Что такое линейно изменяющееся напряжение

от admin

Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), или генераторы пилообразных напряжений, предназначены для формирования импульсов выходного напряжения, обычно имеющих форму неравностороннего треугольника. Такое изменение напряжения часто называют пилообразным. Существует симметричная и несимметричная формы пилообразного напряжения. Симметричное линейно изменяющееся напряжение применяется в радиовысотомерах, а несимметричное — в развертках осциллографов, электронно-лучевых трубках и экранах телевизоров. Линейно изменяющуюся, как правило, более длительную часть импульса, принято называть прямым (рабочим) ходом с длительностью Гр, а короткую часть — обратным ходом (стадией восстановления) с длительностью 7^р. Амплитуда пилообразного импульса ?/выхтах определяется разностью напряжений в начале и конце прямого хода. В общем случае соотношение длительности прямого и обратного ходов принимает различные значения. Формы импульсов так же разнообразны (например, трапециевидные). За основу будем брать наиболее широко распространенные генераторы пилообразного напряжения, с помощью которых можно получить и трапециевидные импульсы, применяя диодные схемы ограничителей (см. гл. 3).

Получить линейно изменяющееся напряжение можно на обкладках конденсатора, заряжающегося через большое сопротивление. Примером генератора является интегрирующая цепочка, на которую подано постоянное напряжение. Вариантом схемы формирователя линейно нарастающего напряжения является генератор на основе инвертора и конденсатора (рис. 5.10). На схеме рис. 5.10, а конденсатор С заряжается через резистор RK от +?п до напряжения UbUX шах с относительно большой постоянной времени 0 = RC. При открытом транзисторе конденсатор С разряжен практически до нуля (через открытый транзистор). После запирания транзистора конденсатор начинает медленно заряжаться через резистор RK. На начальном участке напряжение на обкладках конденсатора нарастает по линейному закону, а по мере насыщения конденсатора рост напряжения замедляется и больше соответствует нелинейной, экспоненциальной зависимости от времени.

Если на вход формирователя поступает последовательность положительных импульсов с большой скважностью, то каждый импульс будет открывать транзистор и разряжать конденсатор, формируя обратный ход. В промежутках между импульсами будет формироваться линейно нарастающее напряжение (см. рис. 5.10, в). Для обеспечения линейной зависимости нарастания напряжения постоянная времени заряда должна быть довольно большой. Для этого, как правило, выбирают электролитический конденсатор большой емкости С = 10. 20 мкФ и резистор с сопротивлением 5. 10 кОм.

Нелинейность изменения напряжения является главным недостатком подобных формирователей. Для борьбы с нелинейностью применяют различные методы. В частности, используют ограниченный начальный участок времени заряда конденсатора, нелинейное усиление сигнала или электронный интегратор на основе операционного усилителя. В некоторых случаях, когда не предъявляются высокие требования к линейности, используют простые схемы ГЛИН.

Кроме указанных временных характеристик к основным параметрам ГЛИН следует отнести коэффициент использования напряжения питания Кп= ивыхтгхп и коэффициент нелинейности Кт. Обычно Кп >10%, — низкую.

В схеме простейшего ГЛИН содержится интегрирующая цепь, работающая при формировании прямого хода. Из анализа интегрирующих цепей (см. гл. 3) следует, что при 1/шх « Еп скорость нарастания напряжения максимальна и почти постоянна, а Км > 0. Таким образом можно заключить, что использовать рассматриваемый вариант ГЛИН желательно лишь при небольших Тр, т.е. при Тр « RC. Из анализа схемы также следует, что в ГЛИН необходимо осуществлять стабилизацию тока заряда, т.е. снижать влияние /(/) = (?пUBblx(t))/RK. В качестве стабилизаторов тока можно использовать биполярные и полевые транзисторы, работающие на пологих участках ВАХ.

Стабилизация тока осуществляется тем лучше, чем больше дифференциальное сопротивление токостабилизирующего элемента, являющегося в нашем случае сопротивлением RK цепи заряда конденсатора С. В качестве токостабилизирующего элемента в схемах ГЛИН используют полевой транзистор (см. рис. 5.10, б). Полевой транзистор, включенный последовательно с резистором /?, создает эквивалентное сопротивление /?э= /?вн( 1 + + SR), где /?ви — внутреннее сопротивление полевого транзистора; S — крутизна характеристики. На практике удается получить /?э= 11,5 МОм с хорошей стабилизацией тока. Такой ГЛИН прост и экономичен. Его применяют довольно часто, когда допустимый АГНЛ = 2. 5%.

Рис. 5.11. Принципиальная схема ГЛИН с токостабилизирующим элементом на транзисторах

Более высокие показатели характерны для ГЛИН с токостабилизирующим элементом на биполярном транзисторе (рис. 5.11) [ 11). В этой схеме стабилизация тока заряда основного конденсатора С/ осуществляется с помощью обратной связи, созданной посредством включения конденсатора СО. Положительная обратная связь порождает появление компенсирующего напряжения на зарядном резисторе RK, пропорционального напряжению на основном конденсаторе UCj.

В исходном состоянии транзистор VT1 открыт и насыщен, в результате чего Ua = 0. Конденсатор СО через диод и резистор /?э заряжается до Uco = ?к, после чего 1/вых = 0.

При поступлении отрицательного импульса UM транзистор VT1 закрывается и начинается формирование прямого хода пилообразного напряжения за счет заряда С7 через диод и RK. Транзистор VT2 включен по схеме с обшим коллектором, так что будет повторять значения Ua? Это напряжение, складываясь с UCo, поступает на диод и закрывает его. После этого заряд С/ происходит по следующей цепи: VT2, СО и RK. Цепь заряда представляет собой токостабилизирующую структуру. Действительно, если напряжение на нижнем выводе RK равно иа, то на верхнем выводе будет Ua+ Uсо- Поскольку всегда СО» С/, то за время прямого хода Тр конденсатор СО почти не разряжается. В результате падение напряжения на резисторе RK практически нс меняется и остается равным Uсю- Ек, чем и определяется постоянство тока заряда. После окончания действия импульса UBX транзистор VT1 открывается, и С/ разряжается, формируя обратный ход пилообразного напряжения. Рассмотренный вариант ГЛИН обеспечивает Кил = I . 2 %.

Существуют и другие ГЛИН, построенные на основе приведенной схемы. В них часто используют дополнительный источник питания эмиттерной цепи VT2, вместо эмиттерного повторителя включают повторитель на ОУ и т.д. Большинство этих вариантов обеспечивают Кнл = 1. 2 % и Кп = 0,9.

При необходимости получить Кп > 1 можно использовать ГЛИН, со встроенным преобразователем напряжения (рис. 5.12) [11].

Полевые МД П-транзисторы VT1 и VT3 имеют индуцированный я-канал, a VT2 — встроенный. МДП-транзисторы VT1 и VT2 вместе с конденсатором С/ и резистором R1 образуют собственно ГЛИН, где токостабилизирующим элементом являете я VT2. МДП- транзистор VT3 вместе с диодом VD, конденсатором С2 и резистором R2 образуют цепь повышения напряжения (встроенный преобразователь напряжения).

Принципиальная схема ГЛИН с токостабилизирующими элементами на полевых транзисторах

Рис. 5.12. Принципиальная схема ГЛИН с токостабилизирующими элементами на полевых транзисторах

При поступлении на вход генератора положительного напряжения UBX транзисторы VT1 и VT3 открываются. Если перед этим конденсатор С1 был заряжен, то происходит его разряд, т.е. формируется обратный ход пилообразного напряжения ?/вых. Одновременно заряжается конденсатор С2 по следующей цепи: ?„, диод, С2, VT3, общая шина. В результате напряжение UC2 стремится к Еп. После окончания входного импульса транзисторы VT1 и VT3 закрываются. Напряжение UC2 будет складываться с Еп через резистор R2. Этим суммарным напряжением будет осуществляться заряд конденсатора Cl через резистор R1 и транзистор VT3. Постоянная времени заряда зависит как от номинала С7, так и от параметров VT2, R1 и R2. В результате формируется участок прямого хода пилообразного напряжения, у которого ?/вьгхтах стремится к 2Еп. Для успешной работы такого ГЛИН необходимо, чтобы С2 » С1.

Простейшие ГЛИН выполняются на основе ОУ (рис. 5.13, а). По существу такой ГЛИН является аналоговым интегратором, работа которого была рассмотрена в гл. 3.

На инвертирующий вход ОУ поступают двуполярные импульсы управления в виде меандра, сформированного симметричным мультивибратором (рис. 5.13, б). При положительном U^ формируется изменение напряжения ?/ВЬ1Х в виде линейно изменяющегося уменьшающегося напряжения. При отрицательной полярности входного напряжения формируется ход линейно возрастающего напряжения 1/вых. Процесс формирования линейного напряжения определяется постоянной времени интегрирования, которая во много раз больше постоянной времени заряда конденсатора. Таким образом, на выходе преобразователя получается двуполярное пилообразное напряжение с высоким качеством линейной зависимости и большой амплитудой колебаний.

Для стабилизации работы в ГЛИН на ОУ часто вводят стабилизирующие структуры ограничителей амплитуды. Дополнив рассмотренное устройство компаратором во входной цепи и ОС, связывающей выход ГЛИН со входом компаратора, нетрудно реализовать вариант автоколебательного генератора линейно изменяющегося напряжения.

Во многих случаях требуется иметь не линейное изменение напряжения, а линейное изменение тока, для получения которого необходимо реализовать большое сопротивление /?вых. Генератор такого типа называется генератором линейно изменяющегося тока. Он находит основное применение в отклоняющих системах электрон но-лучевых трубок.

В цепях мультивибраторов, блокинг-генераторов и других генераторах с релаксационными RС-цепями есть конденсаторы, с

ГЛИН на операционном усилителе

Рис. 5.13. ГЛИН на операционном усилителе: а — принципиальная схема; б — эпюры напряжений

Схемы генераторов пилообразных напряжений блоков развертки телевизоров на основе мультивибратора (а) и блокинг-генератора (б)

Рис. 5.14. Схемы генераторов пилообразных напряжений блоков развертки телевизоров на основе мультивибратора (а) и блокинг-генератора (б)

обкладок которых можно снять линейно изменяющееся напряжение. Таким образом, в качестве ГЛИН можно использовать мультивибратор (рис. 5.14, а). Например, несимметричный мультивибратор используют для кадровой развертки в некоторых марках телевизорах. Также для кадровой развертки в телевизорах ГЛИН на основе блокинг-гснератора (рис. 5.14, б).

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Линейно изменяющееся напряжение ( рис. 6.22) характеризуется двумя промежутками времени: рабочего хода / р а, з течение которого напряжение изменяется по линейному закону, и обратного хода Гсбр, в течение которого напряжение возвращается к исходному значению. Закон изменения напряжения за время обратного хода обычи о не существен.  [2]

Линейно изменяющееся напряжение генератора развертки , усиленное усилителем X, смещает электронный луч по экрану ЭЛТ слева направо с постоянной скоростью, высвечивая на его экране траекторию. По окончании действия напряжения генератора развертки напряжение на горизонтально отклоняющих пластинах равно нулю и луч возвращается в исходное положение в левой части экрана. После этого процесс повторяется. Таким образом, смещение к луча по горизонтали пропорционально времени i: xki. Если на вертикально отклоняющие пластины напряжение не подано, то на экране будет наблюдаться горизонтальная прямая.  [3]

Его линейно изменяющееся напряжение также подают на ЭЛТ. В результате линия горизонтальной развертки пропорциональна изменению частоты, а резонансные частоты отмечаются появлением пиков на соответствующих участках линии развертки. Измерительный блок 9 обеспечивает возможность перевода частотно-временных интервалов между резонансными пиками в измеряемую величину — толщину ОК — Чем больше измеряемая толщина, тем больше резонансных пиков и тем меньше интервал между ними.  [4]

Периодическое линейно изменяющееся напряжение , для которого выполняется это условие, называется пилообразным.  [5]

Генератор линейно изменяющегося напряжения должен вырабатывать напряжение с коэффициентом нелинейности, не превышающим 0 01 — 0 02 % при высокой стабильности угла наклона линии напряжения.  [6]

Генераторы линейно изменяющегося напряжения , используемые в цифровых вольтметрах с плавным уравновешиванием, должны иметь погрешность нелинейности, значительно меньшую, чем у генераторов разверток осциллографов.  [7]

Генератор линейно изменяющегося напряжения представляет собой сочетание интегрирующей цепи RC и элементов, обеспечивающих заряд и разряд конденсатора.  [8]

Генератор линейно изменяющегося напряжения , изображенный на фиг.  [9]

Генератор линейно изменяющегося напряжения ( ГЛИН) является самым критичным блоком ПНВ. Заметим, что линейно меняющееся напряжение является функцией входного ступенчатого напряжения, значений сопротивления и емкости, а также их температурных коэффициентов. Даже если для схемы подобраны прецизионные резисторы, имеющие незначительные температурные коэффициенты, найти соответствующий прецизионный термостабильный конденсатор бывает очень трудно. К тому же, как правило, амплитуда входного ступенчатого напряжения V является функцией напряжения питания. Поэтому ГЛИН не может быть стабильным в широком диапазоне значений.  [10]

Um линейно изменяющегося напряжения к Е; поэтому Um невелико.  [11]

Генератор линейно изменяющегося напряжения , работающий в автоколебательном режиме, обеспечивает получение последовательности пилообразных импульсов. Частота повторения их нормально определяется целиком параметрами схемы генератора. Однако обычно можно несколько увеличить частоту повторения путем подачи синхронизирующего сигнала от внешнего источника. Он может появляться на кратной частоте.  [12]

Генератор линейно изменяющегося напряжения с внешним запуском обеспечивает получение одного пилообразного импульса после запуска от внешнего источника, например от генератора запускающих или селекторных импульсов. Желательно получить отдельный пилообразный сигнал, соответствующий каждому входному импульсу запуска.  [13]

Генераторы линейно изменяющегося напряжения , приведенные на рис. 11 — 10, вырабатывают напряжение пилообразной формы, и следовательно, результирующий сигнал не может быть подан непосредственно на отклоняющую катушку для получения линейной развертки. Однако известны два основных метода получения требуемого напряжения на отклоняющей катушке.  [15]

6.2. Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Линейно изменяющимся напряжением (ЛИН) называют напряжение (рис. 6.3), которое в течение промежутка времени, называемого прямым ходом, изменяется практически по линейному закону, а затем в течение промежутка времени, называемого

обратным ходом, возвращается к исходному уровню. Устройства, предназначенные для формирования ЛИН, называются генераторами ЛИН (ГЛИН). Иногда ГЛИН называют генераторами пилообразного напряжения.

ГЛИН характеризуются следующими основными параметрами:

U0 – исходный уровень;

Um – амплитуда ЛИН, которая в реальных схемах может иметь значение от единиц до тысяч В;

Траб – длительность рабочего хода, которая в реальных схемах может иметь значение от десятых долей мкС до десятков С;

Тобр – длительность обратного хода, составляющая отТраб;

– коэффициент нелинейности, характеризующий линейность ЛИН,

, где – скорость изменения напряжения в начале рабочего хода, – скорость изменения напряжения в конце рабочего хода. Поскольку в большинстве реальных схем коэффициент нелинейности должен быть , то амплитуду ЛИН можно найти по формуле;

Читать:
Способ монтажа монтажная плата это как

– коэффициент использования источника питания ;

– добротность схемы .

Основой ГЛИН является емкость, напряжение на которой описывается выражением . Принапряжение на емкости, т. е. изменяется по линейному закону. Следовательно, для линейного изменениязаряд емкости необходимо осуществлять от стабильного источника постоянного тока.

Схемы ГЛИН могут быть:

– фантастронного типа, в которых параметры рабочего хода выходного сигнала определяются самой схемой ГЛИН и не зависят от параметров сигнала, управляющего ключевым элементом. ГЛИН фантастронного типа могут работать не только в ждущем, но и в автоколебательном режиме;

– нефантастронного типа, в которых параметры рабочего хода выходного сигнала определяются параметрами сигнала, управляющего ключевым элементом. ГЛИН нефантастронного типа могут работать только в ждущем режиме.

В зависимости от требований к линейности формируемого напряжения и величине добротности схемы различают три основные разновидности схем ГЛИН:

– простейшие низкодобротные схемы, не содержащие никаких элементов для повышения линейности и имеющие добротность ;

– схемы, содержащие токостабилизирующие элементы и имеющие добротность ;

– схемы компенсационного типа, которые в свою очередь бывают двух разновидностей: с повторительной обратной связью и с отрицательной обратной связью.

Схема простейшего низкодобротного ГЛИН нефантастронного типа и временная диаграмма его работы приведены на рис. 6.4.

До момента времени t1 транзисторный ключ находится в режиме насыщения, т. е. напряжение Uкэ, а значит, и напряжение uвых равны нулю. При подаче в момент времени t1 запирающего импульса напряжения транзистор VT входит в режим отсечки, и емкость C2 заряжается от источника E через сопротивление Rк, причем напряжение на емкости C2 стремится к уровню E. В момент времени t2 транзистор VT вновь входит в режим насыщения, и емкость C2 через малое сопротивление промежутка коллектор-эмиттер RVTнас насыщенного транзистора разряжается. Если промежуток времени t2t1 гораздо меньше τ=RкС2, то напряжение на емкости изменяется по закону близкому к линейному. Таким образом, длительность Tраб пропорциональна τ=RкС2, длительность Tобр пропорциональна С2 RVTнас, откуда следует, что Tобр<< Tраб.

Такая схема ГЛИН не может обеспечить , причем и эта величина достигается только при соответствующем выборе длительности входного импульса. Для обеспечения большей линейности и повышения добротности используются ГЛИН со стабилизацией тока.

Рассмотрим принцип построения ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником, обеспечивающим протекание через него постоянного тока независимо от приложенного напряжения.

Упрощенная схема, поясняющая принцип построения такого ГЛИН, приведена на рис. 6.5. В этой схеме через двухполюсник , представляющий собой нелинейное сопротивление, и емкостьпротекает

ток , определяемый выражением. По мере роста напряжения на емкостичислитель этого выражения уменьшается, но во столько же раз уменьшается сопротивление двухполюсника, так что частное от деления – токостается неизменным.

Простейшим токостабилизирующим элементом является транзистор. При постоянном токе базы (например, на рис. 6.6), даже при значительном уменьшении напряжения(например, отдо)

коллекторный ток транзистора уменьшается незначительно — на величину . Эта величина определяется наклоном пологой части выходной характеристики транзистора. Стабилизирующее действие особенно ощутимо при использовании транзистора в схеме с общей базой, у которого выходные характеристики имеют враз меньший наклон, чем в схеме с общим эмиттером.

Построенная на основе этих рассуждений схема более точного токостабилизирующего двухполюсника приведена на рис. 6.7. Эффект стабилизации обеспечивается наличием отрицательной обратной связи, обусловленной наличием резистора . Предположим, что напряжениеуменьшается отдо. При этом коллекторный ток также стремится уменьшиться.

Это должно привести к уменьшению эмиттерного тока, а значит и к уменьшению падения напряжения на сопротивлении. Напряжениепри этом возрастет, что приведет к увеличению тока базы (например, до величинына рис. 6.6). В конечном итоге ток коллектора изменится на величину, которая.

Токостабилизирующий двухполюсник включается последовательно с конденсатором вместо резистора (рис. 6.4), через который проходил зарядный ток. Схема ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником приведена на рис. 6.8. Такая схема ГЛИН может обеспечитьи добротность.

Принцип действия ГЛИН компенсационного типа также основан на том, что ток, заряжающий или разряжающий конденсатор, не меняется по мере изменения

напряжения на конденсаторе. Однако в отличие от рассмотренного случая постоянство тока в процессе заряда или разряда конденсатора обеспечивается за счет включения в цепь последовательно с конденсатором некоторого источника компенсирующего напряжения . Тогда схему, поясняющую принцип действия токостабилизации (рис. 6.5), следует представить так, как это показано на рис. 6.9.

Напряжение «следит» за напряжением и в любой момент времени компенсирует его. В этом случае ток заряда не меняется во времени. Как следует из

схемы (рис. 6.9) напряжение действует согласно с напряжением и встречно с напряжением .

В соответствии с этим в основу построения принципиальных схем ГЛИН положено либо согласное включение и(оно достигается наличием в схеме положительной обратной связи), либо встречное включениеи(за счет наличия в схеме отрицательной обратной связи).

Можно считать, что в схеме ГЛИН с положительной обратной связью действует эквивалентный источник (обведенный пунктиром на рис. 6.9), напряжение которого увеличивается при заряде конденсатора аналогично, благодаря чему ток в цепи остается неизменным. В таких генераторах выходное напряжение снимается с конденсатора, одна обкладка которого соединяется с «землей», поэтому ни один зажим источникасоединяться с «землей» не должен.

В схеме ГЛИН с отрицательной обратной связью можно мысленно объединить компенсирующий источник и конденсатор (штрихпунктирная линия на рис. 6.9) и считать, что источник обеспечивает неизменный ток в цепи, содержащей только резистор. В таком генераторе один зажим источника(например, отрицательный в схеме рис. 6.9) можно соединить с «землей», а выходное напряжение снимать с компенсирующего источника.

Роль источника может исполнять усилитель постоянного тока с коэффициентом передачи, близким к единице. Наилучшие результаты – получение добротности, лежащей в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч, достигаются при использовании для этих целей интегральных микросхем операционных усилителей.

Схема ГЛИН компенсационного типа с положительной обратной связью, построенная на операционном усилителе, приведена на рис. 6.10.

В этой схеме положительная обратная связь реализуется с помощью резистора . Кроме положительной обратной связи операционный усилитель охвачен и отрицательной обратной связью (,), необходимой для

установления требуемого коэффициента передачи и обеспечения устойчивости. Во время рабочего хода при разомкнутом ключе S конденсатор С (рис. 6.11) заряжается по экспоненциальному закону с постоянной времени

. Сопротивление представляет собой параллельное соединение сопротивлений, где– входное сопротивление схемы, шунтирующее конденсатор. Для нахождения сопротивленияпредположим, что входное напряжение получило

приращение , и определим, где– приращение токапри условии, что конденсаторС отключен, источник и резисторзакорочены, а операционный усилитель – идеальный, т. е. его входные токи равны нулю, а приращения напряжений на инвертирующем входеи неинвертирующем входеодинаковы.

При этих допущения схему рис. 6.10 можно представить так, как она изображена на рис. 6.12. Пользуясь этой схемой, можно записать . Поскольку для неинвертирующего включения

, то и тогда .

Таким образом, сопротивление отрицательно, и эквивалентное сопротивление цепи заряда конденсатораможет быть и положительным и отрицательным, т. е. заряд конденсатора может происходить по экспоненциальному закону как с убывающей скоростью (постоянная времени положительна,), так и с возрастающей скоростью (постоянная времени отрицательна,). В частном случае, при, т. е. приэквивалентное сопротивление цепи заряда бесконечно велико, конденсатор заряжается от идеального генератора постоянного тока, и во время рабочего хода напряжение на конденсаторе растет по линейному закону. Естественно, что в реальных условиях, когда операционный усилитель и ключ неидеальны и имеет место разброс параметров резисторов, закон изменения напряжения на конденсаторе будет отличаться от линейного.

Во время рабочего хода операционный усилитель должен работать в линейном режиме (усилительном режиме, а не режиме ограничения), т. е. максимальная длительность рабочего хода не должна превышать интервал, в течение котороговозрастает отдо, т. е.. Необходимость линейного режима работы операционного усилителя накладывает определенные ограничения на выбор резисторов и уровня. Резисторыипри заданном уровневыбираются из условия, полученного путем преобразования последнего неравенства:или. При определенных значениях сопротивленийисопротивленияинаходятся из полученного ранее условия линейности выходного напряжения.

Введение источника (штриховая линия на рис. 6. 10) в отрицательную обратную связь операционного усилителя позволяет сдвигать передаточную характеристикувдоль оси абсцисс: при увеличениихарактеристика смещается вправо. При этом неравенство, позволяющее выбрать величины сопротивленийи, примет вид:.

ГЛИН компенсационного типа с отрицательной обратной связью на операционном усилителе строится на основе интегратора (рис. 6.13).Во время рабочего хода ключ S разомкнут, конденсатор С заряжается, растет выходное напряжение.

Если полагать входное дифференциальное напряжение и входной ток операционного усилителя равными нулю, то во время рабочего хода

.

Таким образом, в общем случае выходной сигнал пропорционален интегралу от входного сигнала. В частном случае при выходное напряжениерастет по линейному закону.

Схема ГЛИН автоколебательного типа (рис. 6.14) может быть построена на основе интегратора (DA2) путем последовательного включения с ним триггера Шмитта на операционном усилителе (DA1).

Интегратор интегрирует имеющееся на выходе триггера Шмитта постоянное напряжение. Когда выходное напряжение интегратора достигнет порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на выходе триггера Шмитта скачком меняет свой знак (рис. 6.15).

Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера Шмитта. Изменяя постоянную интегрирования, можно в широком диапазоне перестраивать частоту формируемого напряжения. Амплитуда треугольного напряжения U2зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта и составляет, где

границанасыщения операционного усилителя DA1. Период колебаний T равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменялось от до. Отсюда следует, что. Таким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня границы насыщенияоперационного усилителя. С выхода триггера Шмитта можно снимать напряжениеu1(t), представляющее собой меандровую ( />) последовательность прямоугольных импульсов с той же частотой следования.

Генераторы релаксационных колебаний.

Релаксационный генератор — генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме — включён/выключен.

  1. Не могут работать при отключенном источнике энергии.
  2. Являются только автогенераторами.
  3. Являются нелинейными системами, для описания требуют применения нелинейной теории колебаний.

Релаксационные генераторы электрических колебаний бывают следующих видов:

  1. Различные модификации мультивибраторов.
  2. Генератор пилообразного напряжения.
  3. Генератор треугольного напряжения.

Мультивибраторы.

Мультивибратор — релаксационный генератор сигналов электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Мультивибраторы могут быть настроены для работы в одном из трех режи­мов: автоколебательном, ждущем и режиме синхрони­зации.

Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью.

Отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при автоколебательном режиме его работы.

В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают синхронизирующие сигналы.

Режим синхронизации отличается от автоколебательного тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего (синхронизирующего) колебания удаётся подстроить частоту колебаний мультивибратора под частоту синхронизирующего напряжения или сделать кратной ей (захват частоты) для автоколебательных мультивибраторов.

Расчет частоты мультивибратора:

  • fчастота в Гц.
  • R2 и R3 величины резисторов в Омах.
  • C1 и C2 величины конденсаторов в Фарадах.
  • T— длительность периода

Генераторы линейно изменяющегося напряжения.

  • Токостабилизирующий элемент (ТСЭ), обеспечивающий постоянный во времени ток заряда конденсатора C.
  • Конденсатор С, на котором формируется линейно изменяющиеся напряжение.
  • Ключевое устройство (КУ), с помощью которого осуществляется переключение формирования прямого и обратного хода выходного напряжения.
  • Формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий импульсные сигналы управления ключевым устройством (задающий длительность рабочего хода и частоту следования выходных импульсов пилообразного напряжения).
  • Эмиттерный повторитель, согласующий большое сопротивление нагрузки ОУ с малым сопротивлением нагрузки генератора.

Принципы построения схемы ГЛИН и основные параметры.

Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 2. Линейно изменяющееся напряжение образуется при заряде конденсатора С через резистор Rк от источника Ек. Транзистор VT, работающий в ключевом режиме, переключает конденсатор C с заряда на разряд. Временные диаграммы, поясняющие работу простого ГЛИН, приведены на рис. 3.

В исходном состоянии до момента t1 транзистор VT закрыт пороговым напряжением Un, конденсатор С заряжен до напряжения Ек. В момент t1 на его вход поступают импульсы положительной полярности. При поступлении первого импульса транзистор открывается и конденсатор разряжается через открытый транзистор VT. Длительность импульсов, отпирающих транзистор, устанавливается такой, чтобы конденсатор мог разрядиться практически полностью. В момент t2 действие импульса заканчивается, транзистор запирается и начинается заряд конденсатора C в цепи +Ек, Rк, C, -Ек с постоянной времени Rк * С. В этом случае выходная цепь генератора представляет собой удлиняющую -цепь, в которой напряжение источника является входным. Напряжение на выходе такой цепи меняется по экспоненциальному закону, стремясь к напряжению источника Ек.

  • tпр -длительность прямого хода (время, в течение которого происходит заряд конденсатора С через резистор Rk ;
  • tо -длительность обратного хода (время восстановления) — время, в течение которого происходит разряд конденсатора С ;
  • T = tпр + tо -период повторения пилообразных импульсов;
  • Um -амплитуда пилообразных импульсов.

Параметром, характеризующим схему ГЛИН, является коэффициент использования напряжения источника питания Ек, под которым понимают отношение: .

Похожие публикации