Генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН)

Генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН) формируют напряжения пилообразной формы. Для создания линейной зависимости напряжения от времени чаще всего используют заряд (разряд) конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис.3.16, временные диаграммы напряжений приведены там же.

Рис.3.16. Схема ГЛИН

При разомкнутом ключе КЛ. конденсатор С заряжается от источника тока и напряжение на нем нарастает

Где t = 0 – момент начала заряда.

В момент t=t₁ замыкается ключ КЛ. и конденсатор экспоненциально разряжается через ключ и резистор, который введен в схему для ограничения разрядного тока. После разряда конденсатора до напряжения U_с(0)=0 ключ, может быть, разомкнут, тогда начнется вновь процесс формирования линейно нарастающего напряжения.

Наиболее просто этот процесс может быть получен при использовании ИМС. Рассмотрим схему с использованием интегратора. При подачи на вход U_вх*>0 напряжение на выходе уменьшается по линейному закону

При подачи U_вх= - U_вх* выходное напряжение нарастает также по линейному закону.

На рис. 3.17. приведена схема ГЛИН с внешним управлением и временные диаграммы на рис. Схема состоит из компаратора и интегратора. Длительность t_и положительного входного импульса U_у определяет длительность стадии спада выходного напряжения U_глин, длительность стадии нарастания равна паузе t_п между импульсами U_у

При поступлении входного напряжения, амплитуда которого U_ум>E₀, компаратор переходит в состояние положительного насыщения. Открывается диод V1 и напряжение убывает по линейному закону. Крутизна напряжения ГЛИН на интервале спада

S_c=dU_глин/dt=-U_выхмах/R₁C

При прекращении импульса компаратор под воздействием напряжения на инвертирующем входе переходит в состояние отрицательного насыщения U'= - U_выхмах. Открывается диод V2 и интегратор формирует линейно нарастающее напряжение. Крутизна нарастания на интервале

S_н=dU_глин/dt=U_выхмах/R₂С

ГЛИН с внешним управлением имеет важную принципиальную особенность. Установившийся режим достигается в том случае, если равны ΔU_глин на этапах нарастания и спада. В противном случае среднее значение выходного напряжения будет нарастать (или убывать). что в конечном счете приведет к насыщению ОУ интегратора. Условие устойчивой работы ГЛИН сводится к требованию.

- t_и S_c = t_п S_н

Учитывая возможную нестабильность крутизны и длительности t_и, t_п получить устойчивую работу невозможно без дополнительных элементов.

В схему вводят стабилитроны, их задача ограничивать область изменения напряжения. Работа стабилитронов показана на рис. 3.17.

Рис.3.17. Схема ГЛИН с внешним запуском

Помимо ГЛИН с внешним управлением часто применяют ГЛИН, работающий в автогенераторном режиме, т.е. без управляющего сигнала

Схема такого ГЛИНа приведена на рис.3.18.

Рис. 3.18. Схема ГЛИН в автогенератором режиме

Эта схема отличается от приведенной раннее тем, что в ней есть цепь ОС (R₃,R₄), которая связывает прямой вход компаратора с выходами компаратора и интегратора. Найдем напряжение методом суперпозиции

Временные диаграммы приведены на рис.3.18. Начнем рассмотрение в момент t₁. когда компаратор переходит в состояние отрицательного насыщения. При этом открывается диод V2 и на интеграторе начинается процесс формирования нарастающего напряжения. Напряжение обратной связи на интервале также линейно нарастает. Для момента t₂ получим

В момент t₂ компаратор переключается, напряжение на его входе скачком изменяется до значения U'=U_выхмах, это значит, что и U_ос изменяется скачком.

На интервале t₂ – t₃ открыт диод V1. Интегратор формирует линейно убывающее напряжение U_глин. Напряжение U_ос также линейно убывает и при t=t₃

Компаратор вновь регенеративно переключается. Начинается формирование линейно нарастающего участка. Полученные выражения позволяют определить значения напряжений, длительность нарастания и спада напряжения, показать связь параметров резисторов с вышеуказанными величинами

ГЛИН находят широкое применение в технике

В качестве примера рассмотрим импульсное устройство, структурная схема, которого приведено на рис.3.19Временные диаграммы на рис 3.20.

Рис.3.19..

Рис 3.20.

Устройство состоит из ГЛИН, связанного с компаратором К, на второй вход которого подается входной (преобразуемый) сигнал u_вх. Компаратор через диод связан с первым выходом схемы R_н1 и с управляющей цепью ключа КЛ., который подключает мультивибратор МВ ко второму выходу R_н2. Компаратор К фиксирует равенство u_глин(t)=u_вх(t). В момент t₂ u_глин=S_н(t₂-t₁), где t₂-t₁=t_и. Отсюда t_и=u_вых/S. При переключениях компаратора на его выходе формируются прямоугольные импульсы, длительность которых прямо пропорционально текущему значению u_вх. При u_вых1>0 замыкается КЛ. и в нагрузку R_н2 поступает пачка импульсов с выхода мультивібратора, число которых пропорционально интервалу t_и и напряжению u_вх.. Таким образом, устройство является преобразователем напряжения в число импульсов.

5.8.. Блокинг-генератор

Предназначен для формирования импульсов тока или напряжения прямоугольной формы, преимущественно малой длительности. Применяется как формирователь управляющих импульсов в системах цифрового управления.

По принципу построения – это одноканальный транзисторный усилитель с глубокой положительной обратной связью, осуществляемой импульсным трансформатором. Выходные импульсы формируются отпиранием транзистора и удержанием его в режиме насыщения (i_б>i_кн/β), цепью положительной обратной связи.

Окончание формирования импульса сопровождается выходом транзистора из режима насыщения.

· По входной цепи (базовая цепь при включении транзистора по схеме ОЭ).

· По выходной цепи, из-за увеличения тока коллектора.

Эти два случая и определяют разновидность блокинг-генераторов (с конденсатором или с насыщающим трансформатором.).

Рассмотрим блокинг-генератор с конденсатором в цепи обратной связи. Такая схема имеет вид рис. 3.21.

Схема выполнена на транзисторе (Т) и трансформаторе (Тр). Цепь положительной обратной связи образована обмоткой трансформатора (Wб), конденсатора(С) и сопротивления R, предназначенного для ограничения тока базы. Сопротивление Rб предназначено для создания контура разряда конденсатора С на этапе закрытого состояния транзистора. Выходной сигнал снимается с обмотки (Wн), что позволяет получить его переменным, а также осуществить потенциальное разделение нагрузки и схемы генератора.. Диод V₁ исключает прохождение сигнала отрицательной полярности при запирании транзистора. Ветвь V₂R₁ защита от перегрузки транзистора.

Рассмотрим работу блокинг-генератора, в режиме автогенераторном.

По временным диаграммам:

t₀ – t₁ -- транзистор закрыт, а значит U_к = - E_к, т.е. на обмотках трансформатора и нагрузке напряжение отсутствует. Закрытое состояние транзистора создается напряжением конденсатора С, подключенном через W_б на напряжение «база - эммитер». В период t₀ – t₁ конденсатор С перезаряжается по цепи C- R – R_б – (-Е_к) и в момент t₁ напряжение на конденсаторе будет равно нулю. На интервале t₁ – t₂ происходит отпирание транзистора. Этот процесс осуществляется за счет положительной обратной связи и наз. регенеративным процессом или прямым блокинг-процессом

Рис.3.21. Схема и временные диаграммы блокинг-генератора

Сущность заключается в том, что этот процесс сопровождается взаимным увеличением базового и коллекторного токов. Происходит это так. U_с=U_бэ переходит через нуль, это вызывает появление тока базы, а значит и тока коллектора. Таким образом, U_к снижается. В обмотках трансформатора появляется ток, этот ток трансформируется через обмотку в базовый ток, что приводит к увеличению коллекторного тока и процесс повторяется. Этот процесс заканчивается в точке t₂, транзистор в режиме насыщения.

Этот процесс возможен если в цепи обратной связи обеспечивается соотношение i_б>i_к/β. t₁- t₂ – это фронт импульса (как правило это доли микросекунд). t₁-t₃ это t_в, при этом транзистор открыт U_кэ=0. Значит к коллекторной обмотке приложено напряжение Е_к, а к обмотке W_б – E_к/n_н ,. Для периода t₂ – t₃ схема замещения блокинг-генератора будет иметь вид, рис.3.22.

Рис.3.22.

Из схемы видно, что через транзистор протекает ток, состоящий из трех составляющих i_μ, i_н, i_б:

· i_μ - ток насыщения, который является балластной составляющей тока коллектора. Определяется перемещением рабочей точки по кривой намагничивания. Для этого тока будет действовать уравнение.

Lк diμ/dt=E_к, i_μ=E_к/L_кt

При t_в i_μмах = E_к/L_кt_в

· i_б - ток базы, обеспечивающий на интервале t_в режим насыщения транзистора. Это образуется за счет заряда конденсатора С по цепи открытого транзистора и сопротивления R. Так как i_б, i_μ малы, то на этапе t_в ток коллектора определяется i_н.

Длительность t_в определяется состоянием i_ь>i_к/δ, по мере нарастания напряжения на С, ток базы уменьшается, в момент t₃ условие i_ь>i_к/δ нарушается, т.е. транзистор выходит из насыщения. Следующий за этим процесс запирания транзистора определяет окончание формирования импульса напряжения длительностью t_в. Процесс перехода транзистора из режима насыщения в режим отсечки происходит мгновенно и лавинообразно, т.е. блокинг-процесс обратный. Это формирует длительность среза t_ср, Процессы, протекающие в схеме после запирания транзистора (t₄),связаны с разрядом конденсатора и рассеянием энергии, накопленной в магнитном поле трансформатора. Разряд конденсатора происходит по цепи W_б – С – R -- R_б – (-Е_к). На коллекторной обмотке при t_в накапливается энергия т. к. она подключена к источнику (-Е_к) и протекает ток i_μ. При запирании транзистора коллекторная обмотка трансформатора отключается от источника, а значит в ней индуцируется энергия, препятствующая изменению i_μ. При этом напряжение самоиндукции возникает в обмотках W_б, Нагрузка (R_н) отключена от обмотки диодом V₁. В цепь W_б ничего не попадает, т.к. R_б велико, таким образом, i_μ можно сказать переводится из коллекторной цепи в цепь

V₂R и рассеивается в сопротивлении R₁.

Ток i_μ и сопротивление R₁ определяют выброс напряжения на коллекторной обмотке трансформатора при запирании транзистора I_махR₁

Дата добавления: 2015-05-06