Генератор на рампа на напрежение. Верига на генератор на импулси с рампа

Електронният генератор е устройство за генериране на непрекъснати електрически трептения с различна форма, честота и мощност. Много често генераторите се правят на базата на операционни усилватели.

Мултивибратор

Мултивибратор наречен генератор на напрежение с форма, близка до правоъгълна. Името му отразява факта, че такова напрежение, когато се разшири в серия на Фурие, изглежда като серия, съдържаща много висши хармоници (мулти - много).

Според характеристиките на оп-усилвателя (вижте фиг. 2.13, б) се вижда, че изходното напрежение на усилвателя зависи линейно от входното само в много тесен диапазон - стотици микроволта. Ако входното напрежение е извън този диапазон, тогава изходният сигнал може да приема само две стойности: +UВь1Х (≈ +12 V) и -UВь1Х (≈ -12 V). Принципът на формиране на правоъгълно мултивибраторно напрежение се основава на тази характеристика на операционния усилвател (фиг. 2.20, А).

Ориз. 2.20. Мултивибратор(А) и графики, обясняващи работата му (b)

Да приемем, че в момента на включване има малка (няколко миливолта) отрицателна потенциална разлика между входовете на усилвателя. В този случай на изхода ще се генерира напрежение + UOUT, а към неинвертиращия вход от делителя Р 1, Р Ще се прилага 2 положителен потенциал +U н. Кондензаторът ще започне да се зарежда по веригата "Uout–R3–C–case", опитвайки се да достигне потенциал + Uout. Потенциалът на инвертиращия вход ще започне да нараства, докато надвиши потенциала на неинвертиращия вход +U D. В този момент усилвателят ще генерира отрицателно напрежение на изхода -U и ще създаде отрицателен потенциал на неинвертиращия вход -U D. Сега кондензаторът ще започне да се презарежда, когато достигне потенциал -U vyx. Въпреки това, веднага щом потенциалът на инвертиращия вход стане по-нисък от потенциала на неинвертиращия вход -U D, усилвателят ще генерира положително напрежение на изхода +U vyx. Такъв рязък процес на промяна на изходното напрежение от + U изключено до -U изход и обратно ще се повтарят, докато захранващото напрежение бъде премахнато от операционния усилвател. Графиките, демонстриращи описаните процеси, са показани на фиг. 2.20, b. Периодът на G-колебанията се определя от времеконстантата на зареждане на кондензатора τ = Р 3° С, както и степента, в която генерираният от делителя потенциал Р 1, Р 2, по-малко напрежение Uout.

Генератор на рампа на напрежение

Напрежението върху кондензатора нараства линейно, ако той се зарежда с постоянен ток, който не зависи от напрежението върху него, и съпротивлението на товара не може да повлияе на този ток, т.е. условие трябва да бъде изпълнено Р н >> Р. Интегриране във времето на израза

Състояние аз ° С = const във веригата на трион генератор на напрежение (RVG), базиран на оп-усилвател (фиг. 2.21, а) осигурено от постоянно напрежение Uin. Докато транзисторът е заключен, за определен период от време T n кондензаторът се зарежда и напрежението върху него нараства праволинейно. Усилвателят, опитвайки се да направи потенциалната разлика на своите входове близо до нула, генерира изходно напрежение, което повтаря напрежението на кондензатора. Когато се приложи импулс Udischarge, транзисторът се отваря и кондензаторът бързо се разрежда през него за известно време T razr, след което процесът на зареждане се повтаря. Изходното напрежение на веригата придобива форма на трион, която се поддържа, докато стойността на напрежението е в диапазона от -Uout до +Uout.

Sawtooth е напрежение, което нараства пропорционално на времето и рязко намалява. На фиг. 46, Апоказва идеално трионообразно напрежение с време на нарастване т нари време на упадък t sp,равно на нула. Очевидно е, че периодът на такова напрежение Tравно на времето на нарастване. Генераторите на реално трионно напрежение имат не съвсем линейно нарастващо напрежение и ненулево време на затихване (фиг. 46, b).

Рамповото напрежение се използва за сканиране на електронен лъч в устройства с електронен лъч.

Ориз. 46. Криви на промените в идеалното (а) и реалното (б) трионно напрежение

Нека разгледаме работата на управляван транзисторен трион генератор на напрежение с капацитивна обратна връзка (фиг. 47).

Ориз. 47. Верига на генератор на трионно напрежение

Генераторът се управлява от импулси с отрицателна полярност през диод VDI.В първоначалното състояние транзистора VT1заключен от положително напрежение, подавано от източника на емф. Е пчелапрез резистор R 2,диод VDIи резистор R 1.Кондензатор СЪСтакси чрез R K, R 1,VDIИ R 2приблизително до напрежението E ke.При подаване на управляващ импулс диодът VD1заключено. Транзистор VTIсе отваря, тъй като напрежението вече се подава към основата му през резистор Р.Разреждането на кондензатора започва през отворения транзистор. Базовият и колекторният потенциал рязко намаляват в момента на отпушване на транзистора. Капацитивната обратна връзка между колектора и основата поддържа тока на разреждане на кондензатора почти постоянен.

В края на управляващия импулс диодът се отпушва и транзисторът се затваря от напрежението на източника на ЕДС. Е пчела,и кондензаторът започва да се зарежда СЪС.

За да се осигури пълно разреждане на кондензатора и да се получи максималната амплитуда на зъбното напрежение, продължителността на управляващите импулси се избира въз основа на съотношението

τ = (1,1 – 1,2)t размер

Където t размер- време за разреждане на кондензатора.

Честотата на трионообразното напрежение се определя от параметрите на разрядната верига и е ограничена от честотните свойства на транзистора.

Ето селекция от материали:

Използването на транзисторни аналози на динистор в релаксиращи генератори е типично, тъй като за изчисляването и точната работа на този генератор са необходими строго определени параметри на динистора. Някои от тези параметри за промишлени динистори или имат голямо технологично разпространение, или изобщо не са стандартизирани. И да се направи аналог със строго определени параметри не е трудно.

Показан е трионообразният сигнал, показан по-горе. Времето за възстановяване винаги е по-малко от времето за почистване. Сигналът се получава, когато времето за връщане стане нула. Скоростта на движение на трионообразните вълни зависи от кондензатора, използван във веригата. Скоростта на движение се контролира от резистор, поставен във веригата.

Зареждането и разреждането на кондензатора генерира сигнала, показан на фигурата по-долу. Транзисторът осигурява ниско съпротивление, чрез което кондензаторът става разряд. Моментното напрежение и захранващото напрежение се измерват във волтове, времето се измерва в последното, съпротивлението се измерва в ома, а кондензаторът се измерва във фаради.

Верига на генератор на напрежение с рампа

Генераторът за релаксация изглежда така:

(A1)- релаксиращ генератор на базата на диоден тиристор (динистор), (A2)- във верига A1 динисторът се заменя с транзисторен аналог. Можете да изчислите параметрите на аналоговия транзистор в зависимост от използваните транзистори и стойностите на резистора.

Терминът "зъб на трион" се отнася до формата на вълната и следователно може да има произволно време на нарастване или спадане, стига формата на вълната да поддържа основната форма на режещия трион. Пилотен генератор. е верига, която генерира сигнал за острие на трион или от външен вход, или от собствени трептения, като в релаксиращ осцилатор. Верига, проектирана да произвежда зъбна функция, ще има много бавно нарастване, което се издига от стабилно състояние до пик. Когато се достигне пиковото напрежение на рампата, напрежението ще се върне на първоначалното ниво много бързо.

Резистор R5избран малък (20 - 30 ома). Предназначен е да ограничава тока през динистора или транзисторите в момента на отварянето им. При изчисленията ще пренебрегнем влиянието на този резистор и ще приемем, че напрежението върху него практически не пада, а кондензаторът през него се разрежда моментално.

Параметрите на динистора, използвани при изчисленията, са описани в статията Волт-амперни характеристики на динистора.

Работа на схема на еднополюсен транзистор

Времето на спадане е много по-кратко от времето на нарастване, но не е мигновено, въпреки че изглежда същото в сравнение с времето на нарастване. Времето на спад също се нарича flyback, когато сигналът се използва като генератор за почистване. Веригата функционира като осцилатор и изключва зареждането и разреждането на кондензатора. Разбира се, можете също да направите честотата променлива, като добавите тример като текуща настройка. Горната страна на тримера остава свързана към захранващото напрежение. Докато другият край на тримера остава несвързан, както е в конфигурацията.

[Минимално изходно напрежение, V] =

[Максимално изходно напрежение, V] =

Изчисляване на съпротивлението на резистор R4

За резистор R4 трябва да бъдат изпълнени две отношения:

[Съпротивление R4, kOhm] > 1.1 * ([Захранващо напрежение, V] - [Напрежение на изключване на динистора, V]) / [Задържащ ток, mA]

Това е необходимо, така че динисторът или неговият аналог да са надеждно заключени, когато кондензаторът е разреден.

Това време за зареждане е нарастващата рампа на трионния вал, както и времето за почистване в специфични приложения. Времето за нарастване зависи от стойностите на резистора и кондензатора. Времето на падане е времето, необходимо на кондензатора да се разреди през транзистора. Веригата на вакуумната тръба вдясно е друг пример за верига, която извежда трионна форма на вълната. Тази схема е използвана като генератор за почистване в осцилоскоп или друг дисплей. Наклонената или размахващата част на изхода се използва за преместване на електронния лъч отляво надясно през дисплея, докато частта за обратно проследяване или обратен ход връща лъча в началната му точка.

[Съпротивление R4, kOhm] Захранващо напрежение, V] - [ Напрежение на отключване на динистора, V]) / (1.1 * [Ток на освобождаване, mA])

Това е необходимо, за да може кондензаторът да се зареди до напрежението, необходимо за отключване на динистора или негов еквивалент.

Коефициентът 1.1 е избран условно от желанието да се получи резерв от 10%.

Ако тези две условия са в конфликт помежду си, това означава, че захранващото напрежение на веригата за този тиристор е избрано твърде ниско.

Тази схема се използва като пример за показване на вакуумната тръба, използвана като генератор на трион и втория метод за промяна на времето за почистване. Използва се превключвател за промяна на времето за почистване, точно както се използва променлив резистор във веригата над него.

Това е мярка за време, базирана на количеството промяна на напрежението. Друго важно съображение е използването на линейната част от времето на нарастване на кондензаторите. Само първия път константата е линейна рампа или някаква линейна. Тъй като кондензаторът може да се зарежда допълнително, времето за зареждане се забавя все повече и повече. Разбира се, рампата на триона е линейна във времето на нарастване. Същото важи и за времето за разреждане на кондензатора. Колкото по-дълго е времето за разреждане, толкова по-малък ще бъде линейният разряд.

Изчисляване на честотата на релаксационния осцилатор

Честотата на генератора може да бъде приблизително оценена от следните съображения. Периодът на трептене е равен на сумата от времето за зареждане на кондензатора до напрежението на отключване на динистора и времето за разреждане. Съгласихме се да приемем, че кондензаторът се разрежда моментално. Така че трябва да преценим времето за зареждане.

Бихте ли ми показали как да направя трионообразен осцилатор с променлива честота? Трионообразната вълна се характеризира с положително линейно обръщане на напрежението, придружено от рязък спад до нула. Един от начините за генериране на зъбна повърхност е бавното зареждане на кондензатор чрез източник на постоянен ток и след това бързо разреждане на кондензатора, давайки му късо съединение.

Чрез повтаряне на този процес се създава трионна вълна. Но консумативите с постоянен ток могат да бъдат трудни, особено ако искате да ги персонализирате. Вместо източник на постоянен ток често се използва фиксиран резистор за ограничаване на тока на зареждане на капачката. Обаче напрежението в зареждащия кондензатор, използващ постоянен резистор, не е линейно. Но като изберем част от кривата, която е повече или по-малко линейна, както е показано от червените пунктирани линии, можем да създадем псевдопилос. Таймерът 555 е нестабилен осцилатор, който използва зареждане и разреждане на кондензатор.

Втори вариант: R1- 1 kOhm, R2, R3- 200 ома, R4- тример 3 kOhm (настроен на 2,5 kOhm), Захранващо напрежение- 12 V. Транзистори- КТ502, КТ503.

Изисквания за натоварване на генератора

Горните релаксиращи генератори могат да работят с товар, който има високо входно съпротивление, така че изходният ток да не влияе върху процеса на зареждане и разреждане на кондензатора.

Не е перфектен, но достатъчно добър за повечето електроники. След това формата на вълната се буферира и кондиционира. Честотната банка променя честотата, а контролът за формата на вълната настройва вълната така, че горната и долната част на формата на вълната да не се изрязват.

По-линейна рампа вълна може да се генерира с помощта на цифров брояч с претеглени изходи. Погледнете трионообразния генератор на фигура 3. Прилича ли на номер 3? Тези токове се сумират в неинвертиращия операционен усилвател и изходния възел като напрежение.

[Съпротивление на натоварване, kOhm] >> [Съпротивление на резистор R4, kOhm]

РАМПЕН ГЕНЕРАТОР НА НАПРЕЖЕНИЕ- генератор на линейно променливо напрежение (ток), електронно устройство, което генерира периодични флуктуации на трион на напрежението (тока). Основен Целта на gpn е да контролира времевия обхват на лъча в устройства, използващи електроннолъчеви тръби. Г.п.н. Те се използват и в устройства за сравняване на напрежения, времезакъснения и разширение на импулса. За да се получи трионно напрежение, се използва процесът на зареждане (разреждане) на кондензатор във верига с голяма времеконстанта. Най-простият G. p.n. (фиг. 1, а) се състои от RC интегрираща схемаи транзистор, който изпълнява функциите на периодично управляван ключ. импулси. При липса на импулси транзисторът е наситен (отворен) и има ниско съпротивление на колектор - емитер, кондензаторна секция СЪСразреден (фиг. 1, б). Когато се приложи превключващ импулс, транзисторът се изключва и кондензаторът се зарежда от източник на захранване с напрежение - E k- директен (работен) ход. Изходно напрежение G.p.n., отстранено от кондензатора СЪС, промени в закона. В края на превключващия импулс транзисторът се отпушва и кондензаторът СЪСбързо се разрежда (обратно) през емитер с ниско съпротивление - колектор. Основен характеристики на G.p.n.: амплитуда на зъбно напрежение, коеф. нелинейност и коеф използвайки захранващо напрежение. Когато в тази схема

Продължителност на хода напред T p и честотата на трионообразното напрежение се определят от продължителността и честотата на превключващите импулси.

Недостатъкът на най-простия G. p.n. е малък к Епри ниско Необходимите стойности на e са в диапазона от 0.0140.1, като най-малките стойности са за устройствата за сравнение и забавяне. Нелинейността на трионообразното напрежение по време на ход напред възниква поради намаляване на тока на зареждане поради намаляване на разликата в напрежението. Приблизителното постоянство на тока на зареждане се постига чрез включване на нелинейна стабилизираща тока двуполюсна мрежа (съдържаща транзистор или вакуумна тръба) в зарядната верига. В такива G. p.n. И . В Г. п.н. с положителен Чрез обратна връзка по напрежение, изходното трионообразно напрежение се подава към веригата за зареждане като компенсираща ЕДС. В този случай токът на зареждане е почти постоянен, което осигурява стойности от 1 и = 0.0140.02. Г.п.н. използва се за сканиране в електронно-лъчеви тръби с електрически магнити. отклонение на лъча. За да се получи линейно отклонение, е необходима линейна промяна на тока в отклоняващите намотки. За опростена схема на еквивалентна бобина (фиг. 2, а), условието за линейност на тока е изпълнено, когато към клемите на бобината се приложи трапецовидно напрежение. Това трапецовидно напрежение (фиг. 2, b) могат да бъдат получени от ДЮСШ. когато е свързан към веригата за зареждане, той ще добави. съпротива Р d (показано на фиг. 1, Апунктирана линия). Отклоняващите бобини консумират големи токове, така че генераторът на трапецовидно напрежение е допълнен с усилвател на мощност.

Принципът на работа на генератора за релаксация се основава на факта, че кондензаторът се зарежда до определено напрежение през резистор. Когато се достигне необходимото напрежение, контролният елемент се отваря. Кондензаторът се разрежда през друг резистор до напрежение, при което контролният елемент се затваря. Така че напрежението на кондензатора се увеличава според експоненциалния закон, след което намалява според експоненциалния закон.

Можете да прочетете повече за това как кондензаторът се зарежда и разрежда през резистор, като следвате връзката.

Ето селекция от материали: