Генераторы линейно изменяющихся напряжений

Генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН), или генераторы пилообразных напряжений, предназначены для форми­рования импульсов симметричного или несимметричного вида. Симметричное линейно изменяющееся напряжение используется в радио­высотомерах, а несимметричное — в развертках осциллогра­фов и электронно-лучевых трубках. Линейно изменяющуюся, как правило, более пологую (более продолжительную) часть импульса принято называть прямым (рабочим) ходом с временем ts, а его короткую часть — обратным ходом (стадией восстанов­ления) с длительностью tобp. Амплитуда пилообразного импульса Uвых maxопределяется разностью напряжений в начале и конце его прямого хода.

Соотношения длительностей прямого и обратного ходов импульса могут быть самыми разными. Формы импульсов также могут быть разными, т.е. представлять собой сложные геометриче­ские фигуры (например, трапецию) с разной полярностью. Далее рассмотрим наиболее широко распространенные генераторы пилообразного напряжения, с помощью которых можно получить трапециевидные импульсы, применяя диодные схемы ограничителей.

Получить линейно изменяющееся напряжение можно на обкладках конденсатора, заряжающегося через большое сопротивление, например, на интегрирующей цепи, на которую подано постоянное напряжение.

На рис. 2.19, а приведена схема формирователя линейно нарастающего напряжения на основе инвертора и конденсатора С, заряжающегося через резистор RКот напряжения источника питания Uпдо напряжения Uвых maxс относительно большой постоянной времени q=RКС.

Рис. 2.19. Схема простейшего ГЛИН (а), схема генератора с токостаби- лизирующим элементом (б)и эпюры их напряжений (в)

При открытом транзисторе конденсатор С разряжен практически до нуля. После запирания транзистора конденсатор начинает медленно заряжаться через резистор RК. При этом сначала напряжение на обкладках конденсатора нарастает по линейному закону, но по мере его насыщения рост напряжения замедляется и начинает больше соответствовать нелинейной экспоненциальной зависимости от времени.

Если на вход формирователя поступает последовательность положительных импульсов с большой скважностью, то каждый импульс, открывая транзистор и разряжая конденсатор, будет формировать обратный ход. При этом в промежутках между импульсами будет формироваться линейно нарастающее напряжение.

Для создания линейной зависимости нарастания напряжения постоянная времени заряда конденсатора должна быть довольно большой, поэтому для этого, как правило, используют электролитический конденсатор большой емкости (С = 10…20 мкФ) и резистор с сопротивлением 5…10 кОм.

Нелинейность изменения напряжения на конденсаторе является главным недостатком подобных формирователей. Для устранения нелинейности применяют различные методы. В частности, используют только ограниченный начальный участок времени заряда конденсатора, нелинейное усиление сигнала или электронный интегратор на основе операционного усилителя. Однако в случаях, когда не предъявляются высокие требования к линейности изменения напряжения, используют простые схемы ГЛИН.

Кроме временных характеристик к основным параметрам ГЛИН относятся коэффициент использования напряжения питания Ки=Uвых.max/U и коэффициент нелинейности Кнл. Обычно Ки < 1, и его всегда стремятся увеличить. К высокоточным относятся ГЛИН с Кнл < 1%. При Кнл= 1ѕ10% считают, что ГЛИН имеет среднюю линейность, а при Кнл> 10% — низкую.

В схеме простейшего ГЛИН, представленной на рис. 2.19, а, содержится интегрирующая RC-цепь (RКС), работающая при формировании прямого хода. Из анализа интегрирующих RC-цепей следует, что при Uвых << U скорость нарастания напряжения макси­мальна и почти постоянна, а Кнл® 0. Таким образом, можно заклю­чить, что использовать рассматриваемый вариант ГЛИН желательно лишь при небольших значениях времени прямого хода tпр, т.е. при tпр<<RКС. Время обратного хода tобропределяется внутренним сопротивлением Rсоткрытого транзистора (tобр» С×Rс).

Из анализа данной схемы следует также, что в ГЛИН необходимо осуществлять стабилизацию тока заряда, т.е. снижать зависимость I(t)= (U - Uвых(t))/RК. В качестве стабилизаторов тока можно использовать биполярные и полевые транзисторы, работающие на пологих участках ВАХ.

Стабилизация тока осуществляется тем лучше, чем больше дифференциальное сопротивление токостабилизирующего элемента (в данной схеме резистора цепи заряда конденсатора RК).

Схема ГЛИН с токостабилизирующим полевым транзистором приведена на рис. 2.19, б. Полевой транзистор здесь включен после­довательно с резистором R и создает эквивалентное сопротив­ление Rэ= Rс(1 + SR), где S — крутизна его характеристики. На практике удается получить Rэ= 11,5 МОм с хорошей стабилизацией тока. Такой ГЛИН прост и экономичен, поэтому применяется довольно часто, когда допустим Кнл= 1…2%.

В заключение следует отметить, что элементы импульсной техники получили наибольшее распространение в импульсных логических и цифровых устройствах и вычислительной технике.

Импульсные устройства

В настоящее время в электронике широко используются импульсные устройства. Они применяются как для обеспечения работы специальных устройств электронной техники, так и в широко распространенной цифровой электронике. В импульсной электронике применяют электронные ключи—устройства, резко изменяющие внутреннее сопро­тивление под воздействием управляющего сигнала, и импульсные генераторы, формирующие потоки импульсов.