Общая характеристика и принципы построения ГЛИН
Линейно изменяющимся напряжением называется напряжение, которое в течение некоторого времени изменяется по закону близкому к линейному, а затем быстро возвращается к первоначальному уровню. Напряжение, изменяющееся от меньшего уровня к большему, называется линейно возрастающим, а напряжение, изменяющееся от большего уровня к меньшему — линейно падающим. Такие напряжения также называют напряжениями пилообразной формы. На рис 7.1. приведен график линейно изменяющее напряжение, где:
— длительность прямого или рабочего хода;
— длительность обратного хода;
— длительность паузы;
— период колебаний;
—амплитуда напряжения.
Пилообразное напряжение также характеризуется частотой:
,
где
Существует два принципа создания ЛИН:
1. С использованием RC-цепочки (см. рис. 7.2.). Идея принципа — использование линейного начального участка экспоненты при заряде конденсатора С от источника э.д.с Е через сопротивление R. Для быстрого разряда конденсатора С применяется ключ S.
Рисунок 7.1 — Линейно изменяющееся напряжение
Рисунок 7.2 — Формирование ЛИН RC-цепочкой
При разомкнутом ключе S формируется прямой ход ЛИН, при замкнутом — обратный. В зависимости от степени нелинейности начального участка экспоненты амплитуда может достигать значений 0,3¸0,6 от Е. Следовательно, основным недостатком схемы является низкий коэффициент использования напряжения Е.
2. Заряд конденсатора С через токостабилизирующий элемент (ТСЭ) (см.рис 7.3.).
Рисунок 7.3 — Формирование ЛИН с использованием ТСЭ
Поскольку напряжение на конденсаторе С определяется выражением:
,
то при стабилизации тока заряда конденсатора i=const, получим:
.
Следовательно, напряжение на конденсаторе С изменяться по линейному закону в функции времени t. Для стабилизации тока в качестве ТСЭ часто используют биполярный транзистор, включенный по схеме с общей базой.
Основными параметрами ГЛИН являются:
1. Коэффициент нелинейности
,
где производная выходного напряжения (
)в соответствующий момент времени, характеризующаяся тангенсом угла наклона касательной к
. Разница между тангенсами углов наклона определяет погрешность (см. рис. 7.4.).
Рисунок 7.4 — Определение погрешности
2. Коэффициент использования напряжения , характеризуется отношением амплитуды пилы к подводимому напряжению
Чем больше , тем больше погрешность ГЛИН для RC цепочки, т.к. используется большой участок экспоненты. Следовательно, увеличивая
,получаем большой коэффициент нелинейности
.
Для первой схемы
.
При получим
.
Тогда
.
При значениях коэффициента использования напряжения x=(0,5…0,7) погрешность нелинейности x достигает величины 10-20 %.
Для получения малых значений e при больших нелинейностях x рекомендуют применять схему с ТСЭ.
ГЛИН можут работать в следующих режимах:
1. Автоколебательный;
2. Ждущий;
3. Режим синхронизации.
Выделяют также режим внешнего управления, как разновидность ждущего режима. В этом режиме длительность рабочего хода определяется длительностью управляющего импульса.
В ждущем режиме начало прямого хода определяет короткий управляющий импульс, а длительность прямого хода определяется времязадающими напряжениями ГЛИН.
В режиме синхронизации — частота ГЛИН кратна частоте внешних синхронизирующих импульсов.
Автоколебательная схема работает без внешних управляющих импульсов.