2.2.5. Расчет формирователя импульсов

Формирователи импульсов (ФИ) служат для генерирования импульсов требуемой длительности. Форма импульсов на выходе ФИ чаще всего экспоненциальная или прямоугольная.

Рис. 2.8. Принципиальная схема формирователя импульсов и временные диаграммы напряжений u_вх, u_вых

Дифференцирующие цепочки (RC–цепи) служат для преобразования импульсов прямоугольной формы на входе ФИ в импульсы экспоненциальной формы требуемой длительности с крутым фронтом.

В момент подачи на вход ФИ напряжения прямоугольной формы величиной U_вх ток заряда конденсатора С имеет максимальное значение, а падение напряжения на резисторе R (напряжение на выходе ФИ) равно напряжению U_вх. Формируется импульс положительной полярности с крутым фронтом. По мере заряда конденсатора С ток заряда уменьшается, снижается падение напряжения на резисторе по экспоненте до нуля. В момент t₁ напряжение на входе ФИ уменьшается до нуля. Конденсатор С разряжается, ток разряда протекает по резистору R в противоположном направлении по отношению к направлению тока заряда. На выходе дифцепочки формируется имульс отрицательной полярности с крутым фронтом. Длительность процесса заряда и разряда конденсатора определяется постоянной времени электрической цепи R·C (рис. 2.8).

Исходными данными для расчета элементов ФИ являются входное сопротивление БВУ R_вх, напряжение на входе БВУ U_вх и длительность импульса управления t_и.

Напряжение на выходе ФИ, форма которого изображена на рис. 2.9, является напряжением на входе БВУ U_вх. Математическое выражение экспоненциальной кривой напряжения имеет вид

,

где τ = R_э·С – постоянная времени электрической цепи (рис. 2.9);

– эквивалентное активное сопротивление цепи.

Рис. 2.9. Дифференцирующая цепочка с учетом входного сопротивления БВУ и временная диаграмма напряжения

В течение времени t_и напряжение на выходе ФИ должно быть больше U_вх , то есть

.

Для того чтобы выразить постоянную времени электрической цепи через параметры импульса управления на входе БВУ, возьмем натуральный логарифм от левой и правой частей равенства:

,

.

Амплитуда импульса напряжения экспоненциальной формы U_m равна амплитуде напряжения прямоугольной формы, которое подается на вход ФИ либо с генератора прямоугольных импульсов (ГПИ) и с инвертора фазы (ИФ) в системах управления с ФСУ горизонтального принципа, либо с нуль-органа (НО) в системах с ФСУ вертикального принципа. Амплитуда импульса напряжения прямоугольной формы U_m приблизительно равна напряжению питания U_п, то есть U_m ≈ U_п. Напряжение питания U_п ГПИ и ИФ указано в задании на курсовой проект. Напряжение питания НО рекомендуется рассчитать U_п = 3∙U_у и затем принять стандартное ближайшее значение из таблицы 10П для НО на транзисторах, а для НО на операционных усилителях, U_п указано в параметрах микросхем (табл. 9.1П и 9.2П) [2, 9].

Задаваясь значением R_э, близким к R_вх БВУ, R_э = (0,9 – 0,99)·R_вх, можно рассчитать емкость конденсатора С:

.

У БВУ-549 входное сопротивление можно приближенно принять равным R_вх = R₁, а у БВУ-428 входное сопротивление R_вх = R₃ + R₄.

Из таблицы 2.7 нужно выбрать стандартную номинальную емкость конденсатора С, а из таблицы 6.1П [2] – тип конденсатора.

Величина сопротивления резистора дифференцирующей цепочки равна

.

Из таблицы 2.7 выбирается стандартное номинальное сопротивление резистора R дифференцирующей цепочки, а из таблицы 5.2П [2] – тип резистора.

Пример 2. Рассчитать и выбрать элементы формирователя импульсов (ФИ), к выходу которого соединен блокинг-генератор, рассчитанный в примере 1. Входное напряжение БВУ U_вх = 3,46 В, входное сопротивление R_вх = 3112 Ом, длительность импульса управления t_и = 30 мкС.