Электротехника и электроника (стр. 19 )

Отбор энергии от модулированного по плотности электронного пучка осуществляется теми же устройствами, что и модуляция пучка по плотности. На рисунке 6 показана схема, поясняющая применение метода кратковременного взаимодействия при отборе энергии от сгустков электронов.

В данном случае к зазору, через который пролетают сгустки электронов, подключается активное сопротивление нагрузки Rн. При прохождении сгустков электронов через зазор во внешней цепи возникает наведенный ток. Проходя по Rн, наведенный ток создает на нем падение напряжения с полярностью, обозначенной на рисунке 6. Электрод, по направлению к которому двигаются электронные сгустки, оказывается под отрицательным потенциалом. Внутри зазора в момент прохождения электрона или сгустка автоматически создается тормозящее электрическое поле. Скорость электронов уменьшается, и часть высвободившейся кинетической энергии электронов сгустка преобразуется в энергию, выделяемую на нагрузке

Rн. После прохождения зазора электроны попадают на коллектор, где остаток их кинетической энергии превращается в тепло.

На рисунке 7 показана схема, поясняющая применение метода длительного взаимодействия при отборе энергии от сгустков электронов.

В этом случае для эффективного взаимодействия с энергией электронного пучка электромагнитному полю необходимо, чтобы фазовая скорость υф электромагнитной волны была несколько меньше скорости υe электронного потока. При этом условии сгусток электронов попадает в область тормозящего поля бегущей волны. В результате торможения сгустка происходит передача его энергии высокочастотному полю. После того, как скорости поля и сгустков сравняются, электроны попадают на коллектор, где остаток их кинетической энергии преобразуется в тепло, нагревающее коллектор.

Выводы:

1. Для возникновения колебаний в автогенераторе необходимо обеспечить наличие положительно обратной связи.

2. Для возникновения колебаний в автогенераторе необходимы выполнение двух условий: баланса фаз и баланса амплитуд.

3. В генераторах на полупроводниковых диодах используется отрицательное дифференциальное сопротивление диода.

4. В электровакуумных приборах с динамическим управлением электронным потоком нашли применение два способа: способ длительного взаимодействия электронного потока с полем электромагнитной волны и способ кратковременного взаимодействия

4.3 Элементы импульсной техники (на самостоятельное изучение)

Импульсная техника является одной из составных частей радиоэлектроники и служит, в частности, базой радиолокации, радионавигации, телевидения, многоканальной связи, радиоэлектронной борьбы.

В качестве элементов импульсной техники рассмотрим: сигналы, элементную базу и устройства импульсной техники.

1. Основными сигналами, применяемыми в импульсной технике, являются электрические импульсы. Дадим их определение.

Определение. Электрическим импульсом называется отклонение напряжения или тока от некоторого постоянного уровня, наблюдаемое в течение времени, меньшего или сравнимого с длительностью переходных процессов в схеме. Существуют два вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Радиоимпульсы более подробно вы будете изучать в курсе дисциплин «Радиотехнические цепи и сигналы», «Прием и обработка сигналов» и «Формирование и передача сигналов». Сейчас же мы остановимся только на рассмотрении видеоимпульсов.

Видеоимпульсы получают при коммутации цепи постоянного тока. Наиболее часто (демонстрируется слайд) используют видеоимпульсы прямоугольной, трапецеидальной, экспоненциальной (остроконечной), пилообразной и треугольной форм. Различают видеоимпульсы положительной и отрицательной полярности, а также двусторонние – разнополярные импульсы (рисунок 1). Следует отметить, что реальные импульсы не имеют формы, строго соответствующей названию.

   

       а)        б)        в)

   

               г)        д)        е)

       Рисунок 1. Видеоимпульсы, а) прямоугольный, б) трапецеидальный,

в) экспоненциальный г) пилообразный, д) треугольный, е) разнополярные импульсы

Любой видеоимпульс характеризуется набором параметров. Наиболее часто для общей характеристики видеоимпульсов используют следующие параметры:

амплитуда Um (Im) – это наибольшее значение напряжения или тока импульса данной формы; период повторения импульсов Т – промежуток времени между началами двух соседних однополярных импульсов; длительность импульса τи – промежуток времени, измеренный обычно на уровне, соответствующем половине амплитуды.

2. Элементная база современных импульсных устройств состоит из:

дискретных элементов (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, полупроводниковые элементы); микросхем.

Все микросхемы разделяются на аналоговые и цифровые. Цифровые микросхемы более подробно будут рассмотрены нами в рамках следующей лекции, а также в курсе дисциплины «Бортовые вычислительные машины».

Аналоговые микросхемы бывают как специализированные, так и универсальные.

На специализированной микросхеме может быть собран узел или устройство только определенного типа (например, генератор прямоугольных импульсов). Универсальные же микросхемы можно использовать для построения различных устройств и узлов. К универсальным микросхемам относятся операционные усилители и компараторы.

Вопрос аудитории: Что называется операционным усилителем?

Ответ: Операционным усилителем называется …

Компаратором называется устройство электронной техники, предназначенное для сравнения двух аналоговых сигналов, один из которых называют опорным, а другой – измеряемым или входным. В момент равенства сигналов напряжение на выходе компаратора резко изменяется.

3. Устройством импульсной техники называется совокупность определенным образом соединенных между собой электрорадиоэлементов, обеспечивающих заданное действие над сигналом и объединенных в законченную конструкцию. К устройствам импульсной техники относятся:

Импульсные усилители и ключи. Импульсные усилители обеспечивают усиление импульсов с допустимыми искажениями их формы, а ключевые каскады используются для коммутации электрических цепей.

Формирователи импульсов обеспечивают формирование напряжения одной формы из напряжения другой. С помощью формирователей получают остроконечные и пилообразные импульсы, импульсы трапецеидальной формы, короткие прямоугольные импульсы, импульсы обратной полярности и так далее. В качестве формирователей применяют:

дифференцирующие цепи или цепи, преобразующие сигнал f1(t) в сигнал f2(t) согласно выражению: . Дифференцирующие цепи используются для укорочения или обострения формы импульса. интегрирующие цепи или цепи, преобразующие сигнал f1(t) в сигнал f2(t) согласно выражению: . Интегрирующие цепи используются для удлинения или сглаживания формы импульса. ограничители амплитуды. Ограничителями амплитуды называются устройства, напряжение на выходе которых uвых пропорционально входному напряжению uвх до тех пор, пока последнее не достигает некоторого уровня, называемого порогом ограничения. После этого uвых остается постоянным, несмотря на изменение uвх. Различают ограничение сверху, снизу и двухстороннее. На рисунке 2 показано двухстороннее ограничение сигнала.

Как видно из рисунка, ограничитель характеризуется амплитудной характеристикой. Основным условием является превышение амплитудой входного сигнала размеров линейного участка, что приводит к появлению отсечки сверху и снизу (в нашем случае).

Рисунке 2. Двухстороннее ограничение входного сигнала

Наибольшее применение ограничители амплитуды нашли в устройствах, в которых не требуется знание амплитуды сигнала. Например, в радиоприемных и радиопередающих устройствах при работе с частотно модулированным сигналом для подавления паразитной амплитудной модуляции.

Импульсные автогенераторные устройства. К ним относятся: мультивибраторы, одновибраторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения. Все эти устройства наиболее подробно мы рассмотрим в следующем вопросе.

Выводы по вопросу:

1. К основным элементам импульсной техники относятся: сигналы, элементная база и устройства.

2. Наибольшее применение в импульсных устройствах нашли аналоговые микросхемы (специализированные и универсальные).

3. Устройства импульсной техники представляют собой законченное соединение электрорадиоэлементов и обеспечивающее заданное действие над сигналом.

4.4 Импульсные автогенераторные устройства

Импульсными автогенераторными устройствами называют устройства, вырабатывающие импульсы напряжения той или иной формы. Основными режимами работы импульсных генераторов являются режим автоколебаний и ждущий режим. Первый режим характерен для мультивибраторов и генераторов пилообразного напряжения, второй – для ждущих мультивибраторов. Рассмотрим каждый из них в отдельности.

4.4.1. Мультивибратор

Определение. Мультивибратором называется устройство с двумя временно устойчивыми состояниями, представляющее собой генератор импульсов напряжения прямоугольной формы.