3.2.3. Влияние паразитных параметров схемы на выходной импульс

До сих пор рассматривалась идеализированная дифференцирующая цепь, где не учитывались внутреннее сопротивление генератора прямоугольных импульсов Ri и емкость С0 нагрузки.

Наличие внутреннего сопротивления Ri (рис. 3.6) приводит к тому, что напряжение на выходе уменьшается: начальный скачок выходного напряжения составляет только часть входного скачка. При С0 = 0 скачок на входе делится между сопротивлениями Ri и R:

Кроме этого, за счет Ri возрастает постоянная времени цепи t = С(R + Ri), что приводит к растягиванию импульса.

Влияние емкости С0, шунтирующей выход цепи, сказывается на уменьшении амплитуды выходного импульса. Так, при Ri = 0 перепад входного напряжения делится между емкостями С0

т.е. на выход цепи передается тем меньшая часть Um, чем больше С0. Кроме этого, наличие емкости С0 приводит к удлинению заднего фронта и импульса в целом, а сочетание С0 и Ri к удлинению переднего фронта (на емкости С0 напряжение не может иметь скачка).

При совместном действии Ri и С0 форма выходного импульса ухудшается больше, чем от каждого паразитного параметра в отдельности. Для уменьшения влияния Ri и С0 параметры дифференцирующей цепи выбирают так, чтобы выполнялись неравенства: R > Ri и С > С0.

Обычно берут С = (2 ¸ 3)С0. Большие значения емкости С приводят к необходимости уменьшения R (так как должно соблюдаться условие t = CR << tи), что вызывает уменьшение амплитуды uBЫX.

Пример 3.1. Определить параметры элементов дифференцирующей цепи, на вход которой поступают импульсы длительностью tи = 10 мкс с длительностью фронтов tФ = 0,1мкс. Выход цепи нагружен емкостью С0 = 20 пФ.

При выборе значения постоянной времени t можно исходить из следующих соображений. При постоянном напряжении UBX на входе цепи конденсатор С зарядится за время: t = t – до напряжения uC = 0,37UBX (uBЫX = 0,63 UBX), t = 3t – до напряжения uC = 0,95 UBX  (uBЫX = 0,05 UBX), t = 10 t – напряжение на выходе снизится до uBЫX = 4,5×10-5 UBX.

Таким образом, если выбрать t = 0,1 tи, то уже к моменту t = 3 t = 0,3 tи выходное напряжение составит незначительную часть входного напряжения (uBЫX = 0,05 UBX), а к моменту окончания импульса (t = tи = 10 t) uBЫX с большой степенью точности можно считать равным нулю. При t = 0,1 tи активная длительность выходного импульса (tи ВЫХ = 0,7 t) в четырнадцать раз меньше длительности tи входного импульса.

В соответствии с условиями задачи при t = 0,1 tи = 1 мкс длительность фронтов входного импульса значительно меньше выбранного мнения t (tФ = 0,1 t), так что на фронтах импульса рассчитываемая цепь будет переходной, а не дифференцирующей.

Емкость конденсатора цепи возьмем в три раза больше емкости С0. Тогда С = 3С0 = 3× ×20 = 60 пФ. По ГОСТу С = 62 пФ.

При этом сопротивление резистора цепи: R = t /C = (1×10-6) / (62×10-12) » 16 кОм. По ГОСТу R = 16 кОм.