Введение в цифровую электронику Магнитные цепи Полупроводниковые приборы Передача дискретных сигналов Выражение мощности в комплексной форме Резонанс напряжений Преобразователи напряжения Сглаживающие фильтры

Расчетные задания курсовой по электронике и электротехнике

Генераторы линейно изменяющегося напряжения.

 Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формируют напряжение пилообразной формы (рис. 16.5б), которое необходимо для создания разверток на экранах осциллографов, телевизоров и др. индикаторов, для преобразователей аналоговых величин в цифровые, преобразователей  амплитуда-время и для др. целей.

 Для формирования линейно изменяющегося напряжения, чаще всего используют заряд или разряд конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 16.5а.
При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается от источника тока I и напряжение на нем нарастает по закону:

 (16.12)

т. е. по линейному закону. В момент времени t1 ключ К замыкается и конденсатор разряжается через резистор R и ключ К по экспоненциальному закону.

 Разработано много схем ГЛИН. Большими преимуществами обладают схемы на ОУ. В них в качестве источника постоянного тока применяются интеграторы на ОУ, а в качестве ключа – компараторы.

 Схема интегратора на ОУ приведена на рис. 16.5в. Очевидно, что ; . Так как , то , причем:

.

Мы уже установили, что для ОУ напряжение между входами . Поэтому Uвых=UC, причем:

.

Если напряжение на входе ОУ постоянное, то получаем:

линейно изменяющееся напряжение. Знак приращения обратный знаку входного напряжения.

 Схема ГЛИН с внешним управлением приведена на рис. 16.6а. На рис. 16.6б приведены диаграммы напряжений, поясняющие его работу.


 Схема состоит из компаратора и интегратора. В исходном состоянии напряжение управления UУ = 0. Под воздействием напряжения Е0 компаратор находится в состоянии отрицательного насыщения. Под воздействием этого напряжения конденсатор С заряжается до .

 Пусть в момент времени t1 на прямой вход поступает прямоугольный импульс, амплитуда которого Um > E0. Компаратор переходит в положительное насыщение, т. е. напряжение на его выходе . Это напряжение является входным для интегратора. Открывается диод D1, начинается перезаряд конденсатора С до . Напряжение UГЛИН убывает по линейному закону в соответствии с выражением:

 По окончании импульса компаратор регенеративно переходит в отрицательное насыщение (под воздействием Е0). Диод D1 закрывается. Открывается диод D2. Начинается перезаряд конденсатора С до напряжения . Напряжение UГЛИН возрастает по линейному закону, т. е.

Максимального значения оно достигает за время t = R2C. Если пауза , то ГЛИН переходит в устойчивое состояние () до поступления следующего импульса управления.

  Кроме рассмотренной схемы, часто применяются ГЛИН в автоколебательном режиме. Чтобы получить такой ГЛИН достаточно в схему рис. 16.6а ввести ОС – R3, R4 на прямой вход компаратора с выходов компаратора и интегратора (пунктир на рис. 16.6а). Напряжение обратной связи UОС будет определяться напряжением на выходе компаратора  и напряжением на выходе интегратора UГЛИН. На рис. 16.6в приведены временные диаграммы, поясняющие работу генератора.

 Пусть в момент времени t1 = 0 компаратор перешел в состояние отрицательного насыщения. Его . Открывается диод D2 и на интеграторе начинается формирование линейно нарастающего напряжения UГЛИН. Напряжение обратной связи UОС найдем методом суперпозиции:

 (16.13)

где  - линейно нарастающее напряжение UГЛИН.

 Видим, что UОС также линейно нарастает. В момент времени t2 наступает равенство UOC = Е0. Компаратор переключается, напряжение его на выходе скачком изменяется до . Напряжение интегратора скачком измениться не может. Поэтому напряжение обратной связи скачком увеличивается до величины:

 (16.14)

 Напряжением  открывается диод D1. На интеграторе начинается формирование  линейно падающего напряжения. Напряжение UOC также линейно убывает и в момент t3 принимает значение:

Компаратор вновь переключается и далее процесс периодически повторяется.

 Рассмотрим пример.

 Пусть в схеме компаратора R3 = 10 кОм; R4 = 50 кОм; Е0 = 1 В; = ±10 В.

 Определим UГЛИН и UОС в моменты времени t1; t2; t3.

В момент времени t1 включается питание. Напряжение на выходе компаратора:

Конденсатор С до включения питания был разряжен. Напряжение UC = 0 и скачком измениться не может. Значит  и в соответствии с (16.13):

Для момента времени t2:

.

 Отсюда определим UГЛИН:

.

 Определим значение сразу после переключения, когда значение , а UГЛИН еще не изменилось:

.

Для момента времени t3

 Напряжение на выходе компаратора . Напряжение обратной связи UOC:

.

Здесь UГЛИН (t3) – минимальное.

Определим это значение :

.

Напряжение UОС (t3) определим сразу после переключения, когда значение , а UГЛИН (t3) = -0,79 В.

Далее значение UГЛИН периодически изменяется от –0,79 В до 3,2 В, а UОС от –2,32 В до 4,31 В.