Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Формирование линейно изменяющегося напряжения основано на чередовании во времени процессов заряда и разряда конденсатора. В зависимости от времени фронта и среза импульсов линейно изменяющегося напряжения различают генераторы треугольного напряжения и генераторы пилообразного напряжения.

На рис. 9.5, а показана схема генератора треугольного напряжения, на рис. 9.5, б – временные диаграммы входных и выходных напряжений. Схема представляет собой интегратор на основе ОУ. На вход интегратора поступает прямоугольное напряжение U_вх типа «меандр». Выходное напряжение интегратора изменяется во времени по закону

.

Входное напряжение на участке t₀ – t₁ постоянное положительное, поэтому выходное напряжение изменяется во времени по линейному закону (уменьшается, учитывая то, что входное напряжение поступает на инвертирующий вход ОУ)

, (9.1)

где U_вх.m – амплитуда входного напряжения.

В момент времени t₁ входное напряжение меняет знак и становится отрицательным, поэтому выходное напряжение начинает линейно возрастать. В момент времени t₂ входное напряжение снова меняет знак и в дальнейшем все процессы повторяются.

Из временной диаграммы рис. 9.5, б, можно видеть, что амплитуда выходного напряжения при постоянной частоте входного напряжения зависит от скорости изменения выходного напряжения. Из выражений, связывающих входное и выходное напряжения интегратора видно, что скорость изменения выходного напряжения тем больше, чем больше амплитуда входного напряжения и меньше постоянная времени интегратора RC.

При проектировании генератора треугольного напряжения следует помнить, что в интеграторе ОУ работает в режиме усиления и не должен выходить в режим насыщения, т.е. выходное напряжение ОУ не должно доходить до величины U_вых.max.

Схема генератора пилообразного напряжения показана на рис. 9.6, а. Она отличается от схемы генератора треугольного напряжения тем, что на вход интегратора включен источник постоянного напряжения U₀, а к конденсатору С подключен ключ К.

Выходное напряжение U_вых генератора под действием напряжения U₀ изменяется во времени по закону (9.1), где U_вх.m = U₀ и U_вых(0) = 0. Ключ К под действием входного напряжения U_вх периодически разряжает конденсатор до нуля.

Период Т следования импульсов разряда конденсатора определяет период импульсов пилообразного напряжения. Амплитуда импульсов пилообразного напряжения зависит от крутизны «пилы» импульсов. Крутизна «пилы» так же, как и у генератора треугольных импульсов определяется постоянной времени RC и напряжением U₀ на входе интегратора.

Пилообразные импульсы положительной полярности можно получить, если изменить полярность напряжения U₀ на входе интегратора.

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое компаратор.

2. Объясните принцип действия схемы симметричного мультивибратора на ОУ.

3. Что такое ждущий мультивибратор.

4. Как необходимо изменить схему генератора треугольных импульсов на ОУ, чтобы получить генератор пилообразного напряжения.

Литература: [6, 7, 11].

10 Логические и цифровые устройства

10.1 Логические функции

10.1.1 Основные логические операции и их реализация

В судовой автоматике существует ряд задач логического содержания, формальной особенностью которых является то, что их условия и решения на каждом этапе могут быть описаны логическими сообщениями, и принимать одно из двух возможных значений. Логическими сообщениями называются такие сообщения, истинность и ложность, которых может быть оценена однозначно. Каждое логическое сообщение может быть заменено математическим эквивалентом, называемым логической функцией.

Логическая функция А равна 1, если логическое сообщение истинно и А равна 0, если это сообщение ложно.

В отличии от схем, рассмотренных ранее, в цифровых и логических устройствах анализируются не физические параметры электрических импульсов, а их логическое значение, т.е. при наличии потенциала А = 1 или его отсутствии А = 0.

Синтез цифровых и логических устройств основан на логической алгебре. Особенность этой алгебры заключается в том, что аргументы и функции могут принимать только два значения 0 и 1. При описании работы устройств электроники и автоматики широко используются не только логические сообщения и функции, но и связи между ними, которые называются логическим операциями:

1. Операция "НЕ" (Логическое отрицание или инверсия). Логическое отрицание от функции А обозначается (говорится "не А") и определяется таблицей истинности (табл. 10.1).

2. Операция "ИЛИ" (логическое сложение или дизъюнкция) обозначается в случае двух независимых аргументов F = AÚB, либо F = A+B (читается "А или В") и определяется таблицей истинности (табл. 10.2).

Операцию "ИЛИ" можно выполнять для двух и более независимых аргументов. Функция F = 1, если равен 1 хотя бы один из аргументов.

3. Операция "И" (логическое умножение или конъюнкция) обозначается F = AВ или F = AÙB (читается "А и В") и определяется таблицей истинности (табл. 10.3).

Эту операцию можно также распространять на два и более аргумента. Функция F = 1 только тогда, когда все аргументы равны 1.

Таблица 10.1 – Таблица Таблица 10.2 – Таблица Таблица 10.3 - Таблица

истинности логических истинности логических истинности логических

операций операций операций

А

А

В

F

А

В

F

Порядок действий в алгебре логики следующий: сначала выполняется операция "НЕ", затем "И" и наконец "ИЛИ". Как и в обычной алгебре, для изменения порядка действий используются скобки. Справедливы переместительный и сочетательный законы:

А+В+С = А+С+В = В+А+С;

А*В*С = А*С*В = В*А*С;

А+В+С = А+(В+С) = (А+В) +С;

А*В*С = А*(В*С) = (А*В)*С.

Для осуществления операций над логическими выражениями используются ряд тождеств:

1. А+А = А, 5. А*А = А, 9. =А,

2. А+ =1, 6. А* =0, 10. А+А*В+А*С = А,

3. А+0 = А , 7. А*0 = 0, 11. А+ *В = А+В,

4. А+1 = 1, 8. А*1 = А,

а также законы де Моргана:

12. + + = ,13. * * = .

Логические операции могут быть реализованы в виде электрических схем:

Операция "НЕ"

Принцип работы поясняется с помощью транзисторного усилителя (рис. 10.1, б). Потенциал источника питания Е принимается за 1, потенциал земли за 0. При А = 1 входная ЭДС ключа равна Е, транзистор открыт U_вых=0, т.е. =0, при А=0 U_вых=Е=1.

Операция "ИЛИ"

Напряжение на выходе элемента (рис. 10.2, б) будет равно F = 1, если хотя бы на одном из входов будет 1 (т.е. положительный потенциал), который откроет диод и входное напряжение будет приложено к нагрузке.

Операция "И":

Реализация элемента на диодной схеме показана на рис. 10.3, б. В диодной схеме напряжение на выходе будет 1 в случае если все диоды заперты, если на один из входов подать нулевой потенциал то на выходе установится 0.

Логические интегральные микросхемы выполняются в виде наборов элементов, которые обеспечивают выполнение множества логических функций.

В основу каждой серии кладется схемное решение основного логического элемента. В качестве основных чаще всего выбираются элементы ИЛИ – НЕ (табл. 10.4), и И – НЕ (табл. 10.5).

Таблицы истинности логических элементов
Таблица 10.4 - Таблица истинности логических элементов ИЛИ-НЕ		Таблица 10.5 - Таблица истинности логических элементов И – НЕ
А	В	F =		А	В	F =
				0	0	1
				0	1	1
				1	0	1
				1	1	0