Генераторы импульсных сигналов

Генераторы импульсных сигналов создают периодическую последовательность импульсов различной формы (прямоугольной, треугольной и т. п.).

Первый типичный представитель этой группы генераторов – симметричный мультивибратор. Обычно его схема строится на основе операционного усилителя. В его схеме реализован компаратор с ПОС – то есть имеющий передаточную характеристику с петлей гистерезиса относительно нуля, рисунок 1.31.

Рисунок 1.31 – Симметричный мультивибратор

Положительная обратная связь образована резистивным делителемR₁,R₂ с коэффициетом передачи æ = . За счёт этого на неинвертирующем входе ОУ образуется напряжение:u_НИ = U_ВЫХæ. По инвертирующему входу включена времязадающая цепь RC. Выходное напряжение ОУ заряжает конденсаторС через сопротивление R, или конденсатор С перезаряжается через сопротивление R при изменении полярности выходного напряжения ОУ.

Изменение напряжения на конденсаторе при перезаряде будет происходить между значениями æU⁺_ВЫХMAX и æU^-_ВЫХMAX. При достижении указанных значений напряжения на конденсаторе срабатывает триггер Шмита, и состояние его выхода меняется на противоположное, рисунок 1.32. Обычно для ОУ равны между собой величины U⁺_ВЫХMAX и U^-_ВЫХMAX. Поэтому длительности импульса и паузы выходного сигнала такого мультивибратора равны между собой: t_И = t_И1 = t_И2.

Длительность импульса и частота выходного сигнала определяются следующими выражениями:

; . (1.25, 1.26)

Выходной сигнал несимметричного мультивибратора отличается от сигнала симметричного мультивибратора тем, что t_И1 ¹ t_И2. Для этого вместо одной ветви с сопротивлением R делают две ветви с различными сопротивлениями R₃ и R₄, чтообеспечивает неодинаковые постоянные времени t в интервалы времени t_И1 и t_И2 (постоянные времени t₁ и t₂).

Рисунок 1.32 – Временные диаграммы работы симметричного мультивибратора

Заряд и перезаряд конденсатора С через ветви с различными сопротивлениями обеспечены наличием вентилей на диодах VD₁ и VD₂, рисунок 1.33. За счёт этого длительность импульса и паузы не равны между собой.

Частота следования импульсов несимметричного мультивибратора определяется выражением:

. (1.27)

Рисунок 1.33 – Несимметричный мультивибратор

Вместо активного элемента на ОУ в генераторах различного типа можно использовать активный элемент на дискретной интегральной схеме [3]. Такой элемент выводится в линейный усилительный режим. Задание рабочей точки элементов дискретных ИС проводится различными способами, положительные и отрицательные стороны которых поясняются рисунком 1.34 (величины сопротивлений указаны для ТТЛ ИС). Оценочное значение коэффициента усиления элементов ИС различных схемотехнических базисов следующие: К_ТТЛ » 26 дБ; К_ЭСЛ» 12 дБ; К_КМОП» 26 дБ. Пример симметричного мультивибратора на ИС ТТЛ приведён на рисунке 1.35.

Рисунок 1.34 – Задание рабочей точки элементов дискретной ИС

На рисунке 1.35 элемент DD1.1 является линейным усилителем, конденсатор С образует цепь обратной связи, а элемент DD1.3 – буферный (развязывающий, согласующий) элемент.

Рисунок 1.35 – Симметричный мультивибратор на дискретной ИС

Заменив в этой схеме конденсатор С на кварцевый резонатор, получим импульсный генератор с очень малой нестабильностью частоты, примерно в интервале 10^-5–10^-6.

Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) (также часто используется название ГПН – генератор пилообразного напряжения) формирует сигнал по форме очень близкий к прямой линии – это участок «прямого хода». Участок «обратного хода» сигнала много короче и зачастую нелинеен. Основной параметр такого сигнала – коэффициент нелинейности:

, (1.28)

где U’(0) и U’(t_ПР) – скорость изменения напряжения во времени (производная).

Схема ГЛИН приведена на рисунке 1.36. Суть работы генератора: во время прямого хода интегратор на ОУ интегрирует напряжение батареи U_O, формируя на выходе линейный сигнал; за время обратного хода импульсный генератор разряжает конденсатор интегратора, замыкая электронный ключ.

Рисунок 1.36 – Схема ГЛИН

Обратный ход линейно изменяющегося напряжения формируется за время t_обр. Это время действия импульсов с частотой следования f_слна ключ, через который конденсатор разряжается, а заряжается он во время отсутствия импульсов. Входное опорное напряжение U_o и постоянная времени t = RC определяют мгновенное значение выходного напряжения.

Дата добавления: 2014-01-13