Генератор линейно изменяющегося напряжения

Наряду с генерированием прямоугольных видеоимпульсов и радиоимпульсов с прямоугольной огибающей важной задачей электроники является создание пилообразных (линейно изменяющихся) напряжений, применяемых, в частности, в системах развертки изображений в осциллографах, телевизорах, мониторах компьютеров. Для формирования пилообразных импульсов используются генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН). В схемах этого типа обеспечивается поочередно медленный заряд конденсатора (при этом формируется «прямой ход» пилообразного напряжения длительностью t_пх), а затем его быстрый разряд (осуществляется «обратный ход» длительностью t_ох). В некоторых ГЛИН, напротив, происходит быстрый заряд конденсатора и его медленный разряд. Главным требованием к ГЛИН является обеспечение линейности нарастания (или убывания) сигнала во время прямого хода. На втором месте – требование к минимизации времени обратного хода. Последнюю позицию занимает требование максимальной амплитуды импульсов.

Для переключения заряда-разряда используется электронный ключ (например, на транзисторе). Управляющим сигналом, меняющим состояние, ключа, является прямоугольный импульс. Таким образом, ГЛИН не является автогенератором.

Поскольку заряд и разряд конденсатора осуществляются по экспоненте, то линейность пилообразного напряжения на выходе ГЛИН обеспечивается при использовании лишь начального участка экспоненты, хотя в этом случае амплитуда импульсов невелика. Наилучшую линейность можно обеспечить, если заряжать конденсатор постоянным током, так как U_С(t)= ∫I_С(t)dt и при I_С(t) = I₀ = const U_С(t) = I₀ t.

Простейшая схема ГЛИН, действующая по принципу использования начального участка экспоненты, приведена на рис. 9.21, графики, поясняющие ее работу – на рис. 9.22.

Рис. 9.21	Рис. 9.22

Схема формирует линейно нарастающее пилообразное напряжение при закрытом транзисторе VT (в это время на базу транзистора подают отрицательный прямоугольный импульс). Постоянная времени цепи заряда равна СR_К. Во время обратного хода транзистор под воздействием положительного входного импульса открывается и играет роль разрядного элемента конденсатора С. Сопротивление R_Б задает начальное смещение на базе транзистора, на которое накладывается входная импульсная последовательность; через это сопротивление течет небольшой базовый ток.

Для того чтобы генерируемый сигнал имел небольшие отклонения от линейно нарастающего, приходится ограничиваться начальным участком зарядной экспоненты. В результате амплитуда U_{вых m} пилообразных импульсов, вырабатываемых схемой рис. 9.19 оказывается существенно меньшей, чем напряжение источника питания Е_К, а коэффициент использования питания (КИП) К_ип = U_{вых m}/Е_К << 1, что является существенным недостатком.

Более эффективно работает схема ГЛИН с эмиттерным повторителем рис. 9.23. На транзисторе VT₁ собран собственно генератор линейно изменяющегося напряжения, по своему принципу действия идентичный схеме рис. 9.21. Эмиттерный повторитель собран на транзисторе VT₂.

Рис. 9.23

Пилообразное напряжение U_лин(t) на конденсаторе С воспроизводится эмиттерным повторителем, собранным на транзисторе VT₂ и поступает как на выход схемы, так и на правую обкладку большого конденсатора С₀ ≈10С.

Конденсатор С₀ к началу t_пх быстро заряжается до напряжения ≈Е_К, таккак во время обратного хода диод VD открывается и образуется цепь заряда Е_К–VD–С₀ –R_Э с малой постоянной времени (R_Э обычно составляет десятки ом, см. 4.2). Во время прямого хода напряжение на С₀ изменяется медленно, так как диод закрывается, поэтому на левой обкладке С₀ напряжение повторяет напряжение на правой обкладке (т. е. пилообразное), но оно больше или равно U_лин(t) + Е_К.

Левая обкладка С₀ соединена с верхней точкой резистора R_К, через который заряжается конденсатор С,а нижняя точка R_К – с самим С. Поэтому к резистору в течение всего прямого хода пилообразного напряжения приложена разность потенциалов (U_лин(t) + Е_К) – U_лин(t) = Е_К = const. Соответственно, и ток через резистор постоянен – ведь именно током через R_К заряжается С.

Любопытной особенностью схемы является то, что во время прямого хода пилообразного напряжения основная ее часть оказывается отрезанной от источника питания. Тем не менее конденсатор С заряжается – с ним делится зарядом большая емкость С₀.

Достоинством ГЛИН с эмиттерным повторителем является высокое качество формы сигнала и КИП, достигающий уровня 0,9…0,95.

Список рекомендуемой литературы

Бескид П. П., Погодин А. А., Филимонов Ю. Л. Электроника. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1998.

Браммер Ю. А., Пащук И. Н. Импульсные и цифровые устройства. М.: Высш. шк., 2002.

Оглавление

1. Основные понятия электроники………………………………………. 1.1. Электронная цепь (схема)………….……………………………... 1.2. Классификация электронных схем………………………………. 2. Фильтры…………………………………………………………………….. 2.1. Пассивная дифференцирующая цепь……………………………. 2.2. Пассивная интегрирующая цепь…………………………………. 2.3. Полосовой фильтр………………………………………………… 2.4. Режекторный фильтр……………………………………………… 2.5. Кварцевый фильтр………………………………………………… 3. Линии задержки……………………………………………………………. 3.1. Цепочечные линии задержки…………………………………….. 3.2. Коаксиальные линии задержки…………………………………... 3.3. Ультразвуковые линии задержки………………………………… 4. Усилители на транзисторах……………………………………………….. 4.1. Схема с общим эмиттером……………………………………….. 4.2. Схема с общим коллектором…………………………………….. 4.3. Схема с общей базой……………………………………………… 4.4. Сравнение схем включения транзисторов их применение…………. 4.5. Дифференциальный усилитель…………………………………... 5. Операционные усилители…………………………………………………. 5.1. Основные свойства ОУ…………………………………………… 5.2. Инвертирующий усилитель на ОУ………………………………… 5.3. Неинвертирующий усилитель на ОУ……………………………. 5.4. Повторитель на операционном усилителе………………………. 5.5. Инвертирующий сумматор…………………………………………… 5.6. Активная дифференцирующая цепь………………………………….. 5.7. Активная интегрирующая цепь…………………………………….. 5.8. Логарифмический преобразователь……………………………… 5.9. Антилогарифмический преобразователь………………………… 6. Компараторы……………………………………………………………….. 6.1. Двухвходовый компаратор………………………………... 6.2. Одновходовый компаратор………………………………... 6.3. Регенеративный компаратор……………………………… 6.4. Нуль-детектор……………………………………………………… 7. Электронные ключи……………………………………………………….. 8. Генераторы гармонических сигналов…………………………………….. 8.1. RC-генератор на основе моста Вина…………………………….. 8.2. RC-генератор с использованием двойного Т-моста…………….. 8.3. RC-генератор на основе фазосдвигающих цепочек…………….. 8.4. Трехточечные генераторы………………………………………… 9. Генераторы импульсов…………………………………………………….. 9.1. Ждущий мультивибратор (одновибратор) на ОУ………………. 9.2. Автоколебательный мультивибратор на ОУ……………………. 9.3. Мультивибратор в режимах деления частоты и синхронизации. 9.4. Транзисторный ждущий мультивибратор (одновибратор)…….. 9.5. Транзисторный автоколебательный мультивибратор………….. 9.6. Мультивибратор на динисторе…………………………………… 9.7. Блокинг-генератор………………………………………………… 9.8. Формирователь импульсов на основе длинной линии…………. 9.9. Генератор ударного возбуждения……………………………….. 9.10. Генератор линейно изменяющегося напряжения……………… Список рекомендуемой литературы…………………………………………

Погодин Алексей Андреевич

Электроника

Учебное пособие

Редактор И. Г. Скачек

__________________________________________________________________

Подписано к печати 25.12.2009. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Печ. л. 6,0

Тираж 250 экз. Заказ

__________________________________________________________________

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5