Рассмотрим раздельно цепи сигнала, управления, питания, а также вспомогательные цепи, учитывая их специфику. Для удобства анализа на всех приводимых схемах УЭА (см. рис. 4,1-4.10) эти цепи выделены штриховыми линиями.

4.1. ЦЕПИ СИГНАЛА

В предыдущих главах были рассмотрены принципы создания цепей сигнала, обеспечивающих выполнение требований технического задания, и положенные в основу проектирования УЭА. Рассмотрим некоторые примеры практической реализации этих принципов.

Цепи сигнала условно можно разделить на однотакт-ные и двухтактные (которые содержат два идентичных канала). Некоторые примеры двухтактных схем, обычно используемых для электросвязи, показаны на рис. 4.1, а, б и 4.2, б. Для таких схем каждый канал может рассматриваться как соответствующий однотактный.

Основные варианты структурных схем цепей сигнала рассмотрены в § 1.4 (см. рис. 1.6). Приведем некоторые примеры практической реализации этих структур (см. рис. 4.1-4.10).

Однозвенные потенциометрические УЭА показаны для УЭ различных типов: Г-образные звенья с включением УЭ в продольное плечо (см, рис. 1.6, а)-на рис. 4.1,6, в; 4.8, а, 4.10,6; Г-образные звенья с включением УЭ в поперечное плечо (см. рис. 1.6,6) - на рис. 4.1, а, 4.2; Г-образные звенья с включением УЭ в оба плеча (см. рис. 1.6, е, г) - на рис. 4.5, а, 4.8, 6, 4.9, а, 4.10, а; Т-образные звенья - на рис. 4.3, а, 4.9, 6; П-образное звено - на рис, 4.6.

Многозвенные потенциометрические УЭА показаны на рис. 4.3, б, 4.5, 4.7.

Некоторые примеры мостовых схем приведены на рис. 4.5 (соответствует структуре рис. 1.6, и), 4.9,в (соответствует структуре рис. 1.6, з).

Улучшение ряда показателей УЭА (как показано выше) достигается усложнением структур звеньев за счет включения в их плечи дополнительных УЭ, различным образом включенных (последовательно или параллельно). В приведенных схемах УЭА встречно-параллельное включение УЭ в продольное плечо показано на рис. 4.2,

встречно-параллельное включение УЭ в последовательное плечо П-образного звена - на рис. 4.6, последовательное включение УЭ для обоих плеч - на рис. 4.3, б.

Практическая реализация цепи сигнала, удовлетворяющей всем условиям технического задания, выдвигает ряд требований для цепей управления, сигнала и вспомогательных. Эти требования и соответствующие схемотехнические решения для их выполнения рассмотрены ниже.

4.3. ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ

4.3.1. Структурная схема цепи управления

В состав структурной схемы цепи управления в общем случае входят следующие элементы (рис. 4.11, а):

1) управляемая цепь УЭ (УЦ), которая в зависимости от типа УЭ и способа регулирования характеризуется диапазоном изменения тока (/max-/щщ) или напряжения (f/mai-f/min). Соответственно будем различать токовое и потенциальное управление;

2) управляющий элемент, который в свою очередь может управляться током (/у) или напряжением (Uy);

3) источник управляющего воздействия (И), характеризуемый диапазоном изменения к (Xmas-Vin);

4) преобразователь управляющего воздействия (П), который преобразует к соответственно в /у или Uy. В состав такого преобразователя при необходимости могут входить также усилители постоянного тока (УПТ). Кроме того, в состав преобразователя в общем случае могут входить и преобразователи закона управления, например логарифмические, осуществляющие выполнение функции

=/(igO;

5) цепь питания (ЦП), обеспечивающая задание начального режима УЦ и питание цепей постоянного тока управляющего элемента и П;

6) вспомогательные цепи (ВЦ), обеспечивающие необходимое согласование и разделение различных цепей, температурную компенсацию и ряд других функций.

Цепи питания, вспомогательные цепи и преобразователи рассматриваются ниже, в § 4.4.

Управляемые цепи (УЦ) в зависимости от структуры

цепи сигнала могут различаться количеством УЭ и способом их соединения. При двух и более УЭ требования, предъявляемые к управляющему элементу, могут быть различными.

Для УЭ, управляемых током, в частном случае, при наличии двух УЦ (см. рис. 4.11, б), могут быть поставле-

Рис. 4.11.

ны следующие условия. В пределах заданного диапазона (/max-/тш): ТОКИ И /а могут быть равными (/i = /2); токи могут быть разными (hh); между токами должно сохраняться требуемое соотнощение (/i 2=const); сумма токов или их произведение должны сохраняться неизменными (/i + /2 = const, или /i/2 = const); изменения токов должны происходить в противофазе и т. д.

Аналогично для УЭ, управляемых напряжением, в частном случае, при наличии двух УЦ (см. рис. 4.11,б), могут быть поставлены следующие условия. В пределах заданного диапазона (t/mai-f/min): напряжения Ui и f/j могут изменяться независимо друг от друга {ифиа); должно сохраняться неизменным равенство напряжений (Ui = U2) или их сумма (f/i + f/2=const).

Для некоторых УЭ, в частности полупроводниковых диодов, понятие токового или потенциального управления является условным. В связи с этим в дальнейшем под токовым управлением будем понимать изменение тока УЦ с помощью управляющего элемента в заданном диапазоне (/max-/min)> а ПОД потенциальным управлением - изменение напряжения в заданном диапазоне (f/max-C/min). Во всех случаях /min, fmin условно соответствуют закрытому УЭ, а /max, t/mai - ОТКрыТОМу .

Для полупроводниковых диодов задачи, решаемые при потенциальном и токовом управлении, часто оказываются взаимосвязанными. Так, например, при идентичности двух диодов (имеющих одинаковые значения Iq и Y) обеспечение условия /1/2=const означает:

а следовательно, сводится к необходимости поддержания неизменной суммы напряжений t/i и С/г-

Управляющие элементы в зависимости от назначения могут быть предназначены для токового управления - токовые управляющие элементы (ТУЭ) и для потенциального управления (ПУЭ). В свою очередь управляющие элементы могут управляться напряжением (t/y) или током (/у). Поэтому разделим их на ТУЭ и ПУЭ, управляемые током и управляемые напряжением.

Идеальный ТУЭ может рассматриваться как источник тока I с gi = Q (у которого ток не зависит от нагрузки), а идеальный ПУЭ - как источник напряжения с Г1=0 (у которого напряжение не зависит от нагрузки). В реальных управляющих элементах для улучшения их свойств широко используют активные элементы и цепи обратной связи.

В простейших УЭА структурная схема не содержит управляющего элемента. Так, например, в цепях управления УЭА на р~п диодах (см. рис. 4.1) осуществляется потенциальное управление без управляющего элемента.

Рассмотрим некоторые типы ТУЭ и ПУЭ, используемые в цепях управления.

4.3.2. Токовые управляющие элементы

В качестве ТУЭ, управляемых напряжением, используются различные типы схем, выполненных на основе транзисторов и операционных усилителей.

Рис. 4.12.

На рис. 4.12 показаны различные типы ТУЭ, управляемых напряжением, выполненных на основе биполярных транзисторов.

Простейший ТУЭ такого типа (рис. 4.12, а) содержит

транзистор с общим эмиттером, в коллекторную цепь которого включен УЭ. В этом случае / = /к. Пренебрегая базовым током, получим

/4 = /зоез\

(4.1)

где /эо, уэ - параметры транзистора.

Как следует из формулы (4.1), ток / и напряжение Uy связан1л экспоненциальной зависимостью, и, следовательно, входная цепь такого ТЭУ может рассматриваться в качестве логарифматора, являющегося элементом преобразователя.

Требуемое значение начального тока (/max или /min) может быть установлено изменением начального режима базовой цепи транзистора (выбором напряжения £0). При этом для тока /шах

При включении в цепь эмиттера резистора R (рис. 4.12, б) и пренебрежении базовым током

(4.2)

Как следует из выражения (4.2), при Оу1/уэ вторым членом в скобках можно пренебречь, тогда сохраняется линейная зависимость между / и Uy.

При использовании схемы, показанной на рис. 4.12, в, каждый УЭ имеет независимую управляемую цепь, и, следовательно, могут быть выполнены условия: и

При объединении базовых цепей транзисторов Т/ и 2 (рИс. 4.12, г) соотношение токов А и h определяется выражением

= const.

в результате по сравнению со схемой, представленной на рис. 4.12, в, может быть выполнено также условие A 2=const.

Простейшие ТУЭ могут включаться каскадно. Так, например (см. рис. 4.12, d), ТУЭ на транзисторе Т! по отношению к Т2 служит инвертором. В результате ток