IMPULSNÍ TECHNIKA II.

IMPULSNÍ TECHNIKA II. OBSAH II. DÍLU Předmluva 3 7 Generáory piloviých průběhů 4 7. Paramery lineárně se měnícího napěí 4 7.2 Funkční princip generáorů piloviého napěí 5 7.3 Generáor s nabíjením kondenzáoru přes rezisor 7 7.4 Generáor se sabilizací nabíjecího proudu nelineárním odporem 8 7.5 Obvody se zpěnou vazbou 9 7.5. Boosrap 9 7.5.2 Millerův inegráor 7.5.3 Fanasron 3 7.6 Generáory piloviých proudů 5 7.7 Tranzisorový generáor piloviého proudu 7 8 Impulsní děliče kmioču 2 8. Několik poznámek k synchronizaci a dělení kmioču 22 8.2 Synchronizace impulsního generáoru násobným kmiočem 22 8.2. Synchronizace rázujícího osciláoru násobným kmiočem 22 8.2.2 Sabilizace rázujícího osciláoru rezonančním obvodem 25 8.2.3 Sabilizace mulivibráoru zpožďovacím vedením 25 8.3 Děliče s posupným sřádáním náboje 27 8.4 Děliče kmioču s monosabilním generáorem 3 8.5 Dvojkové impulsní děliče kmioču 32 8.6 Sdružená zapojení 32 9 Impulsní násobiče kmioču 34 9. Násobič kmioču s impulsně buzeným rezonančním obvodem 35 9.2 Impulsní násobiče kmioču s velkým násobielem 37 9.3 Násobiče kmioču s impulsními generáory 38 9.3. Násobiče kmioču s rázujícím generáorem 39 9.3.2 Impulsní násobiče se zpožďovacím vedením 39 9.3.3 Násobiče kmioču se servačníkovou (fázovou) synchronizací 42

2 Sabilizace kmioču impulsního generáoru krysalem 43. Symerický asabilní klopný obvod řízený krysalem 44.2 Symerický klopný obvod s krysalem paralelně k jednomu z vazebních kondenzáorů 45.3 Asabilní klopný obvod s krysalem mezi emiory 46.4 Blokovací osciláor s krysalovým rezonáorem 47 Výběr impulsních signálů 48. Výběr podle ampliudy impulsu 48.. Výběr impulsů přesahujících danou úroveň 48..2 Výběr impulsů malé ampliudy 49..3 Výběr impulsů s ampliudou v zadaných mezích 49.2 Výběr impulsů podle opakovací frekvence 5.3 Výběr impulsů podle délky 5.3. Výběr impulsů podle požadované délky 5.3.2 Výběr impulsů daného rozsahu šířky 5.3.3 Selekory impulsů kraší délky 52.3.4 Selekory impulsů věší délky 53.4 Výběr série kódovaných impulsů 55 2 Operační zesilovač v impulsních obvodech 56 2. Komparáory 57 2.2 Mulivibráory 59 2.3 Monosabilní klopný obvod 62 2.4 Generáory piloviého napěí 64 3 Uplanění impulsních obvodů v elekronických zařízeních 67 3. Číače impulsů 67 3.. Dvojkové číače s přímou vazbou 68 3..2 Číače s plněním K 2 N 7 3..3 Číače s nuceným přičíáním 7 3.2 egisry 72 3.3 Elekronické funkční jednoky 75 4 Aplikace povrchových akusických vln v elekronice 75

3 4. Úvod 75 4.2 Buzení a deekce povrchových akusických vln 75 4.3 Transverzální filr 77 4.4 ezonáory s PAV 8 4.5 ezonáorové filry 8 4.6 Osciláory s PAV 84 4.7 Dosahované hodnoy filrů s PAV 85 4.8 Využií PAV při zpracování signálů 85 4.8. Elekroakusické zesilovače 85 4.9 Akusoopika 86 4. Inerakce PAV se svělem 88 Předmluva Zaímco první díl skripa se především zabývá oázkami generování impulsních signálů, jsou ve druhém dílu vyloženy problémy prakické aplikace obvodů zpracovávajících yo signály. Je o zejména problemaika děličů a násobičů opakovacího kmioču impulsů, výběru impulsů požadovaných vlasnosí z různorodého obsahu vsupního signálu, dále jsou probrány základní druhy číačů a v neposlední řadě i oázky generování piloviých průběhů napěí a proudu, jako zvlášního druhu impulsů. Na závěr je připojena zdánlivě nesouvisející informaivní kapiola o aplikaci povrchových akusických vln (PAV) v elekronice. Byla do skripa zařazena jednak proo, že ani obvody s PAV se nevyhýbají přenosu a zpracování impulsních signálů, jednak proo, že yo produky relaivně nové echnologie, ač jsou již aplikovány i ve spořební elekronice, se dosud nedosaly do vědomí frekvenanů školy, proože sále chybí základní přísupné informace z éo oblasi a ani osnovy se ímo émaem nezabývají. Skripum je určeno jako informaivní pomůcka žákům SPŠE a především jako učební ex žákům vyšší odborné školy. Obsahově poměrně náročný ex pozorně pročel a cennými připomínkami doplnil Ing. Jiří Nobilis, za což mu vřele děkuji. Sejný dík paří vedení školy za vyvoření podmínek pro zaplnění nemalých mezer v učebnicové lierauře a umožnění vzniku ohoo skripa, byť s několikaleým zpožděním. Jaro roku 2 Ing. Ladislav Vomela

4 7. GENEÁTOY PILOVITÝCH PŮBĚHŮ 7. Paramery lineárně se měnícího napěí V elekronických zařízeních se časo využívá lineárně se měnícího napěí, keré se aké nazývá pilovié, a keré v určiém časovém úseku lineárně vzrůsá nebo klesá. a) u U P U 2 U T Č T Z b) u U U 2 U P T Č T Z c) u U P U U 2 T Č T Z T P obr.7. Generáory piloviého napěí mohou pracova jako samokmiající nebo spoušěné. Průběhy zobrazené na obr.7.a,b odpovídají samokmiajícímu generáoru. Průběh piloviého napěí má dvě čási: činnou čás T Č, v níž se napěí u() mění lineárně z výchozí hodnoy U do konečné U 2 a druhou čás T Z, zvanou zpěný chod (zpěný běh), v níž se napěí vrací do výchozí hodnoy. Souče T Č + T Z = T P = /F P určuje periodu, resp. opakovací kmioče lineárně se měnícího napěí u(). U spoušěného generáoru má průběh napěí (obr.7.c) ješě prodlevu T P, kdy je u() = kons. Ampliuda piloviého napěí je rovna U P = U 2 - U. Přísně lineární průběh napěí u() je nedosažielný, ale určié přiblížení k omuo ideálu je možné. Odchylku od lineárního průběhu (obr.7.2) vyjadřuje poměrná změna srmosi v činném běhu napěí, edy derivace u () = du/d [ ] [ ] ξ = u ( ) poč u ( ) konc u ( ) (7.), poč

5 kerou nazýváme součiniel nelineárnosi. Čím menší je ξ, ím blíže je napěí u() k lineárnímu. Účinnos generáoru piloviého napěí se posuzuje součinielem využií napájecího napěí κ = U p U U z (7.2). / u ( ) konc / u ( ) poč T p obr. 7.2 Pilovié napěí se využívá v elevizní echnice, radiolokaci, radionavigaci, v číslicové echnice a v dalších oblasech užié elekroniky. Se znalosí rychlosi změny piloviého napěí můžeme měři malé časové inervaly s vysokou přesnosí až do řádu ns. Pilovié napěí se aké uplaňuje ve srovnávacích obvodech, kde vymezuje okamžik rovnosi úrovně s daným napěím, dále v obvodech rozšiřujících impulsy a speciálně v obvodech časové základny osciloskopů a dalších měřicích přísrojů, zejména číslicových. Běžné hodnoy paramerů piloviého napěí: ampliuda pily U p od jednoek do sovek volů; doba činného běhu T č - od několika µ s do sovek i isíců ms; délka zpěného chodu T z - (,5,2) T p ; činiel nelineárnosi (zkreslení) ξ = v oscilografii až %, v elevizi do 5%, v indikáorech s obrazovkou do 5% a v přesných srovnávacích obvodech do,%; součiniel využií κ- od, u nejjednodušších generáorů do,9 u ěch nejdokonalejších; přijaelná nesabilia paramerů generáorů v osciloskopii až 5%, v přesných srovnávacích obvodech do,%. 7.2 Funkční princip generáorů piloviého napěí Základní princip každého generáoru piloviého napěí spočívá na schopnosi kondenzáoru inegrova proud. Tuo schopnos vyjadřuje vzah u () = U ± C i d. (7.3), kde U je počáeční napěí na kondenzáoru. Znaménko před inegrálem závisí na směru proudu i. Dokonalého piloviého průběhu lze dosáhnou pouze spojením ideálního zdroje proudu s kondenzáorem (obr.7.3a). Poom u u( ) = U ± C =.

6 Takové uspořádání však není v praxi uskuečnielné. Vždy musíme počía s ím, že paralelně ke zdroji proudu bude zařazen odpor (obr.7.3b). Je zřejmé, že kondenzáor musí bý nabíjen (vybíjen) v činném běhu piloviého I I napěí konsanním proudem. Aby se po u () u () ukončení činného chodu C C znovu nasavil výchozí sav, je do obvodu a) obr. 7.3: Nabíjení kondenzáoru b) paralelně zařazen spínač (komuáor), přes nějž se dříve nabiý (vybiý) kondenzáor opě vybíjí (nabíjí). Tomu odpovídají dvě možná principiální zapojení pro generování piloviého napěí (obr.7.4a,b). Jako komuační prvky se používají polovodičové součásky (ranzisory, yrisory), keré pracují ve spínacím režimu. Spínač buďo paří do relaxačního generáoru jako jeho součás (poom se periodicky oevírá a zavírá) nebo je řízen impulsem z vnějšku. komuační prvek vybíjecí obvod U Z V prvém případě je spínač zapnu při prodlevě mezi řídícími impulsy a za příomnosi řídícího impulsu (ve zpěném běhu) se oevírá. V druhém případě je naopak za nepříomnosi řídícího impulsu spínač oevřen a za dobu jeho rvání (v činném běhu) je zapnu. Lineárnos generovaného napěí bude zřejmě závise na vlasnosech obvodu dodávajícího nabíjecí proud i. V nejjednodušším případě nahrazuje eno obvod rezisor v sérii se zdrojem napěí (obr.7.5). To ovšem nevyvolá konsanní nabíjecí proud a napěí na kondenzáoru bude mí průběh podle vzahu τ () U ( e ) u = Z (7.4), což demonsruje obr. 7.6. obr. 7.5 Ideálnímu piloviému průběhu se var napěí blíží pouze pro i τ. To však aké znamená, že ampliuda generovaného napěí může bý pouze zlomkem napěí napájecího zdroje U Z (obr.7.7). Je-li eno obvod zaížen vsupním odporem následujícího supně, je nuné podle Théveninovy poučky eno odpor zahrnou do sériového odporu a zmenši ak časovou konsanu a ím dále sníži proceno využielnosi napájecího napěí U Z. U Z komuační prvek vybíjecí C obvod C obr. 7.4: Ideové schéma generáoru pilového napěí U 2 C u 2 ()

7 u 2 () U 2 τ obr. 7.6 Popisovaný lineární obvod edy umožňuje generova pilovié průběhy pouze s relaivně malým rozkmiem. 7.3 Generáor s nabíjením kondenzáoru přes rezisor u B +U Z U Z U 2 u T C u 2 u 2 T Č T Z obr. 7.7: Generáor piloviého napěí a jeho časové diagramy Zapojení ukazuje obr.7.7a. Skládá se z inegračního C obvodu a ranzisorového spínače. Časové diagramy jsou na obr 7.7b. Do příchodu vsupního impulsu U vs je spínač sepnu (nasycen) v důsledku volby B β a napěí na kondenzáoru je prakicky nulové. Jakmile přijde záporný závěrný impuls, spínač vypíná, kondenzáor se začíná nabíje a napěí na něm vzrůsá podle vzahu C uc ( U Z I C)( e ) U z ( e τ = ) (7.5) (zjednodušení plaí pro případ I C ). Jakmile klíčovací impuls končí, spínač se zapíná a proud báze prudce soupá. Tranzisor zůsává v akivní oblasi, proože na jeho kolekoru je napěí kondenzáoru C. Kondenzáor se U m vybíjí přes vsupní odpor ranzisoru. Činiel nelineárnosi piloviého napěí ε = U = ξ, Z délka přímého chodu T č = CU m / I Cn = εc = ξc. T

8 7.4 Generáor se sabilizací nabíjecího proudu nelineárním odporem Lepších výsledků dosáhneme nahrazením rezisoru sabilizačním prvkem (nelineárním odporem), nejčasěji ranzisorem. Ješě lepší výsledky se dosahují zavedením zpěné vazby do nabíjecího (vybíjecího) obvodu. Nahraďme nyní sériový rezisor v nabíjecím obvodu nelineárním prvkem, např. ranzisorem v zapojení SB (obr.7.8a). Je-li napěí u menší než U Z, je ranzisor v akivní oblasi a prochází jím proud U ( Uz+ UEB) i c = α (7.6), i E i C I C U U EB U BC U Z C u U Zf I E a) b) U CB obr. 7.8: Tranzisor v zapojení SB jako zdroj konsanního proudu kde α je proudový zesilovací činiel v zapojení SB. Závislos proudu i C na napěí posoudíme pomocí kolekorových charakerisik (obr.7.8b). Jejich neparný sklon naznačuje, že kolekorový proud se mění jen velmi málo se změnou kolekorového napěí. V obvodu se uplaňuje diferenciální odpor kolekorového přechodu (v akivní oblasi). Obvod se chová ak, jako by byl kondenzáor připojen přes eno diferenciální odpor k velmi vysokému fikivnímu napěí U Zf. Předpokládejme např. diferenciální odpor MΩ a nabíjecí proud ma. Fikivní zdroj napájecího napěí pak je U Zf =V. Přiom skuečné nabíjecí napěí může bý na př. U = 5V, napěí U Z = V a rozkmi může dosáhnou u() = V. Nelineárnos časového průběhu určuje proceno využií fikivního napěí U Zf, ale využií skuečného napájecího napěí je 66% U. U ranzisorových obvodů s kondenzáorem nabíjeným ze zdroje s velkým vniřním odporem narážíme na problém zpracování získaného napěťového průběhu. Každou záěží připojenou na svorky kondenzáoru se oiž zhoršuje lineárnos piloviého napěí. Uvažujemeli generáor s vlasnosmi podle předchozího příkladu, j. s U Zf = V, f = MΩ a ampliudou pily % z U Zf a zaížíme-li jej odporem 2 kω, bude U Zf = 67 V a rozkmi pily je již 6% z U Zf. Nelineárnos generovaného napěí soupne z řádu promilí na procena. Musíme proo důsledně dbá na malé zaížení kondenzáoru a voli přenosové členy s velkým vsupním odporem (např. emiorový sledovač s ranzisorem s velkým β a velkým emiorovým odporem, FET, OZ ypu BiFET a pod.). Diskuovaná nelinearia vyplývá z oho, že využíváme čás exponenciály. Prakické výsledky jsou ješě ovlivněny nelineariou VA charakerisik ranzisorů a jejich evenuálními zbykovými proudy.

9 7.5 Obvody se zpěnou vazbou Problém linearizace nabíjení kondenzáoru lze řeši nejen použiím nelineárních odporů, ale i použiím obvodů se zpěnou vazbou. Blíže se seznámíme se dvěma ypy zpěnovazebních obvodů generujících pilovié kmiy. 7.5. Boosrap První z nich vyváří ve zpěné vazbě kompenzační napěí, keré v průběhu nabíjení kondenzáoru udržuje, pokud možno, sálý úbyek na nabíjecím odporu a ím zaručuje konsanní nabíjecí proud. V lierauře se oo zapojení označuje jako boosrap. Principiální schéma uvádí obr.7.9. Je-li sepnu spínač S zkraující kondenzáor C, je na rezisoru napěí U Z a odporem prochází proud i = U Z /. Jakmile přerušíme zkra, vzrůsá napěí u 2 a v nabíjecím obvodu se začne uplaňova výsup zesilovače jako přídavný zdroj napěí u K. Se zvyšujícím se napěím na kondenzáoru C se ak zvyšuje i napěí nabíjecího zdroje. Průběh napěí pro různé hodnoy A u ukazuje obr.7.. Je-li A u, je v obvodu nadkriická zpěná vazba a u 2 u 2 S i C obr.7.9: Boosrap A u A u = A u obr.7.: Průběh u 2 pro různá A u u k vzrůs napěí se zrychluje. Je-li A u, napěí se zvyšuje exponenciálně a jeho průběh se blíží lineárnímu ím více, čím více se A u blíží k jedné. Náhradní schéma obvodu podle obr.7.9 ukazuje obr.7.. Ekvivalenní obvod obr 7. musí dáva sejné napěí U Zf naprázdno a sejný proud nakráko I K jako zkoumaný obvod. Tedy Uz A u = = U Zf = U Z + A u U Zf (7.7) U Z U Zf = A (7.8) I K = U Zf f u U Z = (7.9) f Uz A (7.). Popsaným způsobem uspořádáním lze edy mnohonásobně zvýši nabíjecí napěí. V praxi se eno obvod nejčasěji realizuje s emiorovým sledovačem ve funkci zesilovače (obr.7.2). V omo zapojení v klidu zkrauje ranzisor T kondenzáor C, na výsupu sledovače je nulové napěí a na vazebním kondenzáoru C V je napájecí napěí U Z zmenšené o úbyek na diodě U D. Odporem prochází přibližně proud UZ UD ic = U Z u

A u u 2 = = u K C U Zf C u 2 u2 U Z Jakmile se ranzisor uzavře záporným napěím na bázi, začne proud I nabíje kondenzáor C a na jeho svorkách se začne zvyšova napěí, keré má zpočáku průběh u() = (I /C).. Přiom zanedbáváme proud báze ranzisoru T 2 - I B2.<< I. Napěí u 2 () se přenáší na výsup emiorového sledovače. Vazební kondenzáor C V přenese výsupní průběh do bodu Q (obr.7.2), zvýší jeho u B i poenciál nad hodnou U Z a ím se dioda uzavře. Dále zvyšující se poenciál bodu Q udržuje nabíjecí proud éměř konsanní. Kapacia kondenzáoru C V musí bý ak veliká, aby se na jeho svorkách po dobu rvání řídícího impulsu napěí prakicky neměnilo. Pokud se nabíjecí pochod neukončí oevřením ranzisoru T, probíhá eno proces až do okamžiku nasycení ranzisoru T 2. Poom je výsupní napěí emiorového sledovače konsanní a přibližně rovno U Z. Po oevření ranzisoru T začne zpěný běh, jehož rvání závisí na velikosi vybíjecího proudu, kerý prochází ranzisorem T. Po dobu zpěného běhu proéká ranzisorem T proud I a vybíjecí proud kondenzáoru C. Po dobu piloviého kmiu, včeně zpěného chodu, je dioda D uzavřena a vybíjecí proud I má zdroj v nabiém kondenzáoru C V. Přesože je eno kondenzáor navržen ak, že změna napěí na jeho svorkách je neparná, dochází v průběhu kmiu ke zráě čási náboje. Nemá-li se ao zráa posupně zvěšova, musí bý před dalším kmiem nahrazena. Proo je řeba počía s určiou zoavovací dobou. Nedosakem ohoo zapojení se jeví jeho poměrná složios a pořeba ří nelineárních prvků (T, T 2, D) a poměrně velká zoavovací doba, daná pořebou velké kapaciy C V. Za zmínku rovněž sojí nelinearia na počáku činného běhu, jež je vyvolána proudem diody, kerá zůsává ješě kráký čas oevřená i na začáku činného běhu. 7.5.2 Millerův inegráor Dalším obvodem se zpěnou vazbou generujícím pilovié napěí je obvod, v němž je k zesilovači s velkým napěťovým zesílením zapojen kondenzáor do smyčky zpěné vazby. Při popisu činnosi akového obvodu předpokládáme, že výsupní odpor zesilovače je zanedbaelně malý a jeho vsupní odpor je zahrnu do nabíjecího odporu s respekováním Théveninova eorému při určování napěí u (obr.7.3). Pro eno obvod plaí f obr. 7.: Náhrada obvodu boosrap U D Q D C V T u 2 C E A u u 2 T 2 obr. 7.2: Prakické zapojení obvodu boosrap i +U Z

C i f u z u u 2 u zf C u 2 obr.7.3: Millerův inegráor d( u Auu ) d u Uz = C (7.) Odud nalezneme u u = (7.2) 2 A u a konečně d u 2 du d A d u = u A 2 u U C Z (7.3) u UzAu = + ( A ) C (7.4) 2 2 u Průběh napěí u 2 odpovídá nabíjecímu obvodu, v němž U zf = A u U z (7.5) C f = (-A u )C (7.6) f = (7.7) Při známém zesílení Au lze z ěcho údajů posoudi dosažielnou lineárnos piloviého napěí na výsupu. Na mísě napěťového zesilovače se nejčasěji používají operační zesilovače. Pro aplikaci v impulsové echnice však musíme uváži případný vliv šířky frekvenčního pásma přenášeného operačním zesilovačem. V praxi o znamená, že inegrační jev vyvořený zpěnou vazbou může bý ovlivňován inegračním charakerem přenosu v přímé věvi. Při návrhu inegráoru s operačním zesilovačem edy musíme dbá na o, aby časová konsana vořená zpěnovazebním kondenzáorem byla podsaně věší než časová konsana odpovídající meznímu kmioču zesilovače. Předpokládáme-li, že pro ranziní kmioče plaí přibližně ωt = Auωh, lze podmínku správné činnosi inegráoru psá C ω (7.8) T Jako Millerův inegráor lze zapoji i jednoduchý ranzisorový zesilovač (obr.7.4). Na obr.7.5 je pak náhradní obvod, kerý použijeme k odvození vlasnosí ohoo jednoduchého inegráoru.

2 Plaí = (7.9) 2 i C U + du d odkud du d 2 U UZ du i c b C d β (7.2) + + = 2 2 c u2 U U Z = + β ( ) ( + β ) C (7.2) a ekvivalenní nabíjecí obvod by ak měl paramery c c Uzf = β( ) U + U Z (7.22) f = c (7.23) Cf = ( + β ) C (7.24). U Z C C C C T U 2 u 2 u U Z obr.7.4: Millerův inegráor obr.7.5: Náhradní schéma k obr.7.4 u u 2 Popsaný obvod generuje pilovié sesupné průběhy. Z počáku je ranzisor uzavřen a jeho kolekor má napěí blízké k napájecímu U z. Po napěťovém skoku U se na kolekoru objeví lineární sesupný průběh. Proože ve zpěném běhu je ranzisor uzavřen, je průběh napěí ve zpěném běhu exponenciální (obr.7.6). u2 ( ) = U Z e C C Uzf u U C 2 ()= Z + f f obr.7.6: Časové průběhy napěí v Millerově inegráoru

3 Z rovnice 7.2 je parno, že se zvěšujícím se odporem C se zlepšuje inegrační účinek zapojení (rose časová konsana C C). Je edy možné a žádoucí nahradi odpor C spínacím ranzisorem, kerý bude nabíje kondenzáor C na výchozí napěí a v okamžiku lineárního běhu pily kolekorový obvod rozpojí. C U Z u 5V 2 3 (µs) T T 2 B u u 2 C u 2 2V V 2 3 (µs) obr.7.7: Prakické zapojení Millerova inegráoru Prakickou ukázku Millerova inegráoru s jedním ranzisorem jako zesilovačem a druhým jako spínačem předkládá obr.7.7. Tranzisor T je v klidu nasycen a T 2 uzavřen. Na výsupu je napěí U 2 = 2V. V okamžiku, kdy vsupní impuls uzavře T, začne přes kolekorový odpor ranzisoru T procháze na bázi ranzisoru T 2 nabíjecí proud ze zdroje U Z. Je-li odpor = kω a C = kω, je fikivní napěí v náhradním nabíjecím obvodu dáno vzahem c UZf = β ( ) U + UZ. Pro β = je U zf = - 2 V. Výsupní napěí ak sleduje přibližně časový průběh U zf u2 () = U Z + (7.25). C f Při délce impulsu p =25 µs je na výsupu v okamžiku skončení impulsu u 2 ( p ) = 2-2. 3.25. -6 /.5. -9. -4 = V. Zpěný běh pak probíhá jako exponenciála s časovou konsanou τ = C = 5 µ s a doba usálení je asi rojnásobkem éo hodnoy. 7.5.3 Fanasron Je o generáor piloviého napěí, kerý je schopen vyváře dlouhé impulsy s délkou činného běhu až desein sekundy, přičemž minimální délka činného běhu obvykle dosahuje několika mikrosekund při velmi dobré lineárnosi pily. Generáory ohoo ypu obsahují ři ranzisory. Obrázek obr.7.8 předvádí dvě aková zapojení. Prvé se nazývá fanasron s emiorovou vazbou (obr.7.8a), druhé fanasron s kolekorovou vazbou (obr.7.8b). Fanasron s emiorovou vazbou však vykazuje ve všech jakosních paramerech horší hodnoy než fanasron s kolekorovou vazbou. Proo se kolekorová vazba užívá akřka výhradně. f

4 U Z U Z 3 4 K 3 4 K C C T 3 T 2 T 3 T 2 C C 2 T 2 T 5 E 5 a) b) Fanasron s kolekorovou vazbou generuje piloviá napěí s nelineárnosí, až,2% s délkou činného chodu až desíek ms a součinielem využií napěí ξ = (, 9, 95 ). V dalším probereme činnos fanasronu s vazbou v kolekoru (obr.7.8b). Ve výchozím čase jsou ranzisory T a T 3 oevřeny a v nasyceném savu, ranzisor T 2 je zablokován. Pro zajišění nasyceného savu je nezbyné vyhově nerovnosi β 3 (7.26) a pro nasycení T 3 Obr.7.8: Fanasron I b3 U Z / β 3 3 (7.27). Podmínku pro uzavření ranzisoru T 2 lze napsa jako ( ri I ) i r /( + ) (7.28); u b2 [ c c c ] a) s emiorovou vazbou b) s kolekorovou vazbou 4 5 2 3 5 4 5 r a r 2 jsou odpory dráhy emior - kolekor ranzisorů T a T 2 v nasyceném savu, I C2 je zbykový kolekorový proud T 2 a i C kolekorové proudy ranzisorů T a T 3 v nasyceném savu, keré jsou zhruba sejné. U i Z C + r + (7.29). 3 r3 Vzahy (7.28) a (7.29) plaí za předpokladu, že 4 + 5 r + r 3. Kráký spoušěcí impuls záporné polariy se přivádí na bázi T 2, kladný na bázi T 3 nebo kolekor T 2. Spoušěcí impuls zavírá ranzisor T 3 (nebo oevírá T 2 ), následkem oho napěí u 3 soupá. Teno vzrůs se přenese přes dělič 4, 5 na bázi T 2, oevírá jej a snižuje napěí u C. Kondenzáor C se začíná nabíje. Nabíjecí proud i C eče přes odpor, zdroj U Z, ranzisor T a T 2. Nabíjecí proud i C vyváří na rezisoru napěťový úbyek snižující napěí na bázi T [ ub = Uz ( ic + ib). ] a T se přivírá. Napěí u C se zvyšuje a způsobuje přivírání ranzisoru T 3 a další zvýšení napěí na jeho kolekoru. Vzniká ak lavinoviý proces, ranzisor T 3 se zcela uzavírá a T a T 2 jsou přivřeny. Jak se posupně nabíjí kondenzáor C, začíná se nabíjecí proud zmenšova (eče cesou, U Z, emior - kolekor T. Zmenšuje se napěí na rezisoru a T se více oevírá. Kolekorové proudy ranzisorů T a T 2 vzrůsají a napěí u C se snižuje a

5 omezuje ak pokles nabíjecího proudu. Tak se nabíjecí proud kondenzáoru C mění pouze neparně, čímž je dosaženo dobré lineárnosi piloviého napěí. Záporná zpěná vazba, sabilizující nabíjecí proud, je účinná jen poud, pokud se T 2 nedosane do savu nasycení a nezraí ak zesilovací schopnos. V om okamžiku už zmenšení napěí báze nezpůsobuje změnu napěí u C a kondenzáor se začíná exponenciálně vybíje. Napěí u B se rychle zvyšuje a napěí u C se snižuje, čímž se oevírá ranzisor T 3. Napěí u 3 se snižuje, ranzisor T 2 se přivírá, u C se zvyšuje, objevuje se vybíjecí proud kondenzáoru C ekoucí cesou emior-báze T, rezisor C, napěí u B se dále zvyšuje. ozvíjí se nový lavinoviý proces, v jehož důsledku se T a T 3 nasyí a ranzisor T 2 se uzavře. Po skončení vybíjení kondenzáoru se generáor dosává do výchozí siuace. Paramery piloviého napěí zjišťujeme ze vzahů ε ξ /( β c ) (7.3) = ξ p C (7.3) p = ( 3 5 ) C (7.32) c ξ ( Uz Uc Ic 2 c)/( Uz + Ic ) (7.33) U c celková změna napěí na kolekoru T. Poměrná nesabilnos doby rvání činného běhu je způsobena závěrným proudem ranzisorů a řídí se vzahem δ = ( I 2 + I )/( U + I max ) (7.34); p c co co z co Ico aico2 jsou přírůsky zbykových proudů ranzisorů T a T 2 v pracovním rozsahu eplo, I comax je zbykový proud při maximální pracovní eploě. Zřejmě je eploní sabilnos délky činného běhu do značné míry závislá na velikosi zbykových kolekorových proudů. 7.6 Generáory piloviých proudů V předchozím probrané generáory piloviých napěí mohou vyvola piloviý proud pouze v odporové záěži. Praxe ale časo vyžaduje vybudi piloviý proud v záěži s komplexním charakerem. V akovém případě by ovšem byly časové průběhy napěí a proudu v záěži rozdílné. Příkladem mohou bý vychylovací cívky obrazovek s elekromagneickým vychylováním, kerými musí proéka piloviý proud aby se dosáhlo rovnoměrné výchylky. Kdyby cívka vykazovala pouze indukčnos, sačilo by k vyvoření piloviého proudu udrže na ní konsanní napěí, proože i = u d = L L L p up L (7.35) eálné vychylovací cívky mají kromě indukčnosi L mezizáviovou kapaciu C a akivní odpor r. Vedle oho se paralelně k vychylovacím cívkám připojuje lumící odpor l aby se polačily vlasní oscilace v obvodu LC. K omuo odporu se přičíají i zráy v jádru cívek. Náhradní schéma reálných vychylovacích cívek je na obr.7.9a. Napěí na indukčnosi má lichoběžníkový var s konsanní složkou (I m / p ).L, superponovanou na lineárně rosoucí složku (I m / p ).r..

6 u v C i c r L Takový průběh napěí lze získa z generáoru lichoběžníkoviého napěí s nulovým vniřním odporem, kerý by umožnil okamžié nabií kondenzáoru C na napěí (I m / p ).L. Skuečné generáory mají vždy určiý vniřní odpor, pročež napěí na indukčnosi nemůže narůs skokem. V cívce se rozvíjí přechodový jev, jehož charaker a rvání je dán vlasnosmi cívky. Průběh proudu v cívce bude nelineární, pokud neskončí přechodný jev. Přechodový jev v obvodu podle obr.79a může mí charaker oscilací nebo mí průběh kriicky či aperiodicky zalumeného kmiu. V kriicky zalumeném případě se proud v cívce řídí vzahem m kr i =..( e / τ ) kde τ kr je časová konsana kriického lumení L I p (7.36), τ LC pro r (7.37). kr = Pro nasavení kriického režimu volíme velikos lumícího odporu L =. (7.38). l 2 C Odchylku skuečného průběhu proudu od lineárního určuje exponenciální člen v rovnici (7.4). Čím menší bude τ kr, ím rychleji se přechodový jev ukončí. Obr.7.2 zobrazuje průběh proudu i L při aperiodickém režimu (plná čára). Doba usálení při kriickém lumení Při aperiodickém lumení je proud i L i L obr.7.9:vychylovací cívka a) náhradní schéma, b) průběh u a) b) p = 3 τ = LC (7.39). a kr 3 i L = I m Im / a. p. p a ( e τ τ ) (7.4), kde τ a je časová konsana aperiodického průběhu, kerá plaí za předpokladu l C τ l C (7.4). a Průběh proudu v cívce odpovídá obr.7.2b a doba usálení je dána vzahem τ 3τ l C (7.42). b a 3 (I m /L). (I m / p ).L U m r L

7 i L i L I m p I m p a) e τ kr obr.7.2: Průběh proudu ve vychylovací cívce a) při kriickém lumení b) při aperiodickém lumení Abychom dosáhli aperiodického lumení je nezbyné dodrže podmínku l = kr. Oscilace jsou nežádoucí a v praxi se nikdy nevyužívají, naopak, jak je vidě z předchozího, polačují se. Je řeba připomenou, že kriické lumení se využívá u cívek s velkými proudy, zaím co aperiodické u cívek s malými proudy. Napěí požadovaného průběhu se získává v generáorech piloviého napěí, jejichž pilu vyvářejícím kondenzáoru je do série předřazen rezisor, na němž se vyváří nezbyná konsanní složka napěí vychylovací cívky. Jesliže je nabíjecí proud kondenzáoru konsanní, bude napěí na sériové kombinaci c C rovno um u = I + (7.43). c c p Pro každé zapojení generáoru plaí, že při určování odporu c nejprve nalezneme nabíjecí (vybíjecí) proud I c kondenzáoru C. Poom porovnáním rovnic (7.36) a (7.43) dosaneme c ImL I = U = I r (7.44). c p 7.7 Tranzisorový generáor piloviého proudu I m p m m b) I m p τ a e τ kr D C O U Z B C T 2 C V T i C C E C obr.7.2: Generáor piloviého proudu s kladnou zpěnou vazbou L

8 Obrázek 7.2 předkládá zapojení generáoru piloviého proudu s kladnou zpěnou vazbou. Jesliže je T 2 výkonový ranzisor, pak svým budicím proudem znaelně lumí kondenzáor C a lineárnos pily klesá. Aby se lineárnos zlepšila, používají se míso T 2 sdružené ranzisory v Darlingonově zapojení s velkým vsupním odporem nebo zvlášní korekční obvody. Obr. 7.22a,b ukazují obě možnosi zapojení. Zbývající čási schéma generáorů jsou oožné se zapojením na obr 7.2. Proože indukčnos L vychylovací cívky a kapacia C jsou dosaečně odděleny velkým vsupním odporem emiorového sledovače, C O U Z C O U Z T 2 / T 2 // C 2 T 2 C E C D E C L C L můžeme jejich vzájemný vliv zanedba. Za předpokladu, že proud záěží emiorového sledovače se mění lineárně, můžeme vyjádři napěí na indukčnosi vzahem U L I = p m. Tranzisor T 2 musí zajišťova vychylovací proud I m s jisou rezervou, proo volíme akový yp, jehož přípusný emiorový proud vyhovuje vzahu a přípusné kolekorové napěí U kde r + / E E. obr.7.22 I cpů (,2, ) I m 3 (7.45) (,2,3) I m E U (7.46), cpů + Tranzisor T pak volíme podle sejných hledisek jako v analogickém generáoru piloviého napěí. Jesliže užijeme míso T 2 sdružený ranzisor, musíme počía s ekvivalenními paramery zapojení, j. zesilovací činiel β pak můžeme počía jako součin β obou ranzisorů. Při om je nezbyné voli prvky sdruženého ranzisoru ak, aby se běžný kolekorový proud prvého ranzisoru rovnal proudu báze druhého ranzisoru.

9 Jesliže použijeme pro vylepšení lineariy korekční obvod (obr.7.22b), volíme jeho paramery následovně C = C 2 = 2C (7.47) c 4( α ) (7.48) 2 K U Z B C C L C S T 2 T obr.7.23 Generáory piloviého proudu je aké možné realizova s generáory piloviého napěí se zápornou zpěnou vazbou. Proud ekoucí kolekorovým odporem k v zapojeních obr.7.6 a 7.7b nemá ješě piloviý průběh. Jesliže ale zařadíme do série s k vychylovací cívku, dosaneme generáor piloviého proudu ve vychylovací cívce (obr.7.23 a 7.24). Tranzisory musí zajisi požadovaný proud ve vychylovací cívce. Kolekorový odpor se volí s ohledem na zajišění zadaného činiele nelineárnosi ε. Meodika návrhu K U Z generáoru piloviého proudu se 3 zápornou L 2 C C zpěnou vazbou je sejná jako T 3 C S u odpovídajících T 2 generáorů piloviého napěí. Pouze T ranzisor T 2 generáoru proudové pily obr.7.24 musí vyhovova následujícím vzahům:

2 Cdov (,2, ) I m (7.49) I 3 U (,2,3) I U (7.5). cdov m k + Odpor kolekorového rezisoru a dobu činného běhu určíme ze vzahů ξ k εβ ( 2 c ), ( ) p = ζ C (7.5). c r (7.52) k k + Lk c C k ( ζ ) (7.53). Odpor obvykle volíme nevelký, proože jeho hodnoa omezuje přípusnou velikos odporu v obvodu báze daného ypu ranzisoru (u nalezneme v kaalogu). V praxi však lze jen velmi ěžko splni předchozí podmínky, použijeme-li jen jeden výkonový ranzisor, proože k dosažení zadaného činiele zkreslení je řeba voli věší a podmínka (7.5) se při om nesplní. Generáor lichoběžníkového napěí ZZesdi,lovač Generáor lichoběžníkového Zesilovač napěí napěí Generáor lichoběžníkového Zesilovač pilového proudu obr.7.25 Jesliže ale použijeme míso T sdružený ranzisor, můžeme dosahova požadovanou nelineárnos ε i s nevelkým a splni ak podmínku (7.5), proože vsupní odpor sdruženého ranzisoru je velký a můžeme i odpor voli věší. Generáory s věší pracovní délkou p než 5 µs se navrhují se sabilizující silnou zápornou zpěnou vazbou podle schémau obr.7.25. Na mísě koncového zesilovače proudu se používají zesilovače SE nebo SC. Nevýhodou zapojení SE a) L T U Z obr.7.26 b) T L U Z (obr.7.26a) je malé využií napájecího napěí ξ. Zvěšení nad,5 vede ke značným nelineárním zkreslením. Vedle oho je i eploní sabilia akového zesilovače nevelká. Zesilovač SC (obr.7.26b) je lineárnější a má věší eploní sabiliu. Zesilovač napěí je sejnosměrný a aby záporná zpěná vazba byla dosaečně účinná, musí mí velké zesílení. Je-li generovaný

2 kmioče dosaečně nízký, můžeme vychylovací cívky chápa jako čisý ohmický odpor a na vsup zesilovače přivádě pilovié a nikoli lichoběžníkovié napěí. 8 I M P U L S N Í D Ě L I Č E K M I T O Č T U Impulsní děliče kmioču jsou aková zařízení, kerá mění sinusové nebo impulsní kmiy s opakovací frekvencí F vs = F vs /n, kde n je celé číslo. Základní charakerisiky podle nichž klasifikujeme impulsní děliče jsou: ) příomnos výsupního signálu, nebo jeho nepříomnos, když chybí vsupní signál; 2) způsob sabilizace frekvence vlasních kmiů děliče; 3) velikos a nesabilnos fázového (nebo časového) posuvu kmiů na výsupu. Podle prvé charakerisiky můžeme impulsové děliče zařadi do dvou skupin: a) Děliče pracující v synchronním režimu na subharmonickém kmioču samokmiajícího relaxačního generáoru. Signál na výsupu rvá, i když na vsupu chybí. b) Děliče vořené zablokovanými relaxačními generáory, spoušěnými obvody (BKO), kapaciními akumulačními děliči (číači). Impulsní signál se na jejich výsupu objeví jen v případě, že je příomen i na vsupu. Podle druhé charakerisiky rozlišujeme impulsní děliče na děliče: a) bez zvlášní sabilizace b) se sabilizací kladným předpěím c) se sabilizací záporným předpěím d) se sabilizací rezonančními obvody nebo krysalovými rezonáory e) se sabilizací zpožďovací linkou. Třeí charakerisika člení impulsní děliče opě do ří skupin na a) fázově sabilní děliče - sem paří děliče se zablokovanými relaxačními osciláory, spoušťové obvody spoušěné dosaečně krákými srmými impulsy. Maximální fázová nesabilia není věší než 2 ( φ max 2 ) ; b) děliče s omezenou fázovou sabilnosí, založené na synchronizaci relaxačních osciláorů impulsním napěím (2 φ / n ); max 8 max c ) fázově nesabilní děliče s relaxačními osciláory, synchronizované sinusovými kmiy. Jejich fázová nesabilnos je Φ =8 n. max / max Fázový posuv se časo vyjadřuje pomocí časového posunu impulsu o : Φ = 2π Tvs a fázová nesabilia nesabilnosí periody vsupních oscilací Podle velikosi časového posuvu impulsů se děliče rozlišují na děliče s malým zpožděním o <, µs a s velkým zpožděním >, µs. Φ = 2 π T T výs vs

22 8. Několik poznámek k synchronizaci a dělení kmioču Synchronizací nazýváme akový pracovní režim osciláoru, kdy je jeho kmioče řízen jiným generáorem. Jesliže je kmioče vnějšího signálu násobkem kmioču synchronizovaného osciláoru, nazýváme uo siuaci synchronizací s dělením frekvence, synchronizací na subharmonické, nebo jednoduše dělením kmioču. Při rovnosi obou kmiočů proces prosě nazýváme synchronizací. Synchronizace s dělením může vzniknou i při dělícím poměru daném zlomkem s celými čísly. Synchronizace je vlasní pouze nelineárním sousavám. Čím je sysém nelineárnější a čím je nesabilnější jeho kmioče, ím snáze se synchronizuje. Jako synchronizační signál je možné použí periodický signál libovolného průběhu, ale nejčasěji se užívají kráké impulsy a sinusové kmiy. Synchronizace krákými impulsy se srmým náběhem zajišťuje ěsnou časovou vazbu mezi kmiy synchronizovaného osciláoru a synchronizačním signálem. Synchronizace sinusovým průběhem se užívá am, kde je řeba uvés do souhlasu frekvence několika generáorů a aké pro zvýšení sabilnosi opakovacího kmioču relaxačního osciláoru. 8.2 Synchronizace impulsního generáoru násobným kmiočem Teno způsob je založen na synchronizaci impulsních generáorů (blokovacích osciláorů, mulivibráorů a pod.) impulsy, jejichž opakovací kmioče je několikrá vyšší než vlasní kmioče generáoru. Přednosí éo meody je jednoduchos zapojení a dosažielnos žádoucího varu výsupních impulsů. Přesného dělení se dosahuje použiím osrých impulsů pro synchronizaci. 8.2. Synchronizace blokovacího osciláoru násobným kmiočem Princip činnosi děliče frekvence osvělíme na příkladu hojně rozšířeného zapojení s blokovacím osciláorem (obr.8.). Pro správnou funkci děliče musí bý perioda vlasních kmiů generáoru T o delší než požadovaná perioda výsupních signálů T T T = N, kde N je dělicí poměr a je perioda synchronizačních impulsů. Vsupní impulsy se přivádějí na bázi ranzisoru rázujícího generáoru a superponují se na její napěí (obr.8.2a). Okamžik oevírání ranzisoru za příomnosi impulsu s ampliudou U syn se řídí vzahem u b + U syn U, kde u b je okamžié napěí báze a U je prahové napěí ranzisoru. Jelikož sálos dělicího poměru záleží jak na paramerech generáoru, ak i na paramerech synchronizačních impulsů, je nezbyné zajisi podmínky správné činnosi děliče.

23 C d U Z C B Tr T C V d obr.8.: Dělič kmioču Pro zjednodušení výpočů budeme předpokláda, že průběh napěí na bázi je lineární. Nechť dělič pracuje s dělicím poměrem N. Hledejme podmínky, za nichž je možná samovolná změna ohoo poměru na (N - ), resp. na (N + ). Pomocí obr.8.2 můžeme urči mezní hodnoy periody kmiů generáoru T min a T max,, při nichž je ješě možné dělení se zadaným poměrem N. Při dosaečně velké ampliudě synchronizačních impulsů U syn je hodnoa T min dána sykem (N-) impulsu s úrovní prahového napěí ranzisoru (obr.8.2). Z podobnosi rojúhelníků ABC a CED (obr.8.2a) vyjádříme U syn T min ( N ). ( N ). U b U = T = T U b (n -). T min U sy min d e c U min (8.), kde U b je maximální záporné napěí na bázi. Dále označíme poměrnou ampliudu impulsu λ = (8.2) u u SYN B u a poměrnou periodu T Θ = T (8.3) min Výraz (8.) můžeme přepsa do varu T max n e c λ = ( N ). Θ max B U b A U sy obr.8.2: Časové diagramy U a z oho Θ = λ N (8.4). To znamená, že T max je dáno okamžikem syku N-ého impulsu s prahovou úrovní napěí báze ranzisoru. Podle obr.8.2b analogicky dosaneme U U = T N = syn max x b U T max T i max

24 akže = Θmin, = N Θ max T λ (8.5). max Oblas dělení můžeme vymezi v žádoucím poměru řemi podmínkami T N., j. Θ N λ ( N ). Θ (8.6). S použiím ěcho vzahů můžeme sesroji diagram oblasí synchronizace pro různé velikosi koeficienů dělení (obr.8.3). Teno diagram umožňuje urči opimální hodnou periody oscilací generáoru T a ampliudu synchronizačních impulsů U syn pro zadaný koeficien dělení N a aké přípusné odchylky ěcho veličin. Ve směru svislé osy ohoo diagramu je vynášena poměrná ampliuda impulsu, ve směru vodorovné osy pak poměrná perioda oscilací. Oblasi synchronizace s poměrem N mají v grafu obr.8.3 rojúhelníkoviý var, jehož plocha se zmenšuje s velikosí dělícího poměru. To znamená,že s rosoucím N se zvyšují nároky na sabilnos veličin a, j. na sabiliu ampliudy synchronizačních impulsů a periody vlasních oscilací generáoru. Maximální sabilnos režimu dělení frekvence v poměru N odpovídá v obr.8.3 sřed kružnice vepsané do odpovídajícího rojúhelníku. λn A B n = λ * N 5 6 7 8 4 n = 3 n = 2 M * D E C 8 6 4 3 Θ 2 Θ obr.8.3: Graf oblasí synchronizace Důležiým ukazaelem jakosi děliče kmioču je maximální dělicí poměr, při němž je ješě zajišěna spolehlivos funkce. Zvýšení dělicího poměru umožňuje zmenšení poču do kaskády spojených děličů, nuných pro získání velkých poměrů n, j. zjednodušení zapojení, zlevnění, snížení váhy, rozměrů a energeických nároků celého zařízení. Maximální velikos dělicího poměru je dána sabilnosí paramerů zapojení a řídících impulsů a pro uvažovaný yp děliče nepřesahuje 8. Zvýši uo mez je možné zvýšením sabilnosi vlasních oscilací generáoru zařazením sabilizačního prvku do jeho obvodu. K omu účelu se obvykle používá rezonanční obvod (nebo zpožďovací linka), kerý má lepší sabiliu než impulsní generáor. ezonanční obvod resp. zpožďovací linka zavádí do děliče pomocný řídicí signál, sabilizující kmioče osciláoru.

25 8.2.2 Sabilizace rázujícího osciláoru rezonančním obvodem Obrázek obr.8.4 zobrazuje zapojení děliče s rázujícím osciláorem, kerý je C sabilizován rezonančním obvodem U Z B zapojeným do emioru ranzisoru. V okamžiku uzavření ranzisoru rychle C klesá jeho emiorový proud a v O se C 2 vybudí lumené oscilace. V okamžiku oevření ranzisoru je obvod silně T lumen malým vsupním odporem C B ranzisoru z emiorové srany a C L oscilace v O rychle zanikají. Výsledné napěí mezi emiorem a bází ranzisoru je dáno součem u be = u b + U syn u k, obr.8.4: Dělič kmioču sabilizovaný kde u k je napěí lumených oscilací v rezonančním obvodem O. Paramery obvodu se volí ak, aby např. pro N = 5 každý páý impuls přicházel v čase, kdy sinusové napěí prochází maximem. Odpovídající půlvlna napěí dodávaného rezonančním obvodem zvěšuje N-ý synchronizační impuls (v daném případě páý) proi osaním synchronizačním impulsům a ím se podsaně snižuje nebezpečí nežádoucí synchronizace (N-), případně (N+) impulsem. Prakické zkušenosi ukazují, že použií O umožňuje zvýši spolehlivé dělení kmioču v poměru N = 2 5. ezonanční kmioče se volí podle vzahu f k = ( T m+ ) 3 (8.7), kde T je opakovací perioda výsupních impulsů děliče a m = je koeficien udávající poče celých period sinusového napěí na O. Jakos obvodu nemá bý příliš vysoká (prakicky Q= 5), jinak hrozí nebezpečí, že někerá kladná půlvlna naolik zvěší předchozí impuls, že generáor spusí dříve a vyvolá ak chybné dělení. Vedle oho, je-li vysoká jakos O, nesačí se v něm ulumi vybuzené oscilace během krákého impulsu emiorového proudu ranzisoru. To má podsaný význam právě v případě rázujícího osciláoru, jehož impulsy mají malou sřídu (jsou velmi kráké). 8.2.3 Sabilizace mulivibráoru zpožďovacím vedením Zapojení mulivibráoru se zpožďovacím vedením je na obr.8.5ab. Předpokládáme, že ve výchozím okamžiku je ranzisor T zavřen a T 2 oevřen. Napěí na bázi T 2 je nulové, proože je spojena s kosrou přes malý odpor zpožďovacího vedení. Spoušěcí impuls oevírá ranzisor T a mulivibráor se překlápí : T 2 se uzavírá a T oevírá. Napěí na kolekoru T prudce klesá a eno záporný napěťový skok se přenáší přes C 2 na vsup zpožďovacího vedení ZV. Od zkrau na konci vedení se impuls odráží a vrací se za dvojnásobný čas zpoždění 2T z na vsup linky, j. na bázi ranzisoru T 2, enokrá v kladné polariě. Mulivibráor se znovu překlápí, T 2 se oevírá, T zavírá. Napěí na kolekoru T prudce vzrůsá a eno kladný

26 C C T B C 2 ZV C 3 U Z C Z T 2 C 2 C B C V napěťový skok se přenáší přes kondenzáor C 2 na vsup vedení, a aké na bázi ranzisoru T 2 přes odpor cesy báze - emior r be. Za čas 2T z dospěje na vsup vedení odražený impuls od jeho konce, enokrá ovšem v záporné polariě. V omo okamžiku je ke vsupu ZV připojen odpor r be ranzisoru T 2 a podsaně zvyšuje úlum odraženého impulsu v porovnání s přímým impulsem. Jeho velikos nesačí zcela zavří ranzisor T 2 a pouze kompenzuje kladné napěí na jeho bázi. To způsobuje nárůs kolekorového napěí T 2. Teno kladný napěťový skok se dosává přes kondenzáor C 3 na bázi ranzisoru T a zvyšuje její poenciál, nikoli však naolik, aby se T oevřel. Synchronizační impulsy kladné polariy se přivádějí na bázi ranzisoru T. V časovém úseku / - / 2 (obr.8.5b) nemohl ranzisor reagova na synchronizační impulsy kladné polariy, proože jejich zdroj je silně zalumen malým odporem mezi bází a emiorem ranzisoru T v nasyceném savu. V úseku / 2 - / 3 je na bázi T ak veliké záporné napěí, že synchronizační impulsy jej nemohou oevří. V okamžiku / 3 soupl poenciál báze naolik, že synchronizační impuls překlápí mulivibráor a opakují se v předchozím popsané děje. Z obrázku obr.8.5b zjišťujeme, že zpoždění, zavedené použiým ZV, je nuné voli v okolí N 2 TZ.. 4 Hodnoa C se volí sejné velikosi jako je vsupní odpor ZV. Přednos zpožďovacího vedení před rezonančním obvodem spočívá v om, že vedení dodává impulsy se srmým náběhem, kerý zdrží překlopení mulivibráoru do příchodu synchronizačního impulsu a zcela vylučuje vznik chyby dělení. K nedosakům ohoo zapojení paří cilivos ke změnám kmioču synchronizačních impulsů,.j. možnos pracova pouze v úzkém pásmu kmiočů a velká cena zpožďovacího vedení, zejména pro nízké opakovací kmiočy. V U Z OUT obr.8.5a: Dělič kmioču sabilizovaný zpožďovacím vedením

27 u vs 2 3 2 3 4 5 2 u B U 2T 3 2T 3 u C u B U u C u výs T = 5 obr. 8.5b 8.3 Děliče s posupným sřádáním náboje Takový dělič (obr.8.6) se skládá z akumulačního číače impulsů a následujícího spínače. Jesliže na vsup přivedeme pravoúhlý impuls kladné polariy, nabíjí se přes diodu D 2 kondenzáory C a C 2. V prodlevě mezi impulsy se kondenzáor C rychle vybíjí přes diodu D, ale kondenzáor C 2 zůsává nabiý, proože D 2 je v omo čase uzavřena. Následující impuls dále nabíjí oba kondenzáory. Na C 2 napěí vzrůsá a v prodlevě se C vybíjí a napěí na C 2 vzrůsá o další supínek (obr.8.6b), kerý ovšem bude menší než předchozí. Lze dokáza, že přírůsek napěí způsobený n-ým impulsem bude

28 u n = γ n (8.7) vsup C D D 2 C 2 Z obr.8.6a: Dělič s inegrujícím kondenzáorem S výsup Napěí na kondenzáoru C 2 u n n = ( γ ). U (8.8) kde U m je ampliuda impulsů. m Z rovnic (8.7) a (8.8) vyplývá, že napěí narůsá supňoviě a velikos supňů se zmenšuje s rosoucím n. Pro zajišění spolehlivé funkce děliče je nezbyné, aby pro zadané hodnoy U m a n byl přírůsek u n co nejvěší. To je zajišěno pro γ op Úroveň sepnuí klíče má vyhovova podmínce = ( n )/ n, C = C2 /( n ) (8.9) n op u U u (8.) n sp V akovém případě spínač sepne při n-ém impulsu. Aby dělič fungoval spolehlivě, je nuné udržova ampliudu vsupních impulsů konsanní a nabíjecí časová konsana kondenzáorů má bý i [ ] τ nab = CC 2 /( C + C2). ( d + i. 4 5 ) (8.), kde d je odpor diody D v propusném směru, i je vniřní odpor zdroje dělených impulsů, i je délka impulsu. Vedle oho je řeba zajisi, aby v prodlevě mezi impulsy se kondenzáor zcela vybil, což zajišťuje podmínka C /( 2 + ) min /( 4 5) (8.2), d i pr kde d2 je odpor oevřené diody D 2, / i je výsupní odpor zdroje dělených impulsů v prodlevě mezi impulsy, pr min je minimální inerval mezi impulsy. Podmínka (8.) zajišťuje nabií sériově spojených kondenzáorů C a C 2 na napěí U m a vylučuje závislos činiele dělení n na šířce impulsů i. Jako spínače s posupným sřádáním náboje je možné použí keréhokoli relaxačního osciláoru, u něhož se ke spínání využívá malý vniřní odpor ranzisoru v nasyceném savu. Proože současné konsrukční posupy elekronických zařízení uplaňují monáž na desičky s plošnými spoji, je nežádoucí použií ransformáorů pro jejich rozměry a váhu, jež jsou ěžko slučielné s osaními mikroelekronickými součáskami. Proo se jako spínače používá někerá z varian mulivibráoru s emiorovou vazbou, kerá je rovnocenná svými vlasnosmi rázujícímu generáoru. Zapojení akového děliče kmioču znázorňuje obr.8.7.

u vs 29 u C2 u výs T = 4 obr.8.6b C D 2 D C 2 T 2 C T B U Z výsup obr.8.7: Zapojení supňoviého děliče s mulivibrá - orem a komplemenárními ranzisory Není-li na vsupu signál, jsou oba ranzisory uzavřeny a kondenzáor C 2 je zcela vybi.po příchodu impulsů na vsup se kondenzáor C 2 supňoviě nabíjí a pro u n u c = U pr se ranzisor T 2 začíná oevíra. Na rezisoru b se objevuje napěí oevírající ranzisor T. To samozřejmě vyvolá zvýšení proudu oběma ranzisory. Mulivibráor se skokem překlápí a zajišťuje ak rychlé vybíjení kondenzáoru C 2. Po ukončení vybíjení přejdou ranzisory z

3 nasyceného savu opě do výchozího uzavření. Prahová úroveň a udíž i dělicí poměr se nasavuje proměnným odporem. C D IN D 2 T 4 T 3 T C T 2 U Z OUT C 2 E B obr.8.8: Jiné zapojení supňoviého děliče s mulivibráorem Dělicí poměr děliče je možné zvěši, jesliže zajisíme sejné supínky nárůsu napěí na kondenzáoru C 2. K omu cíli je zařazen paralelně k C 2 emiorový sledovač s ranzisory T 3 a T 4 (obr.8.8). Teno sledovač má velký vsupní odpor a jesliže jeho přenos je roven jedné, mohou bý jednolivé přírůsky na C 2 sejné u = (- γ).u m (8.3). Maximálního dělicího poměru při sejných přírůscích napěí se dosáhne, jesliže pro nejméně příznivý případ plaí vzahy odkud pomocí (8.3) nalezneme un. ( δ ) = ( + δ ) U pr 2 (n-). u( δ ) = U pr ( δ ), 2 ( + δ)( + δ2) 2( δ + δ ) (8.4). 2 Pro δ = δ2 = 3, dosaneme n max = 9, když bez emiorového sledovače nalezneme n max = 6. Ješě je řeba upozorni na o, že supňoviý dělič může, kromě dělení kmioču, slouži i jako generáor schodoviého napěí. Spojiou změnou odporu rezisoru (obr.8.7) se mění průběh supínků z exponenciálního na lineární. 8.4 Děliče kmioču s monosabilním generáorem U monosabilních děličů mohou mí synchronizační impulsy obojí polariu, proože mohou ranzisor oevíra nebo i zavíra. Přednosí ěcho děličů je, že na jejich výsupu nejsou impulsy v případě, že nejsou i na vsupu. Synchronizace mulivibráoru s emiorovou vazbou (obr.8.9) probíhá následovně.

3 u s C C 2 D D 2 3 2 C B T C B obr.8.9: Zapojení děliče s MKO s emiorovou vazbou B C2 U Z Je-li T oevřen, je na jeho kolekoru velmi malé napěí. Je-li dále děličem, 2 nasaveno napěí na anodě diody poněkud menší než U c min, bude na diodě D malé závěrné napěí. Vsupní impulsy s ampliudou věší než předpěí diody D projdou přes kondenzáor C b na bázi zavřeného ranzisoru T 2. Napěí báze T bude vlivem vazebního rezisoru vyšší než ampliuda dělených impulsů a yo neprojdou na bázi T, proože dioda D je uzavřena. K překlopení MKO dojde vlivem (n - )ho synchronizačního impulsu, oevírajícího T 2. Po překlopení MKO a usálení napěí na kolekoru T bude i dioda D opě spolehlivě u S zavřena. Další n-ý synchronizační T C impuls nyní projde přes diodu D 2 na bázi zablokovaného T a oevře jej. MKO znovu překlopí a jeho činnos se u B opakuje. Abychom zajisili správnou činnos děliče, musíme splni podmínku T 2 E u C u B2 obr.8.: Časové průběhy v děliči podle obr.8.9 nesabilnosi i a n jsou přibližně sejné. i = ( 4 5) C T, n b c c kde T c je perioda synchronizačních impulsů. Pro maximálně spolehlivě dosažielný dělicí poměr plaí n max = /( 2δ + /( Q )( + δ + ) i i (8.5), kde Q = +, za předpokladu, že poměrné i n Příklad: Nechť δ =,2, Q = 5 nmax = 8. i Přednosí děličů s monosabilními KO je o, že dělicí poměr je nezávislý na ampliudě synchronizačních impulsů. Jejich zvlášnos je řeba vidě i v om, že synchronizační impulsy sabilizují pouze periodu dělených impulsů a nikoliv jejich délku.

32 Ze vzahu (8.5) vidíme, že pro dosažení co nejvěšího dělicího poměru je řeba použí synchronizačních impulsů s co nejvěším Q a vysokou sabiliou i.nejvýhodnější jsou proo MKO s emiorovou vazbou a fanasrony. 8.5 Dvojkové impulsní děliče kmioču Mnohem sabilnější jsou děliče pracující jako dvojkové (binární) číače. Dvojkové číače jsou užívány v zařízeních pro rychlé sčíání impulsů a mohou bý aké použiy pro dělení opakovacího kmioču. V binárních číačích se nejčasěji uplaňují inegrované KO (obr.8.). Každý vsupní impuls překlápí KO, avšak skokové změny kolekorového napěí libovolného ranzisoru v jednom směru způsobuje každý druhý vsupní impuls (obr.8.b). Jesliže převedeme pravoúhlé změny napěí někerého z ranzisorů na derivační obvod a dále omezíme diodou D např. záporné impulsy, dosaneme na výsupu pouze impulsy kladné polariy s polovičním opakovacím kmiočem, než je kmioče vsupních impulsů, j. N = 2. Podobné děliče mohou pracova se sejnou úspěšnosí s impulsy, jejichž kmioče se mění od zlomků Hz do sovek MHz,, ale dělicí poměr nemůže bý z principiálních důvodů věší než dvě. u vs KO C u vs D u výs u CT2 u C a) u výs obr.8.: Dělič kmioču s klopným obvodem a) zapojení, b) časové diagramy b) 8.6 Sdružená zapojení Všechna dříve popsaná zapojení děličů opakovacího kmioču impulsů zajišťují dělení s poměrem nanejvýš N = 5 až 2. Abychom dosáhli věších dělicích poměrů, řadíme jednolivé děliče za sebou do kaskády. V akovém případě je výsledný děliel roven součinu dělielů jednolivých děličů.

33 Např. srukurální schéma děliče s N c = 25, obsahuje ři děliče s N = 5 za sebou, akže N c = N N 2 N 3 = 5.5.5 = 25. Dvojkové číače se pro malé N na jeden supeň (N=2) časo řadí do věších celků. Celkový dělicí poměr pak dosahuje hodnoy N C = 2 k, kde k je poče číačů v celém obvodu. Obr.8.2 předsavuje akové sjednocení dvojkových děličů. Celkový dělicí poměr N c = 2 3 = 8. KO C KO2 C KO3 C D u vs / u výs obr.8.2: Dělič s N C = 8 Abychom získali dělicí poměr odlišný od 2 k, je řeba zavés zpěné vazby z výsupů jedněch děličů na vsupy předchozích děličů. Impuls, přivedený na vsup pomocí zpěné vazby, způsobuje dodaečné překlopení KO, což jako důsledek vyvolá změnu (zmenšení) celkového dělicího poměru. Je-li edy požadován ať sudý nebo lichý dělicí poměr rozdílný od N = 2 k, je nejmenší pořebný poče dvojkových obvodů v kaskádě dán nerovnosí k > log 2 > (k - ) (8.6). Pomocí vzpomínaných zpěných vazeb lze sníži dělicí poměr o N N = 2 k N. Příklad: N = 2 k = 5, N = 2 5 2 =. Žádané snížení dělicího poměru z N = 32 o dosáhneme ak, že N rozložíme v mocninnou řadu o základu 2, abychom získali předsavu o rozmísění zpěných vazeb, pořebných pro realizaci N. N = = 2 3 + 2 + 2 = 8 + 2 + = N + N + N 2 3 Odud vidíme, že žádoucí N je možné zajisi řemi zpěnými vazbami. Plaí, že N m k ai bi k = 2 2 = 2 N kde a i a b i jsou pořadová čísla dvojkových děličů, na keré se přivádí (a i ) a ze kerých vychází (b i ) odpovídající zpěná vazba. N N N 2 3 = = k a i bi 3 2. 2 2 = = k a2 b2 2. 2 2 = = k a3 b3 2. 2 2