Применение устройств задержки
Л. – Незнайкин, не играй словами. При выполнении последовательного ряда операций довольно часто бывает необходимо содержать сигнал на регулируемый отрезок времени. К такому способу, в частности, прибегают, когда с помощью сигнала хотят иметь систему единого времени для включения изучаемого процесса и начала развертки осциллографа, предназначенного для наблюдения этого процесса. Сигнал включают с определенной задержкой, а осциллограф – без задержки. Благодаря этому мы можем превосходно следить за процессом по экрану осциллографа, так как его развертка включается до начала процесса.
Н. – Скажи, пожалуйста, Любознайкин, а не разумнее было бы включить осциллограф с некоторым опережением относительно явления, чем задерживать начало явления?
Л. – Тогда, Незнайкин, открой мне секрет «схемы опережения», где следствие появляется раньше причины, его породившей, т. е. способной давать импульс на выходе раньше, чем был подан импульс на ее вход, и я гарантирую тебе, во‑первых, всемирную известность, а затем крупный успех в академических кругах!
Н. – Правильно, а я об этом не подумал. Значит, опережающему осциллографу предпочитают отстающее явление… положительно все относительно в подлунном мире.
Л. – Я позволю себе спуститься из высоких философских сфер на нашу бренную землю, чтобы напомнить тебе, что уже довольно поздно. Я не хотел бы стать причиной язвительного объяснения Поленьки с тобой…
|
|
|
Н. – Ты совершенно прав, и мы продолжим нашу беседу в следующий раз.
Беседа девятая
ВЫДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ
Наш молодой друг желает все же навести порядок в сигналах (а также в своих идеях…). Поэтому он старается разобраться, как можно различать, т. е. разделять сигналы по частоте, амплитуде и длительности. Он убеждается, что история про кошку с котятами разъясняет проблему амплитудных селекторов.
Незнайкин – Подвергшиеся твоим изощренным пыткам сигналы отличаются исключительным разнообразием форм, и теперь, дорогой Любознайкин, нам, вероятно, будет довольно сложно среди них ориентироваться.
Любознайкин – Не очень, импульсы ты не спутаешь с синусоидами; достаточно взглянуть на экран осциллографа, чтобы установить, с какими сигналами мы имеем дело.
Н. – Согласен, но для этого всегда требуется человек, который смотрел бы на осциллограф. А нельзя ли для разделения сигналов устроить автоматическую сортировку?
Л. – Разумеется, можно. И я вижу, что пришло время поговорить о дискриминаторах.
Н. – Для чего нужны эти сооружения?
Л. – Речь идет всего‑навсего об устройствах, способных обнаружить изменения той или иной характеристики сигнала. Так, например, частотный дискриминатор выдает на выходе положительное или отрицательное напряжение, если частота подаваемых на его вход сигналов оказывается выше или ниже заданной частоты, определяемой свойствами самого дискриминатора.
|
|
|
Дискриминатор
Н. – А, правильно, ведь я же должен был вспомнить. Дискриминатором называют узел, который в радиоприемниках с частотной модуляцией заменяет классические детекторы приемников с амплитудной модуляцией. Следовательно, это устройство я знаю.
Л. – В самом деле, названные тобой дискриминаторы широко используют в радиоприемниках. В радиоэлектронной аппаратуре промышленного назначения частотные дискриминаторы обычно используют для обнаружения изменения частоты с совершенно иной, чем в радиоприемнике ЧМ сигналов, целью. Так, например, щуп измерителя толщины заставляют воздействовать на подвижную обкладку конденсатора, включенного в колебательный контур. Об использовании такого преобразователя, как ты, вероятно, помнишь, мы уже говорили. Колебательный контур является частью генератора, вырабатывающего сигнал, частота которого изменяется в зависимости от перемещения подвижной обкладки конденсатора. Переменное напряжение с изменяющейся частотой подается на вход дискриминатора, напряжение на выходе которого изменяется в соответствии с положением подвижной обкладки.
|
|
|
Н. – Значит, такая система всегда дает большее или меньшее напряжение в зависимости от входной частоты?
Л. – Возможны и устройства другого типа. Например, у тебя может возникнуть потребность в системе, которая получила бы на общем входе сигналы разной частоты и распределяла бы эти сигналы по различным каналам… в зависимости от того, какой частоты сигналы для какого канала требуются.
Н. – Должно быть такую систему дьявольски сложно сделать!
Л. – Совсем нет, наоборот, очень даже просто. Достаточно сделать несколько избирательных усилителей (рис. 87), снабдить каждый из них соответствующим фильтром, настроенным на определенную полосу частот, и одновременно на все подать общий входной сигнал. Полосы пропускания фильтров не перекрывают друг друга, а размещаются рядом, поэтому входной сигнал будет направлен в соответствующие частотные каналы; таким образом, можно рассортировать сигналы по частоте.
Рис. 87. В зависимости от частоты входного сигнала фильтры направляют его на различные усилители. Так происходит разделение сигналов по частоте.
|
|
|
Амплитудная селекция
Н. – А можно ли сделать устройство для сортировки сигналов по амплитуде?
Л. – Это совсем не сложно, можно воспользоваться схемами амплитудных ограничителей, которые я нарисовал для тебя на рис. 53, 54 и 55; потребуется лишь внести некоторые изменения. Рассмотрим в качестве примера изображенную на рис. 88 схему. Она даст выходное напряжение лишь в том случае, если входное напряжение Uвх превышает величину + Uпор . До тех пор, пока Uвх меньше + Uпор , диод заперт.
Рис. 88. На выход схемы импульс Uвых проходит только в том случае, если на вход ее подают импульс Uвх с пиковым напряжением, большим + Uпор .
Н. – А для чего понадобились конденсатор С и резистор R2 ?
Л. – Они служат для устранения постоянной составляющей, появляющейся на катоде диода в результате подачи порогового напряжения + Uпор .
Н. – Тогда очень легко разослать по разным направлениям сигналы с разной амплитудой. Достаточно сделать несколько устройств по твоей схеме (рис. 88) на возрастающие ступеньками значения + Uпор и в каждом канале получим строго заданные напряжения.
Л. – В самом деле разделение сигналов по амплитуде производится таким способом, но задача несколько сложнее, чем ты думаешь. Представь себе, что мы сделали пять устройств по приведенной на рис. 88 схеме, рассчитанные на пороговые напряжения + Uпор соответственно 2, 4, 6, 8 и 10 в. Входной сигнал мы одновременно подадим на все соединенные между собой аноды диодов. Само собой разумеется, что катод диода с порогом + 10 в пропустит сигнал на вход лишь в том случае, когда входное напряжение превышает 10 в. Точно так же и катод диода с порогом 4–6 в пропустит лишь сигналы с амплитудой больше 6 в. Но может случиться так, что нам понадобится направить в канал сигнал лишь тогда, когда напряжение на входе, например, находится в пределах от +6 до +8 в.
Н. – Но я не вижу никакой проблемы. Этот сигнал мы получим на катоде диода с порогом +6 в.
Л. – Незнайкин, ты сейчас напомнил мне одного моего друга. У него была кошка, которую он очень любил и для удобства которой устроил в нижней части двери кошачий лаз, т. е. достаточно большое отверстие, чтобы кошка могла свободно пройти через него. Но однажды его любимица окотилась, и мой друг, желая дать возможность котятам также легко выходить из квартиры, решил сделать рядом с основным лазом несколько других меньшего размера…
Н. – Я не вижу, какое отношение эта история имеет к теме нашей беседы, но уж раз мы начали говорить о твоем приятеле, должен заметить, что маленькие лазы совершенно не нужны, так как котята могут пройти через уже имеющийся вслед за своей матерью…
Л. – Ты это сам сказал, Незнайкин. Катод диода с порогом +6 в пропустил сигнал, когда входное напряжение превысит 6 в, но он не задержит сигнал, когда входное напряжение превысит и 8 в.
Н. – Ах! Как я об этом не подумал! Но тогда я совсем не вижу выхода.
Многоканальный селектор
Л. – Успокойся, положение не безвыходное. Выделить сигналы с амплитудой от 6 до 8 в можно с помощью схем, носящих название схем несовпадения, которые приводятся в действие сигналами с катода с порогом +6 в и запираются сигналами с катода с порогом +8 в.
Н. – Согласен, но ты решил проблему, как по мановению волшебной палочки. Что это за схемы несовпадения, о которых я никогда ничего не слышал?
Л. – Такие схемы отличаются исключительным разнообразием. Например, систему для получения нужных сигналов можно установить на выходе диода с порогом 4–8 в. Такой системой, в частности, может послужить одновибратор (устройство с одним устойчивым состоянием), срабатывающий, когда сигнал превышает 8 в. Сигнал этого одновибратора будет запирать усилитель, на вход которого обычно подается сигнал с катода диода с порогом +6 в. Таким образом, этот усилитель будет работать только тогда, когда входной сигнал превышает 6 в (на его вход может пройти лишь сигнал с амплитудой больше 6 в, но менее 8 в). Сигналы более 8 в вызывают срабатывание однотактного триггера, который запирает усилитель.
Н. – Я начинаю понимать, но я бы хотел, чтобы ты внес ясность по двум возникшим у меня вопросам. Во‑первых, почему ты поставил однотактный триггер на выходе диода с порогом 4–8 в; во‑вторых, как делают такой запираемый усилитель?
Л. – Этот одновибратор я использовал только для того, чтобы получить напряжение, изменяющееся от «ничего» до «всего», когда диод с порогом 4–8 в начинает пропускать ток. Если для запирания усилителя я воспользовался бы непосредственно сигналом с катода этого диода, то запирание происходило бы более или менее энергично в зависимости от того, насколько входное напряжение превышает 8 в. Одновибратор здесь используется для придания запирающему сигналу соответствующей формы и величины, так сказать, для стандартизации импульсов. Уже при малейшем превышении входным напряжением 8 в одновибратор дает сигнал заданной формы и величины.
Запираемый усилитель можно сделать по схеме, которую я начертил на рис. 89.
Рис. 89. Поданный на вход диода импульс с напряжением выше 6 в отпирает транзистор Т2 , если только поступающий в точку А импульс не запрет транзистор Т1 .
Как ты видишь, транзистор Т1 обычно находится в состоянии насыщения. В самом деле, его база через резистор R 2 соединена с +Е , и он накоротко замыкает цепь эмиттера Т2 на корпус. Все происходит, как если бы эмиттер транзистора Т 2 был заземлен. В это время транзистор Т2 заперт, напряжение смещения на его базе равно нулю. Этот транзистор отпирается напряжением, поступающим с катода диода с порогом +6 в. Если в точке А нет никакого сигнала, то приходящий на базу Т2 сигнал создаст отрицательный сигнал на его коллекторе. И наоборот, если в точку А с однотактного триггера под воздействием сигнала с катода диода с порогом +8 в придет отрицательный импульс, транзистор Т1 запрется на все время его длительности и изменений на выходе (на коллекторе Т2 ) никаких не будет даже при отпертом транзисторе Т2 .
Н. – Но признайся, Любознайкин, что твоя схема эффективна только для сигналов, которые могут прийти на базу Т 2 во время выдаваемого однотактным триггером сигнала. Если же приходящие на базу транзистора Т2 сигналы окажутся более продолжительными, то вся система не сработает.
Л. – Ты прав, в принципе эта система рассчитана только на относительно короткие импульсы. При желании сделать ее пригодной для любых сигналов следовало бы заменить одновибратор своего рода триггером Шмитта и непосредственно связать выход этого триггера с базой транзистора Т1 .
Н. – Тогда твой амплитудный селектор превратится в относительно сложное устройство; к счастью, у него всего лишь пять каналов.
Л. – Не успокаивайся так легко, Незнайкин. Существуют амплитудные селекторы с числом каналов до 100 и даже до 200. Просто нужно достаточное количество раз повторить описанную схему. Такие селекторы, в частности, применяются для селекции импульсов, поступающих со счетчика Гейгера – Мюллера или со сцинтилляционного счетчика. Они позволяют раздельно подсчитывать импульсы с амплитудой меньше 1 в, от 1 до 2 в, от 2 до 3 в и т. д. Такой раздельный подсчет импульсов определенного уровня позволяет получить представление об энергетическом спектре обнаруженных названными датчиками частиц.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 192; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!