Лекция 12. Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Генераторы сигналов пилообразного и треугольного напряжения используются для получения разверток в электронно-лучевых трубках, создания регулируемой временной задержки импульсов, преобразования постоянного напряжения в импульсы, длительность которых пропорциональна величине этого напряжения и т. д.

Пилообразное напряжение получается в процессе заряда или разряда конденсатора, при этом транзистор может работать в качестве ключа, нелинейного сопротивления или в режиме усиления напряжения. Напряжение пилообразной формы (линейно изменяющееся напряжение) характеризуется двумя промежутками времени: временем рабочего хода, в течение которого напряжение изменяется по линейному закону, и временем обратного хода, в течение которого напряжение возвращается к исходному значению. Закон изменения напряжения во время обратного хода несущественен, но необходимо выполнение условия t_раб >> t_обр.

Для линеализации пилообразного напряжения широко используется так называемый метод компенсирующей ЭДС, при котором постоянство зарядного тока конденсатора поддерживается путём включения в цепь заряда или разряда источника питания u(t), равного по величине и противоположного по знаку напряжению на конденсаторе. В настоящее время известны два основных способа создания компенсирующего напряжения. На рис. 12.2 показана схема генератора, у которого компенсирующее напряжение создаётся с помощью эмиттерного повторителя. На вход эмиттерного повторителя подаётся напряжение непосредственно с конденсатора U_вх =U_С, а выходное напряжение U_вых включено последовательно с напряжением U_С.

Рис. 12.1. ГЛИН с повышенной линейностью напряжения

Находят применение также более сложные релаксационные генераторы на основе ОУ. Для получения треугольного выходного напряжения можно, например, образовать замкнутый контур из интегратора и формирователя типа триггера Шмитта (компаратора)(рис. 12.3). На выходе интегратора здесь формируется напряжение треугольной формы с периодом и с амплитудой, равной , где U_ст - напряжение стабилизации двухстороннего стабилитрона VD2. На стабилитроне получается напряжение прямоугольной формы с амплитудой U_ст.. Такая схема носит название фантастронного генератора.

Фантастрон – автоколебательный генератор синхронных прямоугольных и треугольных (пилообразных) импульсов. Для получения линейно нарастающего напряжения в схеме генератора необходимо обеспечить в течение рабочего хода заряд или разряд некоторого конденсатора большой ёмкости постоянным током.

Схема состоит из интегратора и компаратора, выполненных на отдельных ОУ, и соединенных в «кольцо».

Рис.12.2. Схема фантастронного генератора линейно нарастающего напряжения

Выходной сигнал с компаратора интегрируется схемой с большой постоянной времени, чем обеспечивается хорошая линейность выходного сигнала. Компаратор DA1 переключается при равенстве потенциалов на выходах обоих ОУ, схема позволяет получать синхронные (с одинаковой частотой) прямоугольные и пилообразные импульсы.

Микросхема DA2 выполняет функцию интегратора, конденсатор С заряжается от выходного напряжения DA1 через R. Сигнал с выхода DA1 совместно с резистором R достаточно большой величины является источником тока для заряда конденсатора, что обеспечивает линеаризацию выходного сигнала. Обратная связь через резистор позволяет подать на DA1 сигнал на переключение.

Частота генерации фантастрона:

где - коэффициент передачи цепи ПОС.