Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
напряжения (разряд конденсатора).
Если по прошествии времени, достаточного для реакции схемы на скачок
напряжения, когда vouI фактически равно V, снова уменьшить vhi до нуля,
то конденсатор разряжается через резистор, и имеет место экспоненциальный
спад напряжения, показанный на рис. 10.6.
Снова мы имеем дифференциальное уравнение:
RC^ + v0Ut=vin, (10.10)
at
и, учитывая, что vin = 0 при t = 0, a vout = V при t = 0, получаем:
vout = ^ ехр(^т}- (1011)
Когда 1 = RC,
vou, =Гехр(-1)=- = 0,37Г (е = 2,718), е
то есть vout падает на 63% спустя время, равное RC.
Время спада определяется так же, как время нарастания: это время, за
которое напряжение падает от 90% до 10% от своего первоначального уровня,
и так же, как время нарастания, tf =2,2RC.
Теперь можно совместить изображения, имеющиеся на рис. 10.5 и на рис.
10.6,
Звон 255
чтобы получить отклик исходной Л С-цеп и на последовательность
прямоугольных импульсов. Результат показан на рис. 10.7, и его можно
наблюдать экспериментально, выбрав в схеме на рис. 10.4 Л = 100 кОм и С=
1 нФ. На вход ЛС-цепи подается сигнал прямоугольной формы с выхода схемы,
приведенной на рис. 10.2, а сигнал на выходе ЛС-цепи наблюдается с
помощью осциллографа. Здесь полезен двухлучевой осциллограф, поскольку
можно сравнивать форму входного и выходного сигналов ЛС-цепи. Частота
входного сигнала в районе 500 Гц даст результат, подобный приведенному на
рис. 10.7. Время нарастания, время спада и постоянную времени можно
измерить по осциллограмме и сравнить с теоретическими значениями. График
частотной характеристики можно получить обычным образом путем построения
зависимости коэффициента усиления (201og iov0ut/vin дБ)°т частоты при
синусоидальном сигнале. Таким образом, можно экспериментально проверить
связь между верхней граничной частотой, соответствующей уровню - 3 дБ, и
временем нарастания; эксперимент можно повторить с другими значениями Л и
С.
'-I
Время
Рис. 10.7. Отклик фильтра нижних частот на последовательность
прямоугольных импульсов.
10.5 Звон
Иногда при подаче на вход усилителя прямоугольного сигнала вместо
простого увеличения времени нарастания и спада наблюдается показанный на
рис. 10.8(a) эффект "звона". Это указывает на то, что частотная
характеристика вместо монотонного спада на высоких частотах с наклоном -
6 дБ на октаву, вероятно, имеет небольшой подъем перед спадом с большей
крутизной, как показано на рис. 10.8(6). Такая характеристика может быть
в усилителе с отрицательной обратной связью, который имеет чрезмерно
большой сдвиг фазы на высоких частотах, приводящий к тому, что обратная
связь становится положительной.
Небольшая величина звона обычно не представляет серьезной опасности, пока
частота звона выше максимальной частоты, с которой будет использоваться
усилитель (например, 20 кГц для усилителей звукового диапа-
256 Импульсные сигналы и постоянные времени
(а)
v
Время -
(Ь)
/ (Ги> ->
/,
Рис. 10.8. Звон на прямоугольном сигнале (а). Типичная частотная
характеристика, приводящая к звону (Ь).
зона). Однако сильный звон требует исследования, поскольку это может быть
признаком нестабильности усилителя.
10.6 Постоянные времени и транзисторы
На рис. 10.7 время нарастания и время спада у простой ЛС-цепи одинаковы,
падающая экспонента разряда просто является инвертированной версией
нарастающей экспоненты процесса заряда. Так всегда бывает в линейных ЛС-
цепях, но очень редко бывает справедливо, когда транзистор работает в
режиме переключения, а в нагрузке присутствует значительная емкость.
На рис. 10.9 показан типичный пример транзисторного переключателя с
емкостью С, включенной в нагрузку. Если начать с запертого состояния
транзистора, то равно Vcc и емкость С заряжена до этого же напряжения.
Когда транзистор открывается, он представляет собой очень малое сопро-
о
-оов
Рис. 10.9. Переключающая схема на транзисторе (формирователь
прямоугольных сигналов) с емкостной нагрузкой.
Постоянные времени и транзисторы 257
Рис. 10.10. Форма напряжения на выходе переключающей схемы с емкостной
нагрузкой.
Рис. 10.11. Переключающая схема, использующая метод активного
вытягивания.
тивление. В зависимости от тока базы, мгновенное значение коллекторного
тока может доходить до 100 мА, так что емкость С разряжается быстро и
время спада мало.
Однако, когда транзистор запирается, он больше не участвует в работе,
поэтому конденсатор С заряжается через резистор нагрузки R с относительно
большой постоянной времени RC, и время нарастания напряжения оказывается
большим. Рис. 10.10 иллюстрирует форму напряжения, получаемого в этом
случае. Если в схеме, приведенной на рис. 10.9, емкость конденсатора С
равна 10 нФ, то эффект будет наглядно проявляться на частотах около 500
Гц. Общее правило для активных переключающих схем состоит в том, что
отпирание происходит почти всегда быстрее запирания.
На рис. 10.11 показан метод преодоления медленного запирания посредством
