Генератор пилкоподібної напруги. Генератор пилкоподібних імпульсів

Електронним генератором називають пристрій для формування незатухаючих електричних коливань різної форми, частоти та потужності. Найчастіше генератори виконують з урахуванням ОУ.

Мультивібратор

Мультивібратор називають генератор напруги з формою, близькою прямокутною. Його назва відображає той факт, що така напруга при розкладанні в ряд Фур'є представляється поруч, що містить багато вищих гармонік (мульті - Багато).

За характеристикою ОУ (див. рис. 2.13, б) видно, що вихідна напруга підсилювача лінійно залежить від вхідного лише у дуже вузькому діапазоні – сотнях мікровольт. Якщо вхідна напруга виходить за межі цього діапазону, то вихідний сигнал може приймати тільки два значення: +UВЬ1Х (+12 В) і -UВ1Х (≈ -12 В). На цій особливості операційного підсилювача заснований принцип формування прямокутної напруги мультивібратора (рис. 2.20 а).

Мал. 2.20. Мультивібратор(а) та графіки, що пояснюють його роботу (б)

Припустимо, що в момент включення між входами підсилювача невелика (досить одиниць мілівольт) негативна різниця потенціалів. При цьому на виході сформується напруга + ВИВИХ, а на неінвертуючий вхід з дільника R 1, R 2 буде поданий позитивний потенціал +U n. Конденсатор почне заряджатися по ланцюгу "Uвих-R3-С-корпус", прагнучи досягти потенціалу + Uвих. Потенціал на вході, що інвертує, почне зростати до тих пір, поки не перевищить потенціал на вході, що не інвертує. +U D. У цей момент підсилювач сформує на виході негативну напругу -U виx і створить на неінвертуючому вході негативний потенціал -U D. Тепер конденсатор почне перезаряджатися, прагнучи досягти потенціалу -U виx. Однак як тільки потенціал на вході, що інвертує, стане нижче потенціалу на неінвертуючому вході -U D, підсилювач сформує на виході позитивну напругу +U виx. Такий стрибкоподібний процес зміни вихідної напруги з + U вих до -U вих і назад буде повторюватися до тих нір, поки з операційного підсилювача не буде знято напруга живлення. Графіки, що демонструють описані процеси, показано на рис. 2.20, б. Період Г-коливань визначається постійним часом заряду конденсатора τ = R 3C, а також тим, наскільки потенціал, що формується дільником R 1, R 2, менше напруги Uвих.

Генератор пилкоподібної напруги

Напруга на конденсаторі прямолінійно зростає, якщо його заряджати постійним струмом, що не залежить від напруги на ньому, і запобігти впливу цього струму опору навантаження, тобто. має виконуватися умова R н >>R. Інтегруючи за часом вираз

Умова I c = const у схемі генератора пилкоподібної напруги (ГПН) на основі ОУ (рис. 2.21, а) забезпечується постійною напругою Uвх. Поки транзистор замкнений, протягом часу t п відбувається зарядка конденсатора і напруга на ньому наростає прямою. Підсилювач, прагнучи створити різницю потенціалів на його входах, близькій до нуля, формує вихідну напругу, що повторює напругу на конденсаторі. При подачі імпульсу Uразр транзистор відкривається, і конденсатор швидко розряджається через нього за час t розр, після чого процес заряджання повторюється. Вихідна напруга схеми набуває пилкоподібної форми, яка зберігається до тих пір, поки значення напруги розташовується всередині діапазону від -Uвих до +Uвих.

Пилоподібним називають напругу, що наростає пропорційно часу і спадає стрибкоподібно. На рис. 46, апоказана ідеальна пилкоподібна напруга, що має час наростання t нарта час спаду t сп,дорівнює нулю. Очевидно, що період такої напруги Тдорівнює часу наростання. Реальні генератори пилкоподібної напруги мають не зовсім лінійно наростаючу напругу і не дорівнює нулю час її спаду (рис. 46, б).

Пилоподібну напругу застосовують для розкладки електронного променя в електронно-променевих приладах.

Мал. 46. Криві зміни ідеальної (а) та реальної (б) пилкоподібної напруги

Розглянемо роботу керованого транзисторного генератора пилкоподібної напруги з ємнісним зворотним зв'язком (рис. 47).

Мал. 47. Схема генератора пилкоподібної напруги

Генератор керується імпульсами негативної полярності через діод VDI.У вихідному стані транзистор VT1замкнений позитивною напругою, що подається від джерела е.р.с. Е бечерез резистор R 2,діод VDIта резистор R 1.Конденсатор Ззаряджається через R K , R 1,VDIі R 2приблизно до напруги Е ке.При подачі керуючого імпульсу діод VD1замикається. Транзистор VTIвідкривається, оскільки напруга з його базу подається тепер через резистор R.Розпочинається розряд конденсатора через відкритий транзистор. Потенціали бази та колектора в момент відмикання транзистора стрибком зменшуються. Ємний зворотний зв'язок між колектором і базою підтримує струм розряду конденсатора майже незмінним.

У момент закінчення керуючого імпульсу діод відмикається, транзистор закривається напругою джерела е.р.с. Е бе,і починається заряд конденсатора З.

Для забезпечення повного розряду конденсатора та отримання максимальної амплітуди пилкоподібної напруги тривалість керуючих імпульсів вибирають виходячи із співвідношення

τ = (1,1 – 1,2)t розр

де t розр- Час розряду конденсатора.

Частота пилкоподібної напруги визначається параметрами розрядного ланцюга та обмежується частотними властивостями транзистора.

До вашої уваги добірка матеріалів:

Застосування в релаксаційних генераторах транзисторних аналогів диністора є типовим, тому що для розрахунку і точної роботи цього генератора необхідні певні параметри диністора. Деякі з цих параметрів у промислових диністорів мають великий технологічний розкид, або взагалі не нормуються. А зробити аналог із строго заданими параметрами не складає труднощів.

Показаний пилкоподібний сигнал показаний вище. Час відновлення завжди менший за час розгортки. Пилоподібний сигнал виходить, коли час зворотного ходу стає рівним нулю. Швидкість розгортки пилкоподібних хвиль залежить від конденсатора, що використовується в контурі. Швидкість розгортки контролюється резистором, вміщеним у ланцюг.

Заряд і розряди конденсатора генерують сигнал, показаний нижче. Транзистор забезпечує низький опір, через який конденсатор стає розрядом. Миттєва напруга та напруга живлення вимірюються у вольтах, час вимірюється у другому, опір вимірюється в омі, а конденсатор вимірюється у Фараді.

Схема генератора пилкоподібної напруги

Релаксаційний генератор має такий вигляд:

(A1)- релаксаційний генератор на діодному тиристорі (диністорі), (A2)- У схемі A1 диністор замінений на транзисторний аналог. Розрахувати параметри транзисторного аналога в залежності від використовуваних транзисторів та номіналів резисторів можна.

Термін «пилкоподібний» відноситься до форми сигналу і тому може мати будь-який час підйому або спаду, якщо форма хвилі зберігає основну форму пильного диска. Пілотний генератор. є схемою, яка генерує сигнал пильного диска або від зовнішнього входу, або від автоколивань, як у релаксаційному генераторі. Схема, призначена для створення пилкоподібної функції, матиме дуже повільний лінійний стрибок, який піднімається від стаціонарного рівня до піку. Коли досягнуто пікової напруги рампи, напруга дуже швидко повертатиметься до початкового рівня.

Резистор R5вибирається невеликим (20 – 30 Ом). Він призначений для обмеження сили струму через диністор чи транзистори у момент їхнього відкриття. У розрахунках впливом цього резистора ми знехтуємо і вважатимемо, що на ньому практично не падає напруга, а через нього конденсатор розряджається миттєво.

Параметри диністора, які застосовуються в розрахунках, описані у статті вольт-амперна характеристика диністора.

Робота ланцюга однополярного транзистора

Час падіння набагато коротший, ніж час наростання, але не миттєвий, хоча він виглядає так само в порівнянні з часом наростання. Час падіння також згадується як зворотний хід, коли сигнал використовується як генератор розгортки. Схема функціонує як осцилятор та відключає зарядку та розрядку конденсатора. Звичайно, ви також можете зробити частотну змінну, додавши тример, як поточне налаштування. Верхня сторона тримера залишається підключеною до напруги живлення. У той час як інший кінець тримера залишається непов'язаним, як у конфігурації.

[Мінімальна напруга на виході,] =

[Максимальна напруга на виході,] =

Розрахунок опору резистора R4

Для резистора R4 повинні виконуватися два співвідношення:

[Опір R4, ком] > 1.1 * ([Напруга живлення,] - [Напруга замикання диністора,]) / [Струм утримання, ма]

Це необхідно для того, щоб диністор або його аналог надійно замикалися, коли розрядиться конденсатор.

Цей час зарядки - це нахил пилкоподібного валу, що наростає, а також час розгортки в конкретних додатках. Час нахилу залежить від значень резистора та конденсатора. Час падіння - це час, необхідний розрядки конденсатора через транзистор. Схема вакуумної трубки праворуч є ще одним прикладом схеми, яка виводить пилкоподібну форму сигналу. Ця схема використовувалася як генератор розгортки в осцилографі чи іншому дисплеї. Рампа або частина розгортки виходу використовуються для переміщення електронного променя зліва направо дисплеєм, в той час як частина зворотного ходу або зворотного ходу повертає пучок у вихідну точку.

[Опір R4, ком] Напруга живлення, В] - [ Напруга відмикання диністора,]) / (1.1 * [Струм відмикання, ма])

Це необхідно для того, щоб конденсатор міг зарядитися до напруги, необхідної для відмикання диністора або аналога.

Коефіцієнт 1.1 обраний умовно з бажання отримати 10% запас.

Якщо дві ці умови вступають у суперечність один з одним, це означає, що вибрано занадто низьку напругу живлення схеми для даного тиристора.

Ця схема використовується як приклад, щоб показати вакуумну трубку, використовувану як пилкоподібний генератор, і другий спосіб зміни часу розгортки. Перемикач використовується для зміни часу розгортки, так само як змінний резистор використовується в ланцюгу над ним.

Це показник часу, що базується на величині зміни напруги. Іншим важливим міркуванням є використання лінійної частини наростання конденсаторів. Тільки вперше константа є лінійною рампою чи деякою лінійною. У міру того, як конденсатор може заряджатися додатково, час заряджання уповільнюється все більше і більше. Зрозуміло, рампа пилки лінійна за часом наростання. Те саме стосується часу розряду конденсатора. Чим довше час розряду, тим меншим буде лінійний розряд.

Розрахунок частоти релаксаційного генератора

Приблизно оцінити частоту генератора можна з таких міркувань. Період коливань дорівнює сумі часу заряду конденсатора до напруги відмикання диністора та часу розряду. Ми домовилися рахувати, конденсатор розряджається миттєво. Таким чином, нам слід оцінити час заряду.

Чи не могли б ви показати мені, як зробити пилкоподібний генератор зі змінною частотою? Пилоподібна хвиля характеризується позитивним лінійним розворотом напруги, укладеним із різким падінням до нуля. Один із способів генерувати пилкоподібну поверхню - повільно заряджати конденсатор через джерело постійного струму, а потім швидко розряджати конденсатор, замикаючи його.

Повторюючи цей процес, створюється пилкоподібна хвиля. Але джерела постійного струму можуть бути складними, особливо, якщо ви хочете налаштувати його. Замість постійного джерела струму часто використовується фіксований резистор для обмеження заряджання струму кришки. Однак напруга на зарядному конденсаторі з використанням фіксованого резистора не є лінійною. Але, вибираючи ділянку кривої, більш менш лінійний, як показано червоними пунктирними лініями, ми можемо створити псевдопілос. Таймер 555 – це нестабільний генератор, який використовує зарядку та розрядку конденсатора.

Другий варіант: R1- 1 ком, R2, R3- 200 Ом, R4- підстроювальний 3 ком (встановлений на 2.5 ком), Напруга живлення- 12 ст. Транзистори- КТ502, КТ503.

Вимоги до навантаження генератора

Наведені релаксаційні генератори можуть працювати з навантаженням, що має високий вхідний опір, щоб вихідний струм не впливав на процес заряджання та розряджання конденсатора.

Чи не ідеальний, але досить хороший для більшості моделей електроніки. Форма хвилі потім буферизується та кондиціонується. Частотний банк змінює частоту, а управління формою хвилі налаштовує хвилю, щоб верхня та нижня частини форми хвилі не були обрізані.

Більш лінійний пилкоподібний сигнал може бути згенерований з використанням цифрового лічильника з виваженими виходами. Подивіться на пилкоподібний генератор малюнку 3. Це схоже на номер 3? Ці струми підсумовуються у вузлі неінвертуючого операційного підсилювача та виходу як напруга.

[Опір навантаження, кому] >> [Опір резистора R4, ком]

ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО НАПРУГИ- генератор напруги (струму), що лінійно змінюється, електронний пристрій, що формує періодич. коливання напруги (струму) пилкоподібної форми. основ. призначення Г. п. н. - Управління тимчасової розгорткою променя в пристроях, що використовують електроннопроменеві трубки. Р. п. н. застосовують також у пристроях порівняння напруг, тимчасової затримки та розширення імпульсів. Для отримання пилкоподібної напруги використовують процес заряду (розряду) конденсатора в ланцюзі з великою постійною часом. Найпростіший Р. п. н. (рис. 1, а) складається з інтегруючого ланцюга RCі транзистора, що виконує функції ключа, керованого періодич. імпульсами. За відсутності імпульсів транзистор насичений (відкритий) і має малий опір ділянки колектор - емітер, конденсатор Зрозряджений (рис. 1, б). При подачі комутувального імпульсу транзистор замикається і конденсатор заряджається від джерела живлення з напругою. Є до- Прямий (робочий) хід. Вихідна напруга Г. п. н., що знімається з конденсатора З, змінюється згідно із законом . По закінченні комутувального імпульсу транзистор відмикається і конденсатор Зшвидко розряджається (зворотний хід) через мале опір емітер - колектор. основ. характеристики Г. п. н.: амплітуда пилкоподібної напруги, коеф. нелінійності та коеф. використання напруги джерела живлення При в даній схемі

Тривалість прямого ходу Tр і частота пилкоподібної напруги визначаються тривалістю і частотою комутуючих імпульсів.

Недоліком найпростішого Р. п. н. є малий k Eпри малому. Необхідні значення е лежать у межах 0,0140,1, причому найменші значення відносяться до пристроїв порівняння та затримки. Нелінійність пилкоподібної напруги під час прямого ходу виникає через зменшення зарядного струму внаслідок зменшення різниці напруги. Приблизного сталості зарядного струму домагаються включенням в ланцюг заряду нелінійного струмостабілізуючого двополюсника (що містить транзистор або електронну лампу). У таких Р. п. н. і . У Р. п. н. з покладе. зворотним зв'язком по напрузі вихідна пилкоподібна напруга подається в зарядний ланцюг як компенсуюча ЕДС. При цьому зарядний струм майже постійний, що забезпечує значення 1 =0,0140,02. Р. п. н. використовують для розгортки в електронно-променевих трубках з ел-магн. відхиленням променя. Щоб отримати лінійне відхилення, необхідна лінійна зміна струму в котушках, що відхиляють. Для спрощеної еквівалентної схеми котушки (рис. 2, а) умова лінійності струму виконується при подачі на затискачі котушки трапецеїдальної напруги. Така трапецеїдальна напруга (рис. 2, б)можна отримати в Г. п. н. при включенні до зарядного ланцюга доповнить. опору Rд (показано на рис. 1, апунктиром). Відхиляючі котушки споживають великі струми, тому генератор трапецоїдної напруги доповнюють підсилювачем потужності.

Принцип роботи релаксаційного генератора ґрунтується на тому, що конденсатор заряджається до певної напруги через резистор. При досягненні потрібної напруги відкривається елемент, що управляє. Конденсатор розряджається через інший резистор до напруги, при якому елемент, що управляє, закривається. Так напруга на конденсаторі наростає за експоненційним законом, потім зменшується за експоненційним законом.

Докладніше про те, як відбувається заряд і розряд конденсатора через резистор можна прочитати за посиланням.

До вашої уваги добірка матеріалів:

Схема генератора пилкоподібної напруги

Релаксаційний генератор має такий вигляд:

(A1)- релаксаційний генератор на діодному тиристорі (диністорі), (A2)- У схемі A1 диністор замінений на транзисторний аналог. Розрахувати параметри транзисторного аналога в залежності від транзисторів і номіналів резисторів, що використовуються, можна.

[Мінімальна напруга на виході,] =

[Максимальна напруга на виході,] =