Generator de tensiune în rampă. Circuitul generator de impulsuri de rampă

Un generator electronic este un dispozitiv pentru generarea de oscilații electrice continue de diferite forme, frecvențe și puteri. Foarte des, generatoarele sunt fabricate pe baza de amplificatoare operaționale.

Multivibrator

Multivibrator numit generator de tensiune cu o formă apropiată dreptunghiulară. Numele său reflectă faptul că o astfel de tensiune, atunci când este extinsă într-o serie Fourier, apare ca o serie care conține multe armonici superioare. (multi - mult).

În funcție de caracteristicile amplificatorului operațional (vezi Fig. 2.13, b) se poate observa că tensiunea de ieșire a amplificatorului depinde liniar de tensiunea de intrare doar într-un interval foarte îngust - sute de microvolți. Dacă tensiunea de intrare este în afara acestui interval, atunci semnalul de ieșire poate lua doar două valori: +UВь1Х (≈ +12 V) și -UВь1Х (≈ -12 V). Principiul formării unei tensiuni multivibratoare dreptunghiulare se bazează pe această caracteristică a amplificatorului operațional (Fig. 2.20, A).

Orez. 2.20. Multivibrator(A) și grafice care explică activitatea sa (b)

Să presupunem că în momentul pornirii există o mică diferență de potențial negativă (de câțiva milivolți) între intrările amplificatorului. În acest caz, o tensiune + UOUT va fi generată la ieșire și la intrarea neinversoare de la divizor R 1, R Se vor aplica 2 potențial pozitiv +U n. Condensatorul va începe să se încarce de-a lungul circuitului „Uout–R3–C–case”, încercând să atingă potențialul + Uout. Potențialul de la intrarea inversoare va începe să crească până când depășește potențialul de la intrarea care nu inversează +U D. În acest moment, amplificatorul va genera o tensiune negativă la ieșire -U afară și va crea un potențial negativ la intrarea neinversoare -U D. Acum condensatorul va începe să se reîncarce pe măsură ce atinge potențialul -U vyx. Totuși, de îndată ce potențialul la intrarea inversoare devine mai mic decât potențialul la intrarea neinversoare -U D, amplificatorul va genera o tensiune pozitivă la ieșire +U vyx. Un astfel de proces brusc de schimbare a tensiunii de ieșire de la + U oprit până când -U ieșirea și înapoi se vor repeta până când tensiunea de alimentare este îndepărtată de la amplificatorul operațional. Graficele care demonstrează procesele descrise sunt prezentate în Fig. 2.20, b. Perioada oscilațiilor G este determinată de constanta de timp de încărcare a condensatorului τ = R 3C, precum şi măsura în care potenţialul generat de divizor R 1, R 2, mai puțină tensiune Uout.

Generator de tensiune în rampă

Tensiunea pe condensator crește liniar dacă este încărcat cu un curent continuu care nu depinde de tensiunea pe el, iar rezistența de sarcină este împiedicată să influențeze acest curent, adică. condiția trebuie îndeplinită R n >>R. Integrarea în timp a expresiei

Condiție eu c = const în circuitul unui generator de tensiune din dinți de ferăstrău (RVG) bazat pe un amplificator operațional (Fig. 2.21, A) asigurată de tensiunea constantă Uin. În timp ce tranzistorul este blocat, pentru o perioadă de timp t n condensatorul este încărcat și tensiunea pe el crește în linie dreaptă. Amplificatorul, încercând să facă diferența de potențial la intrările sale aproape de zero, generează o tensiune de ieșire care repetă tensiunea de pe condensator. Când se aplică un impuls Udescharge, tranzistorul se deschide și condensatorul se descarcă rapid prin el într-un timp t razr, după care procesul de încărcare se repetă. Tensiunea de ieșire a circuitului capătă o formă de dinte de ferăstrău, care este menținută atâta timp cât valoarea tensiunii se află în intervalul de la -Uout la +Uout.

Sawtooth este o tensiune care crește proporțional cu timpul și scade brusc. În fig. 46, A arată o tensiune ideală din dinte de ferăstrău cu un timp de creștere t narși timpul de declin t sp, egal cu zero. Este evident că perioada unei astfel de tensiuni T egal cu timpul de creștere. Generatoarele de tensiune din dinți de ferăstrău reali au o tensiune care nu crește liniar și un timp de dezintegrare diferit de zero (Fig. 46, b).

Tensiunea de rampă este utilizată pentru a scana un fascicul de electroni în dispozitivele cu fascicul de electroni.

Orez. 46. Curbe ale modificărilor tensiunii ideale (a) și reală (b) din dinți de ferăstrău

Să luăm în considerare funcționarea unui generator de tensiune cu dinte de ferăstrău cu tranzistor controlat cu feedback capacitiv (Fig. 47).

Orez. 47. Circuit generator de tensiune din dinți de ferăstrău

Generatorul este controlat de impulsuri de polaritate negativă printr-o diodă VDI.În starea inițială, tranzistorul VT1 blocat de tensiunea pozitivă furnizată de la sursa EMF. E albină printr-un rezistor R 2,dioda VDI si rezistenta R 1.Condensator CU taxe prin RK, R1,VDIȘi R 2 aproximativ la tensiune E ke.Când se aplică un impuls de control, dioda VD1încuiat. tranzistor VTI se deschide, deoarece tensiunea este acum furnizată la baza sa printr-un rezistor R. Descărcarea condensatorului începe prin tranzistorul deschis. Potențialul de bază și al colectorului scad brusc în momentul în care tranzistorul este deblocat. Feedback-ul capacitiv dintre colector și bază menține curentul de descărcare a condensatorului aproape constant.

La sfârșitul impulsului de control, dioda este deblocată și tranzistorul este închis de tensiunea sursei de fem. E albină, iar condensatorul începe să se încarce CU.

Pentru a asigura descărcarea completă a condensatorului și pentru a obține amplitudinea maximă a tensiunii dinți de ferăstrău, durata impulsurilor de control este selectată pe baza raportului

τ = (1,1 – 1,2)dimensiunea t

Unde dimensiunea t- timpul de descărcare a condensatorului.

Frecvența tensiunii din dinți de ferăstrău este determinată de parametrii circuitului de descărcare și este limitată de proprietățile de frecvență ale tranzistorului.

Iată o selecție de materiale:

Utilizarea analogilor de tranzistori ai unui dinistor în generatoarele de relaxare este tipică, deoarece parametrii strict definiți ai dinistorului sunt necesari pentru calcularea și funcționarea precisă a acestui generator. Unii dintre acești parametri pentru dinistorii industriali fie au o răspândire tehnologică mare, fie nu sunt standardizați deloc. Și a face un analog cu parametri strict specificați nu este dificil.

Semnalul dinți de ferăstrău prezentat mai sus este afișat. Timpul de recuperare este întotdeauna mai mic decât timpul de măturare. Un semnal din dinți de ferăstrău este produs când timpul de întoarcere devine zero. Viteza de măturare a undelor dinți de ferăstrău depinde de condensatorul utilizat în circuit. Viteza de baleiere este controlată de un rezistor plasat în circuit.

Încărcarea și descărcarea condensatorului generează semnalul prezentat în figura de mai jos. Tranzistorul oferă o rezistență scăzută prin care condensatorul devine o descărcare. Tensiunea instantanee și tensiunea de alimentare sunt măsurate în volți, timpul este măsurat în acesta din urmă, rezistența este măsurată în ohmi și un condensator este măsurat în faradi.

Circuitul generatorului de tensiune în rampă

Generatorul de relaxare arată astfel:

(A1)- generator de relaxare bazat pe un tiristor cu dioda (dinistor), (A2)- in circuitul A1 dinistorul este inlocuit cu un tranzistor analog. Puteți calcula parametrii analogului tranzistorului în funcție de tranzistoarele utilizate și de valorile rezistenței.

Termenul „dinți de ferăstrău” se referă la forma de undă și, prin urmare, poate avea orice timp de creștere sau scădere atâta timp cât forma de undă menține forma de bază a pânzei de ferăstrău. Generator pilot. este un circuit care generează un semnal al pânzei de ferăstrău fie de la o intrare externă, fie de la auto-oscilații, ca într-un oscilator de relaxare. Un circuit conceput pentru a produce o funcție de dinte de ferăstrău va avea o rampă foarte lentă, care se ridică de la o stare staționară la un vârf. Când tensiunea de vârf a rampei este atinsă, tensiunea va reveni foarte repede la nivelul inițial.

Rezistor R5 selectat mic (20 - 30 Ohmi). Este conceput pentru a limita curentul prin dinistor sau tranzistori în momentul deschiderii acestora. În calcule, vom neglija influența acestui rezistor și vom presupune că tensiunea peste el practic nu scade, iar condensatorul prin el este descărcat instantaneu.

Parametrii dinistorului utilizați în calcule sunt descriși în articolul Caracteristicile volt-amperi ale dinistorului.

Funcționarea unui circuit tranzistor unipolar

Timpul de cădere este mult mai scurt decât timpul de creștere, dar nu este instantaneu, deși arată la fel în comparație cu timpul de creștere. Timpul de cădere este denumit și flyback atunci când semnalul este utilizat ca generator de baleiaj. Circuitul funcționează ca un oscilator și oprește încărcarea și descărcarea condensatorului. Desigur, puteți face și frecvența variabilă adăugând un trimmer ca setare curentă. Partea superioară a mașinii de tuns rămâne conectată la tensiunea de alimentare. În timp ce celălalt capăt al mașinii de tuns rămâne neconectat ca în configurație.

[Tensiune minimă de ieșire, V] =

[Tensiune maximă de ieșire, V] =

Calculul rezistenței rezistenței R4

Pentru rezistența R4, trebuie îndeplinite două relații:

[Rezistența R4, kOhm] > 1.1 * ([Tensiune de alimentare, V] - [Tensiunea de oprire a dinistorului, V]) / [Curent de reținere, mA]

Acest lucru este necesar pentru ca dinistorul sau analogul său să fie blocat în siguranță atunci când condensatorul este descărcat.

Acest timp de încărcare este rampa crescândă a arborelui dinți de ferăstrău, precum și timpul de măturare în aplicații specifice. Timpul de rampă depinde de valorile rezistenței și condensatorului. Timpul de cădere este timpul necesar pentru ca condensatorul să se descarce prin tranzistor. Circuitul tubului vidat din dreapta este un alt exemplu de circuit care emite o formă de undă cu dinte de ferăstrău. Acest circuit a fost folosit ca generator de baleiaj într-un osciloscop sau alt afișaj. Porțiunea de rampă sau de baleiaj a ieșirii este utilizată pentru a muta fasciculul de electroni de la stânga la dreapta pe afișaj, în timp ce porțiunea de retragere sau de zbor înapoi readuce fasciculul la punctul său de pornire.

[Rezistența R4, kOhm] Tensiune de alimentare, V] - [ Tensiunea de deblocare a dinistorului, V]) / (1.1 * [Curent de eliberare, mA])

Acest lucru este necesar pentru ca condensatorul să poată fi încărcat la tensiunea necesară pentru a debloca dinistorul sau echivalentul acestuia.

Coeficientul de 1,1 a fost ales condiționat din dorința de a obține o rezervă de 10%.

Dacă aceste două condiții sunt în conflict între ele, atunci aceasta înseamnă că tensiunea de alimentare a circuitului pentru acest tiristor este selectată prea scăzută.

Acest circuit este folosit ca exemplu pentru a arăta tubul de vid folosit ca generator de dinți de ferăstrău și a doua metodă de modificare a timpului de măturare. Un comutator este folosit pentru a modifica timpul de baleiaj, la fel cum este folosit un rezistor variabil în circuitul de deasupra acestuia.

Aceasta este o măsură a timpului bazată pe cantitatea de modificare a tensiunii. Un alt aspect important este utilizarea părții liniare a timpului de creștere a condensatorilor. Doar prima dată constanta este o rampă liniară sau una liniară. Pe măsură ce condensatorul este capabil să se încarce în continuare, timpul de încărcare încetinește din ce în ce mai mult. Desigur, rampa ferăstrăului este liniară în timpul de creștere. Același lucru este valabil și pentru timpul de descărcare a condensatorului. Cu cât timpul de descărcare este mai lung, cu atât descărcarea liniară va fi mai mică.

Calculul frecvenței oscilatorului de relaxare

Frecvența generatorului poate fi estimată aproximativ din următoarele considerații. Perioada de oscilație este egală cu suma timpului de încărcare a condensatorului la tensiunea de deblocare a dinistorului și a timpului de descărcare. Am fost de acord să presupunem că condensatorul se descarcă instantaneu. Deci trebuie să estimăm timpul de încărcare.

Îmi puteți arăta cum să fac un oscilator cu dinți de ferăstrău cu frecvență variabilă? O undă cu dinți de ferăstrău este caracterizată printr-o inversare pozitivă a tensiunii liniară însoțită de o scădere bruscă la zero. O modalitate de a genera o suprafață cu dinți de ferăstrău este să încărcați lent un condensator printr-o sursă de curent continuu și apoi să descărcați rapid condensatorul, scurturându-l.

Prin repetarea acestui proces, se creează o undă cu dinți de ferăstrău. Dar consumabilele DC pot fi dificile, mai ales dacă doriți să le personalizați. În loc de o sursă de curent constant, un rezistor fix este adesea folosit pentru a limita curentul de încărcare al capacului. Cu toate acestea, tensiunea pe condensatorul de încărcare folosind un rezistor fix nu este liniară. Dar alegând o secțiune a curbei care este mai mult sau mai puțin liniară, așa cum arată liniile punctate roșii, putem crea un pseudopilos. Temporizatorul 555 este un oscilator astable care folosește încărcarea și descărcarea unui condensator.

A doua varianta: R1- 1 kOhm, R2, R3- 200 ohmi, R4- trimmer 3 kOhm (setat la 2,5 kOhm), Tensiunea de alimentare- 12 V. Tranzistoare- KT502, KT503.

Cerințe de încărcare a generatorului

Generatoarele de relaxare de mai sus pot funcționa cu o sarcină care are o rezistență mare de intrare, astfel încât curentul de ieșire să nu afecteze procesul de încărcare și descărcare a condensatorului.

Nu perfect, dar suficient de bun pentru majoritatea electronicelor. Forma de undă este apoi tamponată și condiționată. Banca de frecvență modifică frecvența, iar controlul formei de undă ajustează unda astfel încât partea de sus și de jos a formei de undă să nu fie tăiate.

O undă de rampă mai liniară poate fi generată folosind un numărător digital cu ieșiri ponderate. Uită-te la generatorul din dinți de ferăstrău din figura 3. Arată ca numărul 3? Acești curenți sunt însumați la amplificatorul operațional neinversător și la nodul de ieșire ca tensiune.

[Rezistența la sarcină, kOhm] >> [Rezistenta R4, kOhm]

GENERATOR DE TENSIUNE RAMPĂ- generator de tensiune (curent) care variază liniar, un dispozitiv electronic care generează periodic fluctuații de tensiune (curent) din dinți de ferăstrău. De bază Scopul gpn este de a controla trecerea în timp a fasciculului în dispozitivele care folosesc tuburi catodice. G.p.n. Ele sunt, de asemenea, utilizate în dispozitive pentru compararea tensiunilor, întârzierilor de timp și extinderea impulsului. Pentru a obține o tensiune dinți de ferăstrău, se utilizează procesul de încărcare (descărcare) a unui condensator într-un circuit cu o constantă de timp mare. Cel mai simplu G. p.n. (Fig. 1, a) constă din Circuit de integrare RCși un tranzistor care îndeplinește funcțiile unui comutator controlat periodic. impulsuri. În absența impulsurilor, tranzistorul este saturat (deschis) și are o rezistență scăzută a colectorului - emițător, secțiunea condensatorului CU descărcat (Fig. 1, b). Când se aplică un impuls de comutare, tranzistorul este oprit și condensatorul este încărcat de la o sursă de alimentare cu tensiune - E k- cursă directă (de lucru). Tensiunea de ieșire G.p.n., scoasă din condensator CU, modificări prin lege. La sfârșitul impulsului de comutare, tranzistorul este deblocat și condensatorul CU se descarcă rapid (invers) prin emițător - colector cu rezistență scăzută. De bază caracteristicile G.p.n.: amplitudinea tensiunii dinte de ferăstrău, coeficient. neliniaritate și coeficient folosind tensiunea de alimentare. Când în această schemă

Durata cursei înainte T p și frecvența tensiunii dinți de ferăstrău sunt determinate de durata și frecvența impulsurilor de comutare.

Dezavantajul celui mai simplu G. p.n. este mic k E la scăzut Valorile e necesare sunt în intervalul 0,0140,1, cele mai mici valori fiind pentru dispozitivele de comparație și întârziere. Neliniaritatea tensiunii dinte de ferăstrău în timpul cursei înainte apare din cauza scăderii curentului de încărcare datorită scăderii diferenței de tensiune. Constanța aproximativă a curentului de încărcare este obținută prin includerea unei rețele neliniare cu două terminale de stabilizare a curentului (conținând un tranzistor sau un tub de vid) în circuitul de încărcare. În asemenea G. p.n. Și . În G. p.n. cu pozitiv Prin feedback de tensiune, tensiunea din dinte de ferăstrău de ieșire este furnizată circuitului de încărcare ca o fem de compensare. În acest caz, curentul de încărcare este aproape constant, ceea ce oferă valori de 1 și = 0,0140,02. G.p.n. folosit pentru scanarea tuburilor catodice cu magneți electrici. deformarea fasciculului. Pentru a obține o deviație liniară, este necesară o modificare liniară a curentului în bobinele de deviație. Pentru un circuit de bobină echivalent simplificat (Fig. 2, a), condiția de liniaritate a curentului este satisfăcută atunci când la bornele bobinei este aplicată o tensiune trapezoidală. Acest stres trapezoidal (Fig. 2, b) se poate obține de la Universitatea de Stat pentru Educație și Știință. atunci când este conectat la circuitul de încărcare se va adăuga. rezistenţă R d (prezentat în Fig. 1, A linie punctata). Bobinele de deviere consumă curenți mari, astfel încât generatorul de tensiune trapezoidală este completat cu un amplificator de putere.

Principiul de funcționare al generatorului de relaxare se bazează pe faptul că condensatorul este încărcat la o anumită tensiune printr-un rezistor. Când se atinge tensiunea necesară, elementul de comandă se deschide. Condensatorul este descărcat printr-un alt rezistor la o tensiune la care elementul de control se închide. Deci tensiunea de pe condensator crește conform unei legi exponențiale, apoi scade conform unei legi exponențiale.

Puteți citi mai multe despre modul în care un condensator este încărcat și descărcat printr-un rezistor urmând linkul.