Нелинейной зависимостью

Однотактный усилитель-ограничитель ( 3.14а) применяется, например, в аппаратуре ТТ-48. Первые два каскада усилителя (транзисторы Т1 и Т2) осуществляют предварительное усиление сигнала. Для стабилизации работы эти каскады охвачены нелинейной отрицательной обратной связью через диоды Д1 и Д2. Эмит-терный повторитель (ТЗ) является усилителем мощности. Все три каскада предварительного усиления работают в линейном режиме с жестко фиксированными рабочими точками по постоянному току. Собственно ограничителем является балансный каскад (транзисторы Т4 и Т5). Применение балансной схемы позволяет получить высокую степень симметричности ограничения положительных и •отрицательных полуволн синусоидальных колебаний при изменении температуры окружающей среды. Режим работы выходного каскада подобран так, что уровень на его выходе остается постоянным даже при значительных изменениях уровня сигнала на входе усилителя-ограничителя (в пределах от +8>7 до —17,4 дБ относитель-

Эквивалентная схема туннельного диода, соответствующая падающему участку характгристики, представляет собой параллельное соединение нелинейной отрицательной проводимости диода G (и), зависящей от приложенного к нему напряжения и и емкости Сд /?-«-перехода (р>ис. 13.15,6).

Ключевой каскад с цепью нелинейной отрицательной обратной связи. Рассмотренные схемы ключевых каскадов, обладая существенным достоинством — большим, приближающимся к единице коэффициентом использования питающего напряжения /С„, в то же время имеют и недостаток — большую задержку выключения. В ключевых каскадах с форсирующим конденсатором (см. 3.89) этот недостаток только ослаблен, но не устранен, так как перед выключением /б > /бн, и выключение, как и в других схемах, начинается с этапа рассасывания неосновных носителей. Этап рассасывания, а следовательно, и задержку включения можно было бы устранить, если создать транзистору во включенном состоянии не насыщенный, а активный режим работы. Однако непосредственное использование активного режима транзистора в схеме 3.81 вызывает новые трудности. Дело в том, что в активном режиме транзистора /н = В/в. Остаточное напряжение на выходе включенного каскада U К9 Ост = = — (Е — /к^к)- Остаточное напряжение может быть значительным, ^кэ ост! > ?/кн» что приводит к уменьшению амплитуды выходного импульса и снижению коэффициента /Си. Но этот недостаток не единственный. Более существен тот факт, что UK3 OCT зависит от коэффициента усиления В транзистора. Если отпирающий ток /б, создаваемый входным источником ывх(0> неизменен, то ток /к — = В/в оказывается прямо пропорционален В. Соответственно напряжение икз ост = — (Е — B/6RK) будет тем меньше, чем больше В. Так как разброс значений В биполярных транзисторов велик, то повторяемость выходных параметров ключевого каскада оказывается неудовлетворительной. Даже в том случае, когда осуществляется индивидуальная подстройка режимов каскадов по уровню U кэ ост, например за счет регулировки включающего тока /б путем подбора значений RQ, что само по себе крайне нежелательно при серийном производстве аппаратуры, температурные отклонения В приведут к разбросу значений (Укэ Оот и V 'т в заданном диапазоне температур. Поэтому ненасыщенный режим транзистора в простейшей схеме включения ( 3.81) обычно не используют, а применяют каскады с дополнительными цепями обратной связи, стабилизирующими выходное напряжение в широком диапазоне изменения В. Для повышения значений коэффициента Ка остаточное напряжение на выходе вклю-

Принципиальная схема ключевого каскада на ненасыщенном транзисторе с цепью нелинейной отрицательной обратной связи показана

Триггер, использующий ключевые каскады с нелинейной отрицательной обратной связью ( 5.34). Благодаря использованию ключевых каскадов с ненасыщающимися во включенном состоянии транзисторами (см. §3.2) в составе временных интервалов, определяющих время задержки срабатывания триггера при переключении, отсутствует время рассасывания tf. Вследствие этого время задержки срабатывания триггера и общее время его переключения уменьшаются, т. е. триггер имеет большее быстродействие. Поскольку энергия запускающего импульса на рассасывание избыточного заряда неосновных носителей в базе включенного, транзистора не расходуется, такой триггер имеет повышенную чувствительность к запускающим импульсам по сравнению со схемой 5.15.

Ключевой каскад с цепью нелинейной отрицательной обратной связи. Рассмотренные схемы ключевых каскадов, обладая существенным достоинством— большим, приближающимся к единице коэффициентом использования питающего напряжения /Си, в то же время имеют и недостаток— большую задержку выключения. В ключевых каскадах с форсирующей емкостью (см. 3.95) этот недостаток только ослаблен, но не устранен, так как перед выключением /6 > /6н, и выключение, как и в других схемах, начинается с этапа рассасывания неосновных носителей. Этап рассасывания, а следовательно, и задержку выключения можно было бы устранить, если создать транзистору во включенном состоянии не насыщенный, а активный режим работы. Однако недосред-ственное использование активного режима транзистора в схеме 3.87 вызывает новые трудности. Дело в том, что в активном режиме транзистора 1К = В16. Остаточное .напряжение на выходе включенного каскада ?/кэ_ ост = — (Е — /к/?к). Остаточное напряжение может быть значительным, ?/кэ. осг > UKI, \, что приводит к уменьшению амплитуды выходного импульса и снижению коэффициента /Си, Но этот недостаток не единственный. Более существен тот факт, что UK3 осг зависит от коэффициента усиления В транзистора. Если отпирающий ток /б, создаваемый входным источником мвх (/), неизменен, то ток /к = В16 оказывается прямо пропорционален В. Соответственно напряжение ?/кэ.осг = — (Е — BI6RR) будет тем меньше, чем больше В. Так как разброс значений В биполярных транзисторов весьма велик, повторяемость выходных параметров ключевого каскада оказывается неудовлетворительной.

Принципиальная схема ключевого каскада на ненасыщенном транзисторе с цепью нелинейной отрицательной обратной связи показана на 3.96. В Рис-базовую цепь транзистора Т последовательно с 7?б включен дополнительный источник постоянного напряжения (батарея) ?0. Напряжение Е0 мало — порядка 1-В. Между отрицательной клеммой этой батареи и коллектором Т включен диод нелинейной обратной связи Д. Входной сигнал мвх(/), как и в схеме 3.87, биполярный, имеющий форму меандрового напряжения с амплитудой каждой из полуволн ?t.

На этапе возбуждения колебаний основную роль играет цепь положительной обратной связи. Эта цепь определяет условие возбуждения колебаний, их частоту и скорость нарастания амплитуды. После возникновения колебаний их амплитуда нарастает до тех пор, пока действие нелинейной отрицательной обратной связи не ограничит их рост.

Эквивалентная схема туннельного диода, соответствующая падающему участку характеристики, представляет собой параллельное соединение нелинейной отрицательной проводимости диода G (и), зависящей от приложенного к нему напряжения и и емкости Сд р-и-перехода ( 13.15,6).

За счет комбинации обратных связей возможно формирование различных механических характеристик ЭП. Так, при отрицательной обратной связи по напряжению УП (ключ К1 на 58.9 замкнут) и нелинейной отрицательной обратной связи по току (на 58.9 замкнут ключ К4) формируются два участка механической характеристики двигателя

Подобные характеристики могут быть получены и при совместном применении отрицательной обратной связи по скорости и нелинейной отрицательной обратной связи по току (на 58.9 замыкаются ключи Ю. и К4). Для участка II, где обратные связи противодействуют друг другу, уравнение механической характеристики ЭП в замкнутой системе управления имеет вид:

На 8.1 показана эквивалентная схема генератора с отрицательной проводимостью, состоящая из параллельного LC-контура с проводимостью потерь GL, шунтированного нелинейной отрицательной проводимостью —G (G — положительно). Когда G>GL, схема неустойчива и внутренний шум сие-

Если в. а. х. обмотки, питаемой постоянным током, предста-вляютсобой прямую линию, то в. а. х. о'бмотки, питаемой переменным током, существенно нелинейны. Последнее объясняется тем. что магнитный поток Фт связан с напряжением U^ линейной зависимостью, а с током 1„,ах — нелинейной зависимостью.

В первую очередь обратим внимание на несинусоидальность формы кривой тока, что определяется нелинейной зависимостью потока от тока, выраженной динамической петлей. Форма кривой тока тем больше отличается от синусоиды, чем больше отклоняется от прямой форма динамической петли. По мере увеличения амплитуды синусои-

Ферромагнетики обладают большими положительными значениями i (до сотен тысяч и миллионов) и сложной нелинейной зависимостью ее от температуры и внешнего поля, т. е. характерной особенностью ферромагнетиков является способность сильно намагничиваться даже при обычных температурах в слабых полях. Вторая их особенность состоит в том, что выше определенной температуры, называемой точкой Кюри 6, ферромагнитное состояние переходит в парамагнитное.

Методы, основанные на законах Кирхгофа в виде ? / = 0 и ? U = О, используют для расчета нелинейных цепей. Методы и принципы, основанные на пропорциональности напряжения току (закон Ома), неприменимы для расчета нелинейных цепей. При этом вместо закона Ома необходимо пользоваться нелинейной зависимостью U = U(I).

а следовательно, и магнитная индукция изменяются во времени по синусоидальному закону. Несинусоидальность тока связана с нелинейной зависимостью Ф(/). На 7.9 по точкам 0-4 построена зависимость »(0. соответствующая синусоидальному потоку Фст и учитывающая гистерезисный характер Ф (i). Помимо несинусоидальности тока имеет место также сдвиг во времени моментов прохождения через нуль тока и магнитного потока. Ток обращается в нуль раньше, чем магнитный поток.

Непосредственное применение собственных полупроводников несколько ограничивается вследствие высоких удельных сопротивлений, а также нелинейной зависимостью от температуры.

Входная характеристика транзистора при 1/к , = 0 совпадает с прямой ветвью характеристики полупроводникового диода ( 3.5,6). Практически эта характеристика обусловлена нелинейной зависимостью напряжения на прямо-смещенном переходе база—эмиттер от сквозного тока (/ Q = / э) при отключенном коллекторе. .

К наиболее распространенным активным полупроводниковым элементам СВЧ можно отнести транзисторы, диоды с отрицательным сопротивлением различных типов: диоды Ганна (ДГ), лавинно-пролетные диоды (ЛПД), диоды с переносом заряда (ДПЗ), а также диоды с нелинейной зависимостью емкости />-и-перехода от напряжения, например параметрические диоды, варакторы и диоды с накоплением заряда. В диапазоне СВЧ мощность активных полупроводниковых приборов и узлов с увеличением частоты уменьшается пропорционально отношению максимальной частоты /max к квадрату действующей частоты /: /max//2. Так, для транзисторов при /-500МГц Р=100Вт; при 3 ГГц Р = 5 Вт; при 5ГГц Р=\ Вт ( 7.16). При этом уменьшается и КПД: при/=30...300 МГц он составляет 60...70%, при /=0,3...3 ГГц 30...50%; при /=З...ЗОГГц 5...20%. Уменьшение мощности и КПД с увеличением частоты объясняется влиянием реактивных параметров полупроводниковой структуры. Уменьшение КПД требует интенсификации теплоотвода. Конструктивные особенности полупроводниковых СВЧ-элемен-тов иллюстрирует 7.17. Характерными для них являются хороший теплоотвод за счет использования в конструкции корпуса металла или керамики (22ХС, брокерит-9), большая площадь теплового контакта (в частности, благодаря использованию резьбовых стержней на корпусе), минимальные активные и реактивные сопротивления выводов и межвыводных паразитных параметров благодаря уменьшению их длины (шариковые и балочные выводы, бескорпусное исполнение). Планарные внешние выводы хорошо согласуются с МПЛ по волновым параметрам.

К нелинейным электрическим цепям постоянного тока относятся электрические цепи, содержащие нелинейные сопротивления, обладающие нелинейными вольт-амперными характеристиками / (U), т. е. нелинейной зависимостью тока от приложенного к нелинейному сопротивлению напряжения.

В параметрических стабилизаторах напряжения используется полупроводниковый прибор с резко нелинейной зависимостью между током и напряжением — кремниевый стабилитрон. Стабилитрон включается таким образом, чтобы при колебаниях входного напряжения выходное напряжение практически не изменялось ( 172). Стабилитрон подключается параллельно нагрузочному резистору RH, на котором необходимо тгаддерживать постоянное напряжение. В неразветвленную цепь •схемы последовательно со стабилитроном включен балластный резистор Re, по которому проходит ток 1\ = /Ст + /н. Стабилитрон работает в области пробоя, и рабочая точка в режиме стабилизации перемещается в пределах всего рабочего участка характеристики от /CTmin до /сттах ( 173). Так как характеристика стабилитрона почти параллельна оси токов, то и на-.пряжение на нагрузке практически не изменяется.

В области /// происходит непрерывное увеличение угловой скорости диска по сравнению с необходимой скоростью. Это обусловлено нелинейной зависимостью между током / и потоком Ф/ на начальном участке' кривой намагничивания материала магнитопро-вода токовой цепи.