Кроме того, за счет разброса параметров сердечников невозможно точно реализовать расчетную индуктивность и приходится подбирать число витков для каждой катушки индивидуально, что весьма неудобно при изготовлении. С учетом этих особенностей оказалось более целесообразным выполнять генераторы колебаний прямоугольной формы (меандр) с последующим (при необходимости) сглаживанием фронтов импульсов для сужения ширины спектра. Частотозадающими элементами таких генераторов являются RC-цепи, что существенно снижает их габариты и упрощает подстройку частоты.
Таким образом, все формирователи или шифраторы, как их еще называют, по каким бы схемам они не строились, призваны формировать прямоугольные импульсы, длительность или расстояние между которыми изменяются в процессе управления.
В основе работы большинства устройств, генерирующих прямоугольные импульсы, лежат процессы заряда или разряда конденсатора через некоторое сопротивление. Познакомимся с этими процессами подробнее.
Известно, что если конденсатор емкостью С подключить к источнику напряжением U через резистор сопротивлением R в некоторый момент t0, то напряжение на конденсаторе будет нарастать во времени u(t) по экспоненциальному закону u(t) = U(1 — е-t/τ). График этой зависимости для τ = τ1 изображен на рис. 2.1 (кривая 1).
Рис. 2.1. Кривые заряда конденсатора
Скорость нарастания экспоненты будет определяться так называемой постоянной времени цепи заряда τ = RC (в секундах). Считается, что конденсатор практически полностью зарядится до напряжения питания через время, равное 3τ.
Схемы генераторов импульсов строятся таким образом, что в момент t0 с помощью электронного ключа к конденсатору подключается зарядная цепь. Этот момент соответствует началу формирования импульса. Полезно отметить, что ток заряда конденсатора в первый момент времени t0 максимален и равен величине U/R, так как разряженный конденсатор для скачка тока не представляет никакого сопротивления (его можно считать короткозамкнутым). По мере заряда ток убывает по экспоненциальному закону. Нарастающее на конденсаторе напряжение сравнивают с некоторым пороговым напряжением Uпop. В момент их равенства специальная схема обрывает формируемый импульс.
Таким образом, длительность полученного импульса (рис. 2.1) будет определяться как уровнем порогового напряжения, так и наклоном экспоненты, зависящим от постоянной времени τ. В целях иллюстрации последнего утверждения кривая 3 построена для τ3 = 3τ1. Отметим, что длительность импульса определятся еще и напряжением, от которого заряжается конденсатор.
Кривые 1 и 2 соответствуют одной и той же τ1, но построены для разных напряжений источника. Длительностью вырабатываемых импульсов можно управлять, изменяя следующие параметры:
♦ напряжение, от которого заряжается конденсатор (U);
♦ уровень порогового напряжения (Unop);
♦ постоянную времени цепи заряда τ = RC.
В последнем случае несложно реализовать плавное изменение τ с помощью переменного резистора, что и делается в большинстве конструкций.
Подобно заряду, разряд конденсатора происходит также по экспоненте, только теперь она убывает: u(t) = U∙е-(t/τ).
Генераторы импульсов могут строиться как на использовании фазы заряда, так и фазы разряда конденсатора.
При любом способе управления длительностью (для обеспечения пропорциональности между варьируемым параметром и длительностью получаемых импульсов) необходимо использовать как можно более линейный участок кривой, т. е. самое начало экспоненты. Так как обычно имеются серьезные аргументы в пользу выбора значительной величины напряжения порога, необходимо использовать либо цепи с большими постоянными времени, либо увеличивать напряжения, питающие зарядно-разрядные цепи.
Последнее достигается применением на стадии формирования импульса режима перезаряда конденсатора. В самом деле, если конденсатор предварительно зарядить до напряжения U (рис. 2.2, а), а затем, поменяв местами его выводы, подключить к этому же источнику, то перезаряд будет происходить под действием удвоенного напряжения (рис. 2.2, б, кривая 2). Изложенные соображения полезно помнить при рассмотрении принципов действия конкретных формирователей, описанных ниже.