Общие сведения о генераторах пилообразных импульсов (ГПИ).

Напряжением пилообразной формы называется такое напряжение, которое в течении некоторого времени изменяется по линейному закону (возрастает или убывает), а затем возвращается к исходному уровню.

Различают:

· линейно-возрастающее напряжение;

· линейно-падающее напряжение.

Генератор пилообразных импульсов - устройство, формирующее последовательность пилообразных импульсов.

Назначение генераторов пилообразных импульсов.

Предназначены для получения напряжения и тока, изменяющегося во времени по линейному закону.

Классификация генераторов пилообразных импульсов:

По элементной базе:

* на транзисторах;

* на лампах;

* на интегральных микросхемах (в частности, на ОУ);

По назначению:

· генераторы пилообразного напряжения (ГПН) (другое название - генераторы линейно изменяющегося напряжения - ГЛИН);

· генераторы пилообразного тока (ГПТ) (другое название - генераторы линейно изменяющегося тока - ГЛИТ);

По способу включения коммутирующего элемента:

· последовательная схема;

· параллельная схема;

По способу повышения линейности формируемого напряжения:

· с токостабилизирующим элементом;

· компенсационного типа.

Устройство генераторов пилообразных импульсов:

В основе построения лежит электронный ключ, коммутирующий конденса­тор с заряда на разряд.

Принцип действия генераторов пилообразных импульсов.

Т.о., принцип получения возрастающего или падающего напряжения объясняется процессом заряда и разряда конденсатора (интегрирующего цепь). Но, т.к. поступление импульсов на интегрирующую цепь необходимо коммутировать, ис­пользуется транзисторный ключ.

Простейшие схемы генераторов пилообразных импульсов и их функционирование.

Схематично функционирование ГПИ выглядит следующим обра­зом:

Параллельная схема:

При размыкании электронного ключа конденсатор медленно, через сопротивление R заряжается до величины Е, формируя при этом пило­образный импульс. При замыкании электронного ключа конденсатор быстро разряжается через него.

Выходной импульс имеет следующую форму:

При смене полярности источника питания Е форма выходного сигнала будет симметрична относительно оси времени.

Последовательная схема:

При замыкании электронного ключа конденсатор быстро заряжается до величины источника питания Е, а при размыкании - разряжается через сопротивление R, формируя при этом линейно падающее напряжение пилообразной формы, которое имеет вид:

При смене полярности источника питания, форма выходного напряжения U_вых(t) изменится на линейно возрастающее напряжение.

Таким образом, видно (можно отметить как один из главных недостатков), что чем боль­ше амплитуда напряжения на конденсаторе, тем больше нелинейность импульса. Т.е. необходимо формиро­вать выходной импульс на начальном участке экспоненциальной кривой заряда или разряда конденсатора.

2. Генераторы линейно изменяющегося напряжения.

Рассмотрим простейшие схемы и работу генераторов пилообразного напряжения.

Устройство генераторов пилообразного напряжения.

Генераторы пилообразного напряжения состоят из транзисторного ключа и кон­денсатора.

Рассмотрим одновременно последовательную и параллельную схемы генераторов пилообразного напряжения и сравним их работу.

Последовательная схема:

Временные диаграммы, отражающие работу данной схемы имеют вид:

Параллельная схема:

Временные диаграммы, отражающие работу данной схемы имеют вид:

На временных диаграммах

* t_пр.х.и. - время прямого хода импульса;

* t_об.х.и. - время обратного хода импульса.

Т.к. конденсатор заряжается экспоненциально, то кривая напряжения нелинейная. Для линейности процесс должно выполняться условие t_пр < t_ц,

где t_пр - время переходного процесса;

t_ц - постоянная времени цепи.

Работа схем генераторов пилообразного напряжения.

1) В исходном состоянии на входе схем сигналы не подаются. В результате транзисторы находятся в открытом состоянии. В последовательной схеме конденсатор заряжен, в параллельной схеме конденсатор разряжен. (В резуль­тате в последовательной схеме конденсатор быстро заряжается через транзистор. Напряжение на конденсаторе примерно равно напряжению источника питания, т.е. U_с»+Е_к. В параллельной схеме транзистор открыт. Следовательно, замкнута цепь разряда конденсатора, т.е. напряжение на конденсаторе равно нулю, U_с=0).

2) При подаче на вход схемы отрицательного импульса его длительность должна быть равна длительности формируемого пилообразного напряжения. Так как импульс отрицательный, транзистор закрывается, следовательно, в последовательной схеме конденсатор С медленно разряжается через резистор R3. На выходе формируется линейно падающее напряжение. В параллельной схеме конденсатор С медленно заряжается от источника +Е. На выходе форми­руется линейно возрастающее напряжение.

3) Когда заканчивается действие входного импульса, транзисторы открываются и схемы быстро возвращаются к исходному состоянию.

Т.о., простейший генератор формирует линейно-падающее и линей­но-возрастающее напряжение.

Достоинство схем - простота.

Недостатком схем является то, что формируется не линейное напряжение, а напряжение, изменяющееся по экспо­ненте (как заряжается конденсатор С). В экспоненте линейный участок занимает только 10% от U_мах

Поэтому использовать такие ГПН энергетически невыгодно. Так, например, для импульсов с амплитудой 10 В необходим источник 100 В.

Для устранения недостатков таких простейших схем используют ряд способов, благодаря которым и созданы более широко используемые ГПН, которые лишены указанных недостатков.