Генератор прямоугольного и треугольного напряжений

Как видно из диаграммы на рис. 2, в схеме мультивибратора формируется напряжение не только прямоугольной формы, но и формы, близкой к треугольной (на конденсаторе). Времязадающая RC-цепь мультивибратора выполняет приближенное интегрирование выходных прямоугольных колебаний. Заменив эту цепь интегратором на ОУ, получим генератор, на одном из выходов которого формируются прямоугольные, а на другом – треугольные колебания (рис. 4). На усилителе ОУ1 выполнен неинвертирующий триггер Шмитта, а на ОУ2 – интегратор. Интегратор интегрирует постоянное напряжение на выходе триггера Шмитта. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на его выходе U₁ скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера Шмитта. Изменяя постоянную интегрирования RC, можно перестраивать частоту формируемого напряжения в широком диапазоне. Амплитуда треугольного напряжения U₂ зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта U_п, который для данной схемы включения триггера составляет Uм*R1/R₂ (U_м – напряжение насыщения ОУ).

Рис. 4. Схема генератора прямоугольных и треугольных колебаний.

Период колебаний генератора равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменилось от –U_п до +U_п:

Таким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня напряжения насыщения операционного усилителя.

Условия возбуждения

На рис. 5 показана блок-схема генератора. Усилитель усиливает входной сигнал в K_U раз. При этом между выходным U_вых и входным U_вх напряжениями усилителя возникает фазовый сдвиг φ. К выходу усилителя подключена схема частотно-зависимой обратной связи, которая может представлять собой, например, колебательный контур. При этом напряжение, используемое для осуществления обратной связи, составляет βU_вых. Обозначим аргумент комплексного коэффициента звена обратной связи β символом ψ.

Рис. 5. Блок-схема электронного генератора.

Условием генерации стационарных колебаний замкнутой схемой является равенство выходного напряжения схемы обратной связи и входного напряжения усилителя. Это условие записывается следующим образом:

βU_вых = U_вх = U_вых / K_U

Коэффициент петлевого усиления должен, таким образом, равняться:

βК_U = 1

Из последнего комплексного соотношения вытекают два вещественных:

|β||К_U| = 1

φ + ψ = 0, 2π, ...

Выражения называют условием баланса амплитуд и фаз. Баланс амплитуд означает, что незатухающие колебания в замкнутом контуре могут существовать только тогда, когда усилитель компенсирует потери в схеме обратной связи. Условие баланса фаз означает, что восполнение энергии в системе производится в такт ее собственным колебаниям.