Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Лекция 26

Напряжение на конденсаторе , как известно, связано с током , протекающим через конденсатор емкостью C, интегральным соотношением

,

откуда следует, что линейное изменение во времени напряжения имеет место только при постоянном токе :

, (6.2)

когда заряд конденсатора осуществляется от генератора тока, имеющего бесконечное внутреннее сопротивление, что реализуется в схеме интегратора (см. рис. 3.5).

Таким образом, схема генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) может быть получена из схемы мультивибратора путем замены времязадающей RC -цепи неинвертирующим интегратором. В частности, если в качестве исходной взять схему мультивибратора, приведенную на рис. 6.12, а, то схема ГЛИН примет вид, показанный на рис. 6.14, а, где ОУ, , , , и составляют неинвертирующий интегратор, конечно, при условии , . Схема рис. 6.14, а функционирует точно так же, как и схема рис. 6.12, а, за исключением того, что напряжение на конденсаторе C в схеме рис. 6.14, а изменяется линейно, а не по закону экспоненты, как это имело место в схеме рис. 6.12, а. Кроме того, в схеме рис. 6.14, а на инвертирующий вход компаратора поступает напряжение не с конденсатора (), а с выхода интегратора (), которое связано с напряжением соотношением

. (6.3)

Поскольку, как отмечалось в подразд. 3.4, ошибка интегрирования у неинвертирующего интегратора (см. рис. 3.5, б) больше, чем у инвертирующего (см. рис. 3.5, а), в схеме ГЛИН предпочтительнее использовать инвертирующий интегратор. Чтобы при этом знак общей обратной связи остался прежним (отрицательным), выход инвертирующего интегратора необходимо подключить к неинвертирующему входу компаратора, а источник опорного напряжения – к его инвертирующему входу (с изменением знака ), как показано на рис. 6.14, б. В момент подачи питающих напряжений на выходе интегратора действует нулевое напряжение (), а на инвертирующем входе КН – отрицательное , поэтому на выходе компаратора и на его неинвертирующем входе будут высокие напряжения, соответственно и . Под действием начнется заряд конденсатора C через и выходное сопротивление ОУ, поэтому напряжение будет увеличиваться, а напряжение и – уменьшаться, что продлится до тех пор, пока не достигнет порога срабатывания компаратора, т.е. понизится до значения

, (6.4)

где – минимальное напряжение на выходе интегратора. После этого выходное напряжение компаратора станет низким , уменьшится и напряжение , что подтвердит низкое состояние выхода КН. Начнется разряд конденсатора C через и выходные сопротивления КН и ОУ, в результате напряжение станет уменьшаться, а напряжения и – увеличиваться, причем последнее до уровня, при котором произойдет переключение компаратора в состояние “1”:

, (6.5)

где – максимальное напряжение на выходе интегратора.

Поскольку при протекании через конденсатор тока

напряжение на конденсаторе, как это видно из (6.4), (6.5) и рис. 6.14, г, изменяется на величину

,

длительность импульса , согласно выражению (6.2), определится из соотношения

.

Такова же будет и длительность паузы .

После замены в мультивибраторах с таймером (см. рис. 6.13, а и б) времязадающей RC -цепи на неинвертирующий интегратор схемы ГЛИН примут вид, показанный на рис. 6.15, а и б (в отличие от схем рис. 6.13, а и б здесь в обозначении таймера показан управляющий вход V). В то время как в генераторе треугольных импульсов (рис. 6.15, а) и заряд, и разряд конденсатора C происходит по линейному закону, в генераторе пилообразных импульсов (рис. 6.15, б) линеен только заряд, тогда как разряд – быстрый и нелинейный (через небольшое сопротивление разрядного ключа). Поскольку в процессе заряда ток через конденсатор постоянен:

,

а изменение напряжения на нем, согласно выражению (6.3), при свободном выводе V составляет величину

,

длительности импульсов в схемах рис. 6.15, а, б в соответствии с (6.2) описываются следующими выражениями:

(6.6)

Длительность паузы в схеме 6.15, а равна длительности импульса .

Так как в схемах рис. 6.14, а, б и 6.15, а, б переключающее напряжение пересекает уровни пороговых напряжений под большим, чем в схемах рис. 6.12, а и 6.13, а, б, углом, стабильность длительности импульсов у ГЛИН выше. Поэтому они часто используются вместо мультивибраторов в качестве генераторов прямоугольных импульсов. В ГЛИН, выполненном на таймере, частотой генерации

можно управлять, подавая управляющее напряжение на вход V (рис. 6.15, а, б). В этом случае пороговые напряжения и , а также их разность являются линейными функциями управляющего напряжения:

(у таймеров чаще всего ). Поэтому в схеме рис. 6.15, а, как следует из выражения (6.6), длительности импульса и паузы

также имеют линейную зависимость от.

При построении генератора с постоянной частотой генерации и управляемой длительностью импульсов (изменяемой скважностью импульсов; широтно-импульсной модуляцией) используется схема (рис. 6.16, а), состоящая из генератора треугольных импульсов (ГТИ) с постоянной частотой и компаратора, на один из входов которого подается линейно изменяющееся (треугольное) напряжение с выхода ГТИ (рис. 6.16, б), а на другой – управляющее напряжение . Если , то на выходе компаратора действует высокое напряжение , если же , то . Изменяя напряжение , можно изменять соотношение между длительностями импульса и паузы.

Дата добавления: 2014-10-17