяется в сервомеханизмах и в промышлен­ных электронных установках для усиления относительно слабой электрической энергии, подводимой к… Генератор постоянного тока можно рассматривать как уси­лительное устройство,… Коэффициент усиления амплидина существенно превышает усиление, которое можно получить в случае, когда энергия с одного…

Схемы с фотоэлементами

Светочувствительные фотоэлементы весьма широко исполь­зуются во всех областях электроники для преобразования света в электрические сигналы. Они… Фотоэлементы бывают двух типов: на основе фотоэлектриче­ского и… Фотоэлементы изготовляют разнообразных типов: в виде ва­куумных или газонаполненных ламп, полупроводниковых дио­дов…

Основные измерительные схемы

Применяемая в вольтметре схема, обеспечивающая измере­ние напряжений разных диапазонов, показана на рис. 13.15, а. В качестве основного измерителя в… Величину сопротивления последовательного резистора, тре­буемую для измерения в… Rн = R„(R-1), (13.1)

Глава 14

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Особенности интегральных схем

Интегральные схемы (ИС) представляют собой микроми­ниатюрные устройства из полупроводниковых элементов, та­ких, как транзисторы, резисторы и диоды.… Интегральные схемы могут содержать сотни элементов весь­ма малой площади,… Часть ИС, показанная на рис. 14.1, а, содержит два резисто­ра, конденсатор, транзистор и межэлементные соединения и…

Применение интегральных схем в модулях

Типичная схема модуля, показанная на рис. 14.2, содержит УПЧ звука, детектор и выходной звуковой усилитель. На кор­пусе такого модуля обычно имеется… Схема, изображенная на рис. 14.2, может быть схемой мо­дуля обработки звуковых… Как показано на рис. 14.2, для обеспечения работы ИС ис­пользуются внешние резисторы и конденсаторы. В тех случаях,…

Многоэмиттерные транзисторы в схемах ТТЛ-типа

 

В интегральных логических схемах часто используются мно-гоэмиттерные транзисторы (МЭТ) (рис. 14.4, а). Такие транзи­сторы удобно применять для многовходовых логических венти­лей, так как это упрощает процесс изготовления интегральных схем. Применение многоэмиттерного транзистора в схеме логи­ческого вентиля показано на рис. 14.4,6. Здесь три эмиттера транзистора Т₁ n — р — n-типа являются входными зажимами схемы. Транзистор Т₂ инвертирует сигнал, поэтому оба транзи­стора T₁ и Т₂ формируют логику отрицания. Эта схема пред­ставляет транзисторно-транзисторный логический (ТТЛ) вен­тиль типа И-НЕ (см. гл. 8).

Оба транзистора — в схеме n — р — n-типа, поэтому при работе в нормальном (неинверсном) режиме прямое смещение на базе имеет положительную полярность относительно эмиттера.

На базу МЭТ через резистор R₁ подается положительный потенциал (несколько вольт). При подаче хотя бы на один из входов МЭТ отрицательного или даже небольшого положитель­ного потенциала (не более — 0,5 В) эмиттерный ток МЭТ почти равен току базы МЭТ, а ток базы транзистора Т₂ практически равен нулю, и транзистор Т₂ заперт. Если же на все входы МЭТ будут поданы положительные потенциалы выше 1 — 2 В, то токи эмиттеров МЭТ становятся практически равными нулю, а ток базы МЭТ оказывается равным току базы транзистора Т₂.

Рис. 14.4 Многоэмиттерный транзистор fa) и логическая схема ТТЛ-типа на его основе (б).

 

В этом случае транзистор T₂ открыт и находится в состоянии насыщения. Выходной каскад на транзисторе Т₂ работает как инвертор, а МЭТ выполняет функции логической схемы И.

Применение многоэмиттерных транзисторов и логических устройств ТТЛ-типа позволяет минимизировать число элемен­тов, составляющих интегральную схему. Использование непо­средственной связи между транзисторами исключает примене­ние переходного конденсатора, способствует повышению быст­родействия и помехоустойчивости логической схемы этого типа, выполняющей логическую функцию И-НЕ. Иногда применяют многоэмиттерные транзисторы с четырьмя-пятью входами, но большее число эмиттеров приводит к снижению помехоустойчи­вости схемы.

 

Интегральные схемы с дополняющими МОП-транзисторами

Схемы с дополняющими МОП-транзисторами представляют собой специальный тип интегральных схем и были впервые раз­работаны фирмой RCA. Термин «МОП»… Рис. 14.5. Интегральные схемы с дополняющими МОП-транзисторами.

Логические схемы инжекционного типа

Термин «интегральные логические схемы инжекционного ти­па» (схемы инжекционной логики — PL) относится к интеграль­ным схемам, достоинства которых… Важной характеристикой инжекционных схем является уни­версальность их… Инжекционные схемы, включающие два дополняющих тран­зистора, выполняют роль вентиля (рис. 14.6, а). Многоколлек­торный…

Схема вентиля ИЛИ-НЕ инжекционного типа

 

На рис. 14.7 изображена схема логического двухвходового вентиля ИЛИ-НЕ. Схема имеет два выхода, один из которых является выходом с отрицанием (ИЛИ-НЕ), а второй выход — неинвертированный (ИЛИ). В таком вентиле использованы три схемы инжекционного типа, а источники постоянного тока об­разованы инжекционными транзисторами, являющимися неотъ­емлемой частью интегральной схемы.

Коллекторы каждой из входных инжекционных схем соеди­нены между собой перекрестно, т. е. верхний коллектор схе­мы А соединен с нижним коллектором схемы В и наоборот. Вы­ход схемы А подан на базу дополнительной инжекционной схе­мы, которая является инвертором. Благодаря этому при подаче сигнала на вход А на выходе этой схемы он инвертируется; вто­рая схема инвертирует сигнал вторично и возвращает его в ис­ходное состояние. Когда же сигнал подается на вход В, то он инвертируется только один раз, и поэтому полярность сигнала на выходе окажется противоположной сигналу на входе.

Рис. 14.8. Схема фиксации с диодами Шоттки.

 

При подаче сигнала на вход А он появляется на выходе пос­ле второго инвертора в неинвертированном виде. Однако с пер­вой инжекционной схемы этот же сигнал подается и на выход нижней схемы, а так как здесь он не подвергается повторной операции инвертирования, на нижнем выходе вентиля сигнал появляется в инвертированном виде (А).

Аналогичным образом при подаче импульса на вход В на нижнем коллекторе схемы и на выходе он появится в инвертиро­ванном виде (В). Выходной сигнал с верхнего коллектора ниж­ней схемы подается одновременно на верхнюю схему и выход­ной инвертор. Следовательно, на верхнем выходе этот сигнал появится в неинвертированном виде. Таким образом, выходные сигналы в такой схеме появляются в случае подачи сигнала ИЛИ на вход Л, ИЛИ на вход В, ИЛИ на оба входа вместе, а выходной сигнал получается как в инвертированном, так и в неинвертированном виде. Путем добавления других схем, ана­логичных показанной на рис. 14.7, можно получить схему с большим числом входов и выходов.

 

Схема фиксации с диодами Шоттки

 

Для улучшения характеристик логических схем в интеграль­ной технике широко применяются специальные приборы, назы­ваемые диодами Шоттки.

Эти диоды выполняют функции переключения с значительно более высокой скоростью, чем обычные диоды. Кроме того, бла­годаря небольшому падению напряжения на диодах Шоттки по­тери мощности в таких диодах минимальны. Условное изобра­жение диодов Шоттки (рис. 14.8) отличается от принятого для

обычных диодов.

В схеме на рис. 14.8 диоды Шоттки используются для фик­сации выходных сигналов вентилей инжекционного типа. Эти диоды ограничивают амплитуду сигналов, подаваемых на вход логических схем, и уменьшают время переключения, которое имело бы место при чрезмерно большой амплитуде сигналов. Применение фиксирующих диодов Шоттки позволяет увеличить скорость переключения инжекционного вентиля примерно в 5 — 6 раз. Приведенная на рисунке схема применяется в вентилях инжекционного типа фирмы IBM для уменьшения амплитуд сигналов, превышающих 500 мВ, до уровня 150 — 300 мВ.

Глава 15

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕДАЮЩИХ И ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

 

Передатчик АМ-сигналов

 

 

Рис. 15.1. Блок-схема передатчика с A.M.

 

Схема передающего устройства, показанная на рис. 15.1, применяется для генерирования АМ-сигналов, которые переда­ются в широковещательных радиосистемах. (Соответствующий приемник АМ-сигналов рассмотрен в разд. 15.5). Как показано на рис. 15.1, высокочастотный генератор с кварцевой стабили­зацией генерирует колебания несущей частоты. С выхода гене­ратора колебания подаются на стандартный буферный усили­тель класса С или умножитель частоты, после чего амплитуда и частота сигнала принимают такие значения, которые требу­ются для управления высокочастотным усилителем мощности. Сигналы с микрофона, звукоснимателя или магнитофона пода­ются на предварительный усилитель. Далее для повышения амплитуды сигнала применяются звуковой усилитель и выход­ной усилитель мощности, с выхода которого сигнал использу­ется для модуляции несущей (более подробно см. гл. 6).

Если сигнал с модулирующего усилителя класса С подается непосредственно в антенну, как показано на рисунке, то такую схему называют схемой модуляции на высоком уровне мощно­сти (модуляция осуществляется при наибольшей мощности не­сущей). Если же после модулятора используется линейный уси­литель класса В (показан штриховой линией), выход которого присоединяется к антенне, тогда имеет место схема модуляции на низком уровне мощности (модуляция производится при наи­меньшей мощности несущей).

В результате амплитудной модуляции для каждого сигнала звуковой частоты образуются сигналы верхней и нижней боко­вых частот. Таким образом, если несущая частота 100 кГц мо­дулируется сигналом частотой 1000 Гц, то образуются сигналы с частотами 101 и 99 кГц. Это сигналы боковых полос, и вме­сте с несущей они образуют сложный радиосигнал, амплитуда высокочастотных колебаний которого изменяется с частотой мо­дулирующего звукового сигнала. Так как боковые составляю­щие отстоят от несущей на частоту модулирующего сигнала, то при большей частоте модулирующего сигнала боковые составляющие будут дальше отстоять от несущей частоты, и, следова­тельно, для передачи и приема будет требоваться более широ­кая полоса частот.

 

Одноканальный передатчик с ЧМ

Существует несколько методов получения ЧМ-сигналов, Блок-схема передатчика с непосредственной частотной модуля­цией приведена на рис. 15.2.… Поскольку частота несущей непрерывно изменяется в про­цессе частотной…

Многоканальный передатчик с ЧМ

Как было показано ранее в разд. 6.4, в радиовещательных ЧМ-системах 100%-ная модуляция определяется как девиация частоты по 75 кГц в обе стороны от… В системах высокого качества модулирующие звуковые сиг­налы обычно находятся в…  

Телевизионный передатчик

В телевидении изображение передается по способу ампли­тудной модуляции несущей, как и при обычной АМ-радиопере-даче. Для передачи сигналов звукового… При передаче черно-белого изображения требуется переда­вать и сигналы для… В черно-белом телевизионном приемнике задающий генера­тор вырабатывает колебания основной частоты, из которых…

Приемник АМ-сигналов

Блок-схема приемника АМ-сигналов изображена на рис. 15.6. Здесь представлена супергетеродинная схема приема, которая положена в основу большинства… Сигнал с выхода антенны через ВЧ-усилитель (см. рис. 3.4) поступает на… Гетеродин преобразователя вырабатывает колебания тре­буемой частоты, которые, смешиваясь в смесителе с принимае­мыми…

Одноканальный приемник ЧМ-сигналов

Блок-схема одноканального приемника ЧМ-сигналов изобра­жена на рис. 15.7. Эта схема аналогична схеме приемника АМ-сигналов (рис. 15.6), за… Рис. 15.7. Блок-схема одноканального приемника ЧМ-сигналов.

Многоканальный приемник ЧМ-сигналов

  Рис. 15.8. Блок-схема стереоприемника ЧМ-сигналов.

Телевизионный приемник

Основные блоки цветного телевизионного приемника показа­ны на рис. 15.9. Блоки, изображенные на рисунке двойными ли­ниями, необходимы для приема…  

М98

УДК 621.37

Мэндл М.

  В книге американского автора рассматриваются принципы построения широ кого… Для широких кругов читателей, имеющих дело с импульсной техникой, тех­никой связи, автоматикой и телемеханикой.

ББК 32.852

М--------------инф.письмо 6Ф0.32

041(01)-85

Редакция литературы по информатике и электронике

© 1978 Prentice-Hall, Inc.

© перевод на русский язык, «Мир», 1985, 1980

 

Матью Мэндл

200 ИЗБРАННЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРОНИКИ

 

Старший научный редактор Л. П. Якименко

Младший научный редактор Е. П. Орлова

Художник Т. С. Андреева

Художественный редактор Н. М. Иванов

Технический редактор И. М. Кренделева

Корректоры Л. В. Байкова, Г. С. Заерко, Н. Н. Яковлева

ИБ № 5923

 

Сдано в набор 16.05.85. Подписано к печати 29.10.85. Формат 60Х90 1/1б. Бумага типографская N 1. Гарнитура латинская. Печать высокая. Объем 11,00 бум. л. Усл. печ. л. 22,00. Уч.-изд. л. 21 93 Усл. кр.-отт. 22,00. Изд. № 6/4453. Тираж 30000 экз. Зак. 1137. Цена 1 р. 90 к.

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» Москва, 1-й Рижский пер., 2. Московская типография № 11 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Москва, 113105, Нагатинская ул., д. 1.

 

OCR Pirat