Generátor rampového napätia. Obvod generátora impulzov rampy

Elektronický generátor je zariadenie na generovanie spojitých elektrických kmitov rôznych tvarov, frekvencií a výkonov. Veľmi často sa generátory vyrábajú na báze operačných zosilňovačov.

Multivibrátor

Multivibrátor nazývaný generátor napätia s tvarom blízkym obdĺžniku. Jeho názov odráža skutočnosť, že takéto napätie, keď sa rozšíri do Fourierovho radu, sa javí ako séria obsahujúca mnoho vyšších harmonických (viacnásobné - veľa).

Podľa charakteristík operačného zosilňovača (pozri obr. 2.13, b) vidno, že výstupné napätie zosilňovača závisí lineárne od vstupného napätia len vo veľmi úzkom rozsahu - stovky mikrovoltov. Ak je vstupné napätie mimo tohto rozsahu, výstupný signál môže mať iba dve hodnoty: +UВь1Х (≈ +12 V) a -UВь1Х (≈ -12 V). Na tejto vlastnosti operačného zosilňovača je založený princíp formovania napätia pravouhlého multivibrátora (obr. 2.20, A).

Ryža. 2.20. Multivibrátor(A) a grafy vysvetľujúce jeho fungovanie (b)

Predpokladajme, že v momente zapnutia je medzi vstupmi zosilňovača malý (niekoľko milivoltov) záporný potenciálny rozdiel. V tomto prípade sa na výstupe generuje napätie + UOUT a na neinvertujúci vstup z deliča R 1, R 2 kladný potenciál +U n. Kondenzátor sa začne nabíjať pozdĺž obvodu „Uout–R3–C–case“ a pokúsi sa dosiahnuť potenciál + Uout. Potenciál na invertujúcom vstupe začne stúpať, až kým neprekročí potenciál na neinvertujúcom vstupe +U D. V tomto momente bude zosilňovač generovať záporné napätie na výstupe -U a vytvorí negatívny potenciál na neinvertujúcom vstupe -U D. Kondenzátor sa teraz začne nabíjať, keď dosiahne svoj potenciál -U vyx. Akonáhle sa však potenciál na invertujúcom vstupe zníži ako potenciál na neinvertujúcom vstupe -U D, zosilňovač bude generovať kladné napätie na výstupe +U vyx. Takýto náhly proces zmeny výstupného napätia z + U vypnuté do -U výstup a späť sa bude opakovať až do odstránenia napájacieho napätia z operačného zosilňovača. Grafy znázorňujúce opísané procesy sú na obr. 2,20, b. Periódu G-oscilácií určuje časová konštanta nabíjania kondenzátora τ = R 3C, ako aj rozsah potenciálu generovaného deličom R 1, R 2, menšie napätie Uout.

Generátor rampového napätia

Napätie na kondenzátore sa lineárne zvyšuje, ak je nabíjaný jednosmerným prúdom, ktorý nezávisí od napätia na ňom, a je zabránené tomu, aby odpor záťaže ovplyvňoval tento prúd, t.j. musí byť splnená podmienka R n >>R. Postupná integrácia výrazu

Podmienka ja c = konštantný v obvode generátora pílovitého napätia (RVG) založeného na operačnom zosilňovači (obr. 2.21, A) zabezpečuje konštantné napätie Uin. Kým je tranzistor zablokovaný, na určitý čas t n kondenzátor je nabitý a napätie na ňom rastie priamočiaro. Zosilňovač, ktorý sa snaží dosiahnuť rozdiel potenciálov na svojich vstupoch blízko nule, generuje výstupné napätie, ktoré opakuje napätie na kondenzátore. Keď sa aplikuje pulzné Uvybíjanie, tranzistor sa otvorí a kondenzátor sa cez neho rýchlo vybije v určitom čase t razr, po ktorom sa proces nabíjania zopakuje. Výstupné napätie obvodu nadobúda pílovitý tvar, ktorý sa udržiava, pokiaľ je hodnota napätia v rozsahu od -Uout do +Uout.

Pílový zub je napätie, ktoré sa zvyšuje úmerne s časom a prudko klesá. Na obr. 46, A ukazuje ideálne pílovité napätie s dobou nábehu t nár a čas poklesu t sp, rovná nule. Je zrejmé, že obdobie takého napätia T rovná dobe nábehu. Skutočné generátory pílovitého napätia majú nie celkom lineárne rastúce napätie a nenulový čas útlmu (obr. 46, b).

Rampa napätie sa používa na skenovanie elektrónového lúča v zariadeniach s elektrónovým lúčom.

Ryža. 46. Krivky zmien ideálneho (a) a skutočného (b) pílového napätia

Uvažujme o činnosti riadeného tranzistorového generátora pílovitého napätia s kapacitnou spätnou väzbou (obr. 47).

Ryža. 47. Obvod generátora pílovitého napätia

Generátor je riadený impulzmi zápornej polarity cez diódu VDI. V počiatočnom stave tranzistor VT1 uzamknutý kladným napätím dodávaným zo zdroja emf. E včela cez odpor R 2,dióda VDI a odpor R 1.Kondenzátor S poplatky cez RK, R1,VDI A R 2 približne na napätie E ke.Pri privedení riadiaceho impulzu dióda VD1 zamknuté. Tranzistor VTI sa otvorí, pretože napätie je teraz privádzané do jeho základne cez odpor R. Vybíjanie kondenzátora začína cez otvorený tranzistor. Bázový a kolektorový potenciál sa náhle zníži v momente odomknutia tranzistora. Kapacitná spätná väzba medzi kolektorom a základňou udržuje vybíjací prúd kondenzátora takmer konštantný.

Na konci riadiaceho impulzu sa dióda odblokuje a tranzistor sa uzavrie napätím zdroja emf. E včela, a kondenzátor sa začne nabíjať S.

Aby sa zabezpečilo úplné vybitie kondenzátora a získanie maximálnej amplitúdy pílového napätia, trvanie riadiacich impulzov sa volí na základe pomeru

τ = (1,1 – 1,2)veľkosť t

Kde veľkosť t- čas vybitia kondenzátora.

Frekvencia pílového napätia je určená parametrami vybíjacieho obvodu a je obmedzená frekvenčnými vlastnosťami tranzistora.

Tu je výber materiálov:

Použitie tranzistorových analógov dinistora v relaxačných generátoroch je typické, pretože na výpočet a presnú prevádzku tohto generátora sú potrebné prísne definované parametre dinistora. Niektoré z týchto parametrov pri priemyselných dinistoroch majú buď veľký technologický rozptyl, alebo nie sú vôbec štandardizované. A vytvoriť analóg s presne špecifikovanými parametrami nie je ťažké.

Vyššie zobrazený pílovitý signál je zobrazený. Čas zotavenia je vždy kratší ako čas vyčistenia. Keď sa čas návratu stane nulovým, vytvorí sa pílovitý signál. Rýchlosť rozmietania pílovitých vĺn závisí od kondenzátora použitého v obvode. Rýchlosť rozmietania je riadená odporom umiestneným v obvode.

Nabíjanie a vybíjanie kondenzátora generuje signál znázornený na obrázku nižšie. Tranzistor poskytuje nízky odpor, cez ktorý sa kondenzátor stáva výbojom. Okamžité napätie a napájacie napätie sa meria vo voltoch, čas sa meria vo voltoch, odpor sa meria v ohmoch a kondenzátor sa meria vo faradoch.

Obvod generátora rampového napätia

Generátor relaxácie vyzerá takto:

(A1)- relaxačný generátor na báze diódového tyristora (dinistora), (A2)- v obvode A1 je dinistor nahradený tranzistorovým analógom. Môžete vypočítať parametre analógového tranzistora v závislosti od použitých tranzistorov a hodnôt odporu.

Pojem "pílový zub" sa vzťahuje na tvar vlny, a preto môže mať akýkoľvek čas stúpania alebo poklesu, pokiaľ tvar vlny zachováva základný tvar pílového listu. Pilotný generátor. je obvod, ktorý generuje signál pílového listu buď z externého vstupu alebo z vlastných oscilácií, ako v relaxačnom oscilátore. Obvod navrhnutý na vytvorenie funkcie pílového zuba bude mať veľmi pomalú lineárnu rampu, ktorá stúpa z ustáleného stavu na vrchol. Keď sa dosiahne špičkové napätie rampy, napätie sa veľmi rýchlo vráti na počiatočnú úroveň.

Rezistor R5 vybrané malé (20 - 30 Ohmov). Je navrhnutý tak, aby obmedzil prúd cez dinistor alebo tranzistory v okamihu, keď sa otvoria. Vo výpočtoch zanedbáme vplyv tohto odporu a predpokladáme, že napätie na ňom prakticky neklesne a kondenzátor cez neho sa okamžite vybije.

Parametre dinistora použité pri výpočtoch sú popísané v článku Voltampérové charakteristiky dinistora.

Činnosť unipolárneho tranzistorového obvodu

Čas poklesu je oveľa kratší ako čas stúpania, ale nie je okamžitý, hoci v porovnaní s časom stúpania vyzerá rovnako. Čas pádu sa tiež označuje ako spätný chod, keď sa signál používa ako generátor rozmietania. Obvod funguje ako oscilátor a vypína nabíjanie a vybíjanie kondenzátora. Frekvenciu môžete, samozrejme, zmeniť aj pridaním trimra ako aktuálneho nastavenia. Horná strana trimra zostáva pripojená k napájaciemu napätiu. Zatiaľ čo druhý koniec trimra zostáva nezapojený ako v konfigurácii.

[Minimálne výstupné napätie, V] =

[Maximálne výstupné napätie, V] =

Výpočet odporu rezistora R4

Pre rezistor R4 musia byť splnené dva vzťahy:

[Odpor R4, kOhm] > 1.1 * ([Napájacie napätie, V] - [Vypínacie napätie dinistorov, V]) / [Prídržný prúd, mA]

Je to potrebné, aby bol dinistor alebo jeho analóg bezpečne uzamknutý, keď je kondenzátor vybitý.

Tento čas nabíjania predstavuje zvyšujúcu sa rampu pílového hriadeľa, ako aj čas zametania v špecifických aplikáciách. Čas rampy závisí od hodnôt odporu a kondenzátora. Čas pádu je čas potrebný na to, aby sa kondenzátor vybil cez tranzistor. Obvod vákuovej trubice vpravo je ďalším príkladom obvodu, ktorý vydáva pílovitý tvar vlny. Tento obvod bol použitý ako generátor rozmietania v osciloskope alebo inom displeji. Rampa alebo rozkmitová časť výstupu sa používa na pohyb elektrónového lúča zľava doprava cez displej, zatiaľ čo spätná alebo spätná časť vracia lúč do jeho počiatočného bodu.

[Odpor R4, kOhm] Napájacie napätie, V] - [ Dinistorové odblokovacie napätie, V]) / (1.1 * [Uvoľňovací prúd, mA])

Je to potrebné, aby sa kondenzátor mohol nabiť na napätie potrebné na odblokovanie dinistora alebo jeho ekvivalentu.

Koeficient 1,1 bol zvolený podmienečne z túžby získať 10% maržu.

Ak sú tieto dve podmienky vo vzájomnom rozpore, znamená to, že napájacie napätie obvodu pre tento tyristor je zvolené príliš nízke.

Tento obvod sa používa ako príklad na znázornenie vákuovej trubice používanej ako generátor pílových zubov a druhej metódy zmeny času rozmietania. Na zmenu doby rozmietania sa používa spínač, rovnako ako sa v obvode nad ním používa premenlivý odpor.

Toto je miera času založená na veľkosti zmeny napätia. Ďalším dôležitým aspektom je použitie lineárnej časti doby nábehu kondenzátorov. Len prvýkrát je konštanta lineárna rampa alebo nejaká lineárna. Keďže je kondenzátor schopný nabíjať ďalej, čas nabíjania sa stále viac spomaľuje. Samozrejme, že rampa píly je lineárna v dobe nábehu. To isté platí pre dobu vybíjania kondenzátora. Čím dlhší je čas vybíjania, tým menší bude lineárny výboj.

Výpočet frekvencie relaxačného oscilátora

Frekvencia generátora sa dá približne odhadnúť z nasledujúcich úvah. Doba oscilácie sa rovná súčtu času nabíjania kondenzátora na odblokovacie napätie dinistora a času vybíjania. Súhlasili sme s predpokladom, že kondenzátor sa okamžite vybije. Musíme teda odhadnúť čas nabíjania.

Mohli by ste mi ukázať, ako vyrobiť pílový oscilátor s premenlivou frekvenciou? Pílovitá vlna sa vyznačuje pozitívnym lineárnym obratom napätia sprevádzaným prudkým poklesom na nulu. Jedným zo spôsobov, ako vytvoriť pílovitý povrch, je pomalé nabíjanie kondenzátora cez zdroj jednosmerného prúdu a potom rýchle vybitie kondenzátora, čím dôjde k jeho skratovaniu.

Opakovaním tohto procesu vzniká pílovitá vlna. Ale DC zdroje môžu byť zložité, najmä ak si ich chcete prispôsobiť. Namiesto zdroja konštantného prúdu sa často používa pevný odpor na obmedzenie nabíjacieho prúdu uzáveru. Napätie na nabíjacom kondenzátore pomocou pevného odporu však nie je lineárne. Ale výberom časti krivky, ktorá je viac-menej lineárna, ako je znázornené červenými bodkovanými čiarami, môžeme vytvoriť pseudopilos. Časovač 555 je astabilný oscilátor, ktorý využíva nabíjanie a vybíjanie kondenzátora.

Druhá možnosť: R1- 1 kOhm, R2, R3- 200 ohmov, R4- zastrihávač 3 kOhm (nastavený na 2,5 kOhm), Napájacie napätie- 12 V. Tranzistory- KT502, KT503.

Požiadavky na zaťaženie generátora

Vyššie uvedené relaxačné generátory môžu pracovať so záťažou, ktorá má vysoký vstupný odpor, takže výstupný prúd neovplyvňuje proces nabíjania a vybíjania kondenzátora.

Nie je dokonalý, ale dosť dobrý pre väčšinu elektroniky. Tvar vlny sa potom uloží do vyrovnávacej pamäte a upraví sa. Frekvenčná banka mení frekvenciu a ovládanie priebehu upravuje vlnu tak, aby horná a spodná časť tvaru vlny nebola orezaná.

Lineárnejšia rampová vlna môže byť generovaná pomocou digitálneho počítadla s váženými výstupmi. Pozrite sa na generátor pílových zubov na obrázku 3. Vyzerá ako číslo 3? Tieto prúdy sú sčítané v neinvertujúcom operačnom zosilňovači a výstupnom uzle ako napätie.

[Záťažový odpor, kOhm] >> [Odpor odporu R4, kOhm]

RAMPOVÝ GENERÁTOR NAPÄTIA- generátor lineárne sa meniaceho napätia (prúdu), elektronické zariadenie generujúce periodické kolísanie napätia (prúdu) v tvare pílového zuba. Základné Účelom gpn je riadiť časový priebeh lúča v zariadeniach používajúcich katódové trubice. G.p.n. Používajú sa aj v zariadeniach na porovnávanie napätí, časových oneskorení a expanzie impulzov. Na získanie pílovitého napätia sa využíva proces nabíjania (vybíjania) kondenzátora v obvode s veľkou časovou konštantou. Najjednoduchšie G. p.n. (obr. 1, a) pozostáva z RC integračný obvod a tranzistor, ktorý vykonáva funkcie periodicky riadeného spínača. impulzov. Pri absencii impulzov je tranzistor nasýtený (otvorený) a má nízky odpor kolektor - emitor, kondenzátorová časť S vybité (obr. 1, b). Pri použití spínacieho impulzu sa tranzistor vypne a kondenzátor sa nabíja zo zdroja napätia - E k- priamy (pracovný) zdvih. Výstupné napätie G.p.n., odstránené z kondenzátora S, zmeny podľa zákona. Na konci spínacieho impulzu sa tranzistor odblokuje a kondenzátor S rýchlo sa vybíja (spätne) cez nízkoodporový žiarič - kolektor. Základné charakteristiky G.p.n.: amplitúda pílového napätia, koeficient. nelinearita a koeficient pomocou napájacieho napätia. Keď v tejto schéme

Trvanie dopredného zdvihu T p a frekvencia pílového napätia sú určené trvaním a frekvenciou spínacích impulzov.

Nevýhodou najjednoduchšieho G. p.n. je malé k E pri nízkej Požadované hodnoty e sú v rozsahu 0,0140,1, pričom najmenšie hodnoty sú pre porovnávacie a oneskorovacie zariadenia. Nelinearita pílového napätia počas dopredného zdvihu nastáva v dôsledku poklesu nabíjacieho prúdu v dôsledku poklesu rozdielu napätia. Približná stálosť nabíjacieho prúdu sa dosiahne zahrnutím nelineárnej prúd stabilizujúcej dvojpólovej siete (obsahujúcej tranzistor alebo vákuovú elektrónku) do nabíjacieho obvodu. V takom G. p.n. A . V G. p.n. s pozitívnym Napäťovou spätnou väzbou sa výstupné pílovité napätie privádza do nabíjacieho obvodu ako kompenzačné emf. V tomto prípade je nabíjací prúd takmer konštantný, čo poskytuje hodnoty 1 a = 0,0140,02. G.p.n. používa sa na skenovanie v katódových trubiciach s elektrickými magnetmi. vychýlenie lúča. Na získanie lineárnej výchylky je potrebná lineárna zmena prúdu vo vychyľovacích cievkach. Pre zjednodušený ekvivalentný obvod cievky (obr. 2, a) je podmienka lineárnosti prúdu splnená, keď je na svorky cievky privedené lichobežníkové napätie. Toto lichobežníkové napätie (obr. 2, b) možno získať na Štátnej vedeckej univerzite. pri pripojení k nabíjaciemu okruhu doplní. odpor R d (zobrazené na obr. 1, A bodkovaná čiara). Vychyľovacie cievky spotrebúvajú veľké prúdy, preto je generátor lichobežníkového napätia doplnený o výkonový zosilňovač.

Princíp činnosti generátora relaxácie je založený na skutočnosti, že kondenzátor sa nabíja na určité napätie cez odpor. Po dosiahnutí požadovaného napätia sa ovládací prvok otvorí. Kondenzátor sa cez ďalší rezistor vybije na napätie, pri ktorom sa ovládací prvok uzavrie. Takže napätie na kondenzátore sa zvyšuje podľa exponenciálneho zákona a potom klesá podľa exponenciálneho zákona.

Viac o tom, ako sa kondenzátor nabíja a vybíja cez odpor, si môžete prečítať na nasledujúcom odkaze.