радиоликбез

 

Времязадающие RC-цепи применяют во многих случаях. Когда требуется, чтобы время разряда конденсатора было много меньше времени его заряда, используют разрядный диод, включенный параллельно резистору (рис.1).

 

Рис. 1

Соберем сначала схему без диода. Возьмем конденсатор емкостью 0,022 мкФ и 9-вольтовую батарею питания. Подключим осциллограф параллельно резистору R1. При замыкании кнопки SB1 наблюдаем на экране осциллографа импульс положительной полярности, а при размыкании кнопки импульс отрицательной полярности, равный по амплитуде напряжению питания. Тут вопросов нет, все по теории.

Теперь включим параллельно резистору диод VD1. При замыкании кнопки видим импульс положительной полярности, а при размыкании кнопки... снова импульс положительной полярности, правда, меньший по амплитуде, но равный по длительности импульсу при замыкании кнопки.

Это может вызвать сбои в работе схем. Например, если такую цепочку включить на вход сброса счетчика. Прошел положительный импульс сброса, счетчик обнулился, далее в него записалась информация (по информационным входам), а потом с этой цепочки снова пройдет неучтенный импульс сброса. Почему?

Рис. 2

Для понимания возникающего эффекта учтем имеющуюся в схеме индуктивность монтажа (L1 на рис.2а). Она хоть и маленькая, но обязательно присутствует. Разобьем процесс коммутации на 4 этапа.

1 этап. Замыкаем кнопку SB1, и конденсатор С1 заряжается через резистор R1 до напряжения питания (полярности напряжений на индуктивности L1 и на конденсаторе С1 показаны на рис.2б).Индуктивностью L1 можно пренебречь, так как сопротивление R1 велико, и процесс — низкочастотный.

2 этап. Разомкнем кнопку SB1. И тут начинается интересное. Конденсатор С1 будет быстро разряжаться через диод VD1, который нужно рассматривать как нелинейное сопротивление и учитывать падение напряжения на его р-n переходе (при напряжении питания ниже 2 В этот эффект пропадает). Этот процесс—более быстродействующий (примерно на 3 порядка), и индуктивностью монтажа пренебречь нельзя. На этом этапе энергия, запасенная в конденсаторе, перекачивается в энергию индуктивности проводов (образуется последовательный колебательный контур).

3 этап. Ток в цепи конденсатора уменьшается, и энергия, запасенная в индуктивности монтажных проводов, переходит (естественно, с определенным КПД) снова в конденсатор. При уменьшении тока в цепи индуктивность пытается поддержать ток, при этом полярность напряжения на ней меняется на обратную, но диод для такой полярности включен в прямом направлении, и происходит очень быстрый заряд конденсатора в обратной полярности. Процесс на 3 этапе — также высокочастотный.

4 этап. На нем диод, как и на первом этапе, закрыт, и мы снова видим на осциллографе импульс положительной полярности, причем его длительность равна длительности импульса на 1 этапе. Амплитуда импульса будет меньше (надо учитывать КПД). Процесс — снова низкочастотный.

Вот какой интересный эффект можно получить. “Изюминка" кроется в том, что 2 и 3 этапы — быстродействующие. Их можно рассмотреть на осциллографе, но требуется внимательность. А без этого мы видим фокус, т.е. то, чего просто не может быть! Но достаточно в последовательный колебательный контур внести сопротивление потерь, равное 100 Ом (например, включив последовательно с диодом соответствующий резистор), и эффект исчезнет.

Ориентировочно можно считать, что на 1 м одиночного провода приходится распределенная индуктивность около 2 мкГн. Общая длина проводников в схеме — порядка 60...80 мм, поэтому индуктивность проводов будет 0,1. ..0,15 мкГн.

Вывод. При ускорении процесса разряда емкости с помощью диода последовательно с ним обязательно нужно ставить токоограничительный резистор, чтобы процесс оставался низкочастотным. Для микросхем с полевыми транзисторами его величину выбирают в пределах 20...30 кОм, чтобы не превышать нагрузочную способность выходов микросхем.

 

А.Сучинский.

Литература.

1. Гинкин Г.Г. Справочник по радиотехнике. — М.-Л.: Госэнергоиз-дат, 1948, С.208.

2. Б.Картер и Р.Манчини. Операционные усилители для всех. — М.: Додэка XXI, 2011, С.421.