Если напряжение на входе ОУ постоянное, то получаем

Генераторы линейно изменяющегося напряжения.

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формируют напряжение пилообразной формы (рис. 16.5б), которое необходимо для создания разверток на экранах осциллографов, телевизоров и др. индикаторов, для преобразователей аналоговых величин в цифровые, преобразователей амплитуда-время и для др. целей.

Для формирования линейно изменяющегося напряжения, чаще всего используют заряд или разряд конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 16.5а. При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается от источника тока I и напряжение на нем нарастает по закону

(16.12)

т. е. по линейному закону. В момент времени t ₂ ключ К замыкается и конденсатор разряжается через резистор R и ключ К по экспоненциальному закону.

Разработано много схем ГЛИН. Большими преимуществами обладают схемы на ОУ. В них в качестве источника постоянного тока применяются интеграторы на ОУ, а в качестве ключа – компараторы.

Схема интегратора на ОУ приведена на рис. 16.5в. Очевидно, что ; . Так как , то , причем

.

В лекции 14 мы уже установили, что для ОУ напряжение между входами . Поэтому U_вых=U_C, причем

.

линейно изменяющееся напряжение. Знак приращения обратный знаку входного напряжения.

Схема ГЛИН с внешним управлением приведена на рис. 16.6а. На рис. 16.6б приведены диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Схема состоит из компаратора и интегратора. В исходном состоянии напряжение управления U_У = 0. Под воздействием напряжения Е ₀ компаратор находится в состоянии отрицательного насыщения. Под воздействием этого напряжения конденсатор С заряжается до .

Пусть в момент времени t ₁ на прямой вход поступает прямоугольный импульс, амплитуда которого U_m > E ₀. Компаратор переходит в положительное насыщение, т. е. напряжение на его выходе . Это напряжение является входным для интегратора. Открывается диод D ₁, начинается перезаряд конденсатора С до . Напряжение U_ГЛИН убывает по линейному закону в соответствии с выражением

По окончании импульса компаратор регенеративно переходит в отрицательное насыщение (под воздействием Е ₀). Диод D ₁ закрывается. Открывается диод D ₂. Начинается перезаряд конденсатора С до напряжения . Напряжение U_ГЛИН возрастает по линейному закону, т. е.

Максимального значения оно достигает за время t = R ₂ C. Если пауза , то ГЛИН переходит в устойчивое состояние () до поступления следующего импульса управления.

Кроме рассмотренной схемы, часто применяются ГЛИН в автоколебательном режиме. Чтобы получить такой ГЛИН достаточно в схему рис. 16.6а ввести ОС – R ₃, R ₄ на прямой вход компаратора с выходов компаратора и интегратора (пунктир на рис. 16.6а). Напряжение обратной связи U_ОС будет определяться напряжением на выходе компаратора и напряжением на выходе интегратора U_ГЛИН. На рис. 16.6в приведены временные диаграммы, поясняющие работу генератора.

Пусть в момент времени t ₁ = 0 компаратор перешел в состояние отрицательного насыщения. Его . Открывается диод D ₂ и на интеграторе начинается формирование линейно нарастающего напряжения U_ГЛИН. Напряжение обратной связи U_ОС найдем методом суперпозиции

(16.13)

где - линейно нарастающее напряжение U_ГЛИН.

Видим, что U_ОС также линейно нарастает. В момент времени t ₂ наступает равенство U_OC = Е ₀. Компаратор переключается, напряжение его на выходе скачком изменяется до . Напряжение интегратора скачком измениться не может. Поэтому напряжение обратной связи скачком увеличивается до величины

(16.14)

Напряжением открывается диод D ₁. На интеграторе начинается формирование линейно падающего напряжения. Напряжение U_OC также линейно убывает и в момент t ₃ принимает значение

Компаратор вновь переключается и далее процесс периодически повторяется.

Рассмотрим пример.

Пусть в схеме компаратора R ₃ = 10 кОм; R ₄ = 50 кОм; Е ₀ = 1 В; = ±10 В.

Определим U_ГЛИН и U_ОС в моменты времени t ₁; t ₂; t ₃.

1. В момент времени t ₁ включается питание. Напряжение на выходе компаратора

Конденсатор С до включения питания был разряжен. Напряжение U_C = 0 и скачком измениться не может. Значит и в соответствии с (16.13)

1. Для момента времени t ₂

.

Отсюда определим U_ГЛИН

.

Определим значение сразу после переключения, когда значение , а U_ГЛИН еще не изменилось:

.

1. Для момента времени t ₃

Напряжение на выходе компаратора . Напряжение обратной связи U_OC

.

Здесь U_ГЛИН (t ₃) – минимальное.

Определим это значение

.

Напряжение U_ОС (t ₃) определим сразу после переключения, когда значение , а U_ГЛИН (t ₃) = -0,79 В.

Далее значение U_ГЛИН периодически изменяется от –0,79 В до 3,2 В, а U_ОС от –2,32 В до 4,31 В.

ТЕМА 7. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Лекция 17. Введение в цифровую электронику

Дата добавления: 2013-12-11