Меню

Генератор линейно изменяющегося напряжения схема

Генератор линейно изменяющегося напряжения схема

Генератор пилообразного напряжения – генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), электронное устройство, формирующее периодические колебания напряжения пилообразной формы.

Генератор пилообразного напряжения может работать в двух режимах: режиме самовозбуждения и режиме с посторонним возбуждением.

Режим самовозбуждения характерен тем, что разрядный элемент на входе генератора пилообразного напряжения представляет собой пороговое устройство, которое срабатывает при некотором напряжении и разряжает конденсатор до нулевого напряжения, после чего снова запирается на время прямого хода.

Режим с посторонним возбуждением характерен тем, что разрядный элемент на входе генератора пилообразного напряжения представляет собой ключ, управляемый некоторым импульсным устройством (мультивибратор, триггер, одновибратор).

На рисунке 1 представлена схема генератора пилообразного напряжения.

Рис. 1 Схема генератора пилообразного напряжения

Простейший генератор пилообразного напряжения (рис. 1) состоит из интегрирующей цепи RКC и транзистора VT, выполняющего функции ключа, управляемого периодическими импульсами Uвх(t). Для получения пилообразного напряжения используют процесс заряда (разряда) конденсатора С. В отсутствие импульсов транзистор насыщен (открыт) и имеет малое сопротивление участка коллектор-эмиттер, конденсатор С разряжен (рис. 2).

Рис. 2 Временные диаграммы генератора пилообразного напряжения

При подаче коммутирующего импульса транзистор запирается и конденсатор заряжается от источника питания с напряжением +ЕК – прямой (рабочий ход, TР) ход. Выходное напряжение генератора пилообразного напряжения, снимаемое с конденсатора С, изменяется по закону

По окончании коммутирующего импульса транзистор отпирается и конденсатор С быстро разряжается (обратный ход, TО) через малое сопротивление эмиттер-коллектор.

Основные характеристики генератора пилообразного напряжения: амплитуда пилообразного напряжения ΔU, коэффициент нелинейности ε и коэффициент использования напряжения kE источника питания.

Источник

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.

Временные диаграммы, отражающие работу данной схемы имеют вид:

Временные диаграммы, отражающие работу данной схемы имеют вид:

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

Работа ГПН с токостабилизирующим элементом.

Для получения линейно-падающего напряжения необходимо, чтобы ток разряда конденсатора был постоянен (Iразр=const). Это достигается путём включения в цепь разряда конденсатора С транзистора VT2, работающего в активном режиме. В начале разряда, когда Iразр большой, через цепь разряда стремиться протекать тоже большой ток. Но при этом на Rэ появиться относительно большое напряжение. Транзистор VT2 подзакрывается и конденсатор будет разряжаться медленнее. В конце разряда конденсатора С, когда ток разряда маленький, транзистор VT2 приоткрывается, ток Iразр конденсатора остаётся постоянным. Т.е. выполняется условие Iразр=const.

Сказанное поясняется вольтамперной характеристикой биполярного транзистора.

Источник +-Есм позволяет в исходном состоянии выбрать значение Iб транзистора VT2.

Работа схемы в целом заключается в следующем.

В исходном состоянии транзистор VT1 открыт за счёт малого Rк, т.к. Uвых=Uс=Е. (Т.е. Rб 2 / 4 2 3 4 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Генератор линейно изменяющегося напряжения схема

Генератор линейного изменяющегося напряжения (ГЛИН) — импульсное устройство, в выходном напряжении которого имеется участок линейно изменяющийся во времени.

Напряжение может меняться периодически. В этом случае ГЛИН называется генератором пилообразного напряжения (ГПН) или генератором напряжения треугольной формы (рисунок 3.4.1, а, б).

Рисунок 3.4.1 Формы сигналов ГЛИН

Если напряжение меняется от минимального значения к максимальному (по абсолютной величине), то его называют линейно-нарастающим напряжением.

Если меняется от максимального значения к минимальному — линейно-падающим (рисунок 3.4.2).

Рисунок 3.4.2 Линейно изменяющееся нарастающее напряжение

В состав ГЛИН могут входить транзисторные ключи, компараторы, усилители и т.д.

Схемы ГЛИН могут работать в 3-х режимах:

  1. с внешним возбуждением, в ждущем режиме;
  2. автоколебательном режиме.
Читайте также:  Максимальное напряжение в розетке 220в

Различают три способа создания ГЛИН:

1) с повторительной обратной связью – это введение некоторого компенсирующего напряжения в цепь заряда емкости;

2) со следящей обратной связью — введение напряжения компенсации, равное;

3) использование системы типа интегратора.

ГЛИН строятся на принципе заряда и разряда конденсатора.

Схема простейшего ГЛИН, работающего по принципу заряда конденсатора, показана на рисунке 3.4.3, а.

Она состоит из времязадающего конденсатора С, резистора Rк и транзисторного ключа VT1. На вход транзисторного ключа подается последовательность прямоугольных импульсов с заданным интервалом между импульсами и длительностью (рисунок 3.4.3, б). Когда на базе транзистора нулевое напряжение (промежуток времени между импульсами), транзистор закрыт и происходит заряд конденсатора через резистор Rк

Рисунок 3.4.3. Схема простейшего ГЛИН (а) и его временные диаграммы (б)

Если постоянная времени цепи RкC достаточно большая, т.е. существенно больше периода следования прямоугольных импульсов, напряжение на конденсаторе нарастает линейно. Заряд конденсатора Uc продолжается до поступления импульса, открывающего транзистор VT. Когда транзистор открывается, начинается процесс разряда конденсатора. Интервал времени между отпирающими импульсами должен быть достаточным для полного разряда конденсатора.

Принцип получения пилообразного напряжения заключается в медленном заряде (или разряде) конденсатора через большое сопротивление во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое сопротивление во время обратного хода. В упрощенном виде это показано на рисунке 3.4.4

Рисунке 3.4.4 Принцип получения пилообразного напряжения

Конденсатор С заряжается при разомкнутом ключе К через резистор Rз, а разряжается при замкнутом ключе К через резистору Rр.

Такая схема не позволяет получить напряжения высокой линейности, поскольку повышение напряжения на конденсатор уменьшает зарядный ток. Для получения линейного напряжения конденсатора необходимо заряжать постоянным во все время заряда током (рисунок 3.4.5)

Рисунок 3.4.5 Генератор пилообразного напряжения на транзисторах

Электронный ключ собран на транзисторе VT1 и управляется импульсами положительной полярности, транзистор VT2 — эмиттерный повторитель — является следящей связью. В исходном состоянии, когда на входе отсутствует прямоугольный импульс (рисунке 3.4.6), транзистор VT1 закрыт и конденсатор С3 заряжается. Ток заряда все время остается постоянным, т. к. напряжение на верхнем выводе R2 следит за напряжением на конденсаторе С3 на его нижнем выводе. Диод VD1 закроется и в течение всего времени дальнейшего формирования линейного нарастания напряжения будет закрыт. Формируется рабочий ход пилообразного напряжения.

Рисунке 3.4.6 Формирование прямого и обратного хода

При воздействии входного импульса транзистор VT1 открывается и конденсатор С3 быстро через него разряжается. Формируется обратный ход пилообразного напряжения. В это время конденсатор С2 подзаряжается до своего первоначального значения.

Источник

Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) на элементах КМОП

В статье описана схема генератора линейно-изменяющегося напряжения на двух логических элементах ИЛИ-НЕ типа КМОП.

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) находят самое разнообразное применение и являются широко известными импульсными устройствами. На рис.1 показана схема генератора, выполненная на двух логических элементах ИЛИ-НЕ. B eё основе лежит обычная схема несимметричного генератора прямоугольных импульсов, в которой вместо резистора, током через который заряжается времязадающий конденсатор, применён генератор тока на полевом транзисторе VT1. Одновременно эта же цепь создает отрицательную обратную связь. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу ГЛИН, приведены на рис.2. Импульсы на рисунке имеют «закруглённый» вид, поскольку изображены для самых высоких рабочих частот.

Работает ГЛИН следующим образом. Пусть на выходе DD1.1 произошло изменение напряжения с высокого логического уровня на низкий. Конденсатор С1 при этом разряжен, т.е. на обкладке, подключённой ко входу DD1.2 — низкий уровень напряжения. Соответственно, на выходе DD1.2 — высокий уровень. Генератор тока на полевом транзисторе VT1 (ток регулируется подстроечным резистором R1) определяет частоту следования генерируемых импульсов. Появление на выходе DD1.2 высокого уровня включает генератор тока, и его ток заряжает времязадающий (по схеме) конденсатор С1. Напряжение на правой обкладке конденсатора линейно увеличивается, а левая обкладка конденсатора замкнута через выход DD1.1 на общий провод, поскольку на этом выходе — низкий уровень напряжения. Таким образом, на правой обкладке конденсатора С1 формируется линейно нарастающее напряжение. Вход и выход DD1.2 соединены через генератор тока, имеющий некоторое внутреннее сопротивление. Это означает, что за счёт отрицательной обратной связи с выхода на вход DD1.2 работает в линейном режиме как инвертирующий усилитель. По мере увеличения напряжения на входе DD1.2 напряжение на его выходе уменьшается до тех пор, пока оно не достигнет уровня переключения DD1.1. Обычно этот уровень равен примерно половине напряжения питания. На выходе DD1.1 при этом появляется высокий уровень напряжения, и левая обкладка конденсатора подключается через выход DD1.1 к положительному полюсу источника питания. Конденсатор быстро разряжается на общий провод через диод VD1 и выход логического элемента (ЛЭ) DD1.2. Когда напряжение на входе DD1.2 достигнет нулевого уровня, на его выходе появляется высокий уровень напряжения. DD1.1 при этом переключается, на его выходе появляется низкий уровень напряжения, и начинается новый цикл формирования импульса. С выхода DD1.1 снимается короткий импульс, предшествующий началу формирования ЛИН. Диод VD2 обеспечивает защиту входа DD1.2 от отрицательного напряжения. Левая обкладка конденсатора до переключения оказывается подключённой к общему проводу через выход DD1.1. Вследствие этого на входе DD1.2 появляется отрицательное напряжение, и формирование напряжения начинается с низкого (отрицательного) уровня. С целью устранения этого нежелательного эффекта между входом DD1.2 и общим проводом включён диод VD2, который ограничивает отрицательное напряжение на уровне 0,6. 0,7 В (0,2. 0,4 В для германиевого диода).

Читайте также:  6870c 0204b карта напряжений

Этот ГЛИН может работать при частотах повторения импульсов десятки и сотни килогерц. На этих частотах даже скоростные ОУ работают плохо. Данная схема применена в источнике питания с преобразованием на ВЧ и стабилизацией выходного напряжения с помощью широтно-импульсной модуляции.

Источник публикации: ж. Радиомир, 2005, №11, с.33

Источник

III. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) представляют собой электронные устройства, напряжение на вы­ходе которых в течение некоторого времени изменяется по линей­ному закону. Часто такое напряжение меняется периодически.

Если напряжение изменяется от меньшего значения к боль­шему (по абсолютному значению), то его называют линейно на­растающим, если от большего значения к меньшему, то — линей­но падающим. Периодически изменяющееся напряжение называют пилообразным. Подобные генераторы широко применяются в ап­паратуре связи, телевидении, радиолокации. Наиболее часто их используют для создания временной развертки луча в электрон­но-лучевых трубках осциллографов, телевизоров и т. п.

Другой важной областью применения пилообразного напряже­ния является преобразование напряжения во временной интервал в устройствах фазоимпульсной модуляции сигналов, при срав­нении токов и напряжений и при замене напряжения цифровым кодом и т. п.

В практически используемых схемах генераторов линейно из­меняющегося напряжения заложен принцип заряда и разряда кон­денсатора через резистор при подаче на вход перепада напряже­ния. Схемные варианты, реализующие этот принцип, различаются лишь методами улучшения параметров формируемого напряжения.

ПРОСТЕЙШИЙ ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 12. Линейно из­меняющееся напряжение образуется при заряде конденсатора С через резистор от источника Ек. Транзистор VT, работающий в ключевом режиме, переключает конденсатор с заряда на раз­ряд. Временные диаграммы, поясняющие работу простого ГЛИН, приведены на рис. 13. .

В исходном состоянии до момента t1 транзистор закрыт поро­говым напряжением Un, конденсатор С заряжен до напряжения Ек. В момент t1 на его вход поступают импульсы положительной полярности. При поступлении первого импульса транзистор откры­вается и конденсатор разряжается через открытый транзистор. Длительность импульсов, отпирающих транзистор, устанавлива­ется такой, чтобы конденсатор мог разрядиться практически пол­ностью. В момент t2 действие импульса заканчивается, транзи­стор запирается и начинается заряд конденсатора в цепи +Ек, RК, C, Ек с постоянной времени RК * С. В этом случае выход­ная цепь генератора представляет собой удлиняющую RС-цепь, в которой напряжение источника является входным. Напряжение на выходе такой цепи меняется по экспоненциальному закону, стре­мясь к Ек.

Читайте также:  Что называется эпюрами нормальных напряжений

Подаваемый в момент времени t3 второй отпирающий импульс открывает транзистор и прерывает процесс нарастания напряже­ния на конденсаторе. Если интервал времени между отпирающи­ми импульсами значительно меньше постоянной времени заряда, то в промежутках между входными им­пульсами на выходе генератора формируется линейно нарастаю­щее напряжение. Выходное напряжение ГЛИН описывается выражением:

Линейно-нарастающее напряжение характеризуется рядом ос­новных параметров. Рассмотрим их на примере напряжения, фор­мируемого простейшим ГЛИН. На рис. 13 поясняются некоторые из параметров: tпр—длительность прямого хода (время, в тече­ние которого происходит заряд конденсатора С через резистор RК), to—длительность обратного хода (время восстановления) — время, в течение которого происходит разряд конденсатора С; T = tnp + to — период повторения пилообразных импульсов; Um— амплитуда пилообразных импульсов; α—коэффициент нелиней­ности.

Известно, что линейная функция характеризуется постоянст­вом производной во всех ее точках. Поэтому отклонение от линей­ного закона можно оценивать коэффициентом нелинейности, оп­ределяемым как относительное изменение производной функ­ции, т. е.

В простейшем ГЛИН Uвых = Uс и это соотношение принима­ет вид:

где (duС./dt)НАЧ и (duС./dt)КОН — скорость изменения напряжения на конденсаторе в начале и конце прямого хода.

Параметр α характеризует степень отклонения кривой напря­жения на конденсаторе от линейно-изменяющегося закона. Этот параметр может быть определен также через ток, протекающий через конденсатор в процессе заряда. Известно, что duС /dt = Ic / C, подставляя это соотношение в предыдущее выражение получаем:

где IC НАЧ и IC КОН — токи, заряжающие конденсатор в начале и кон­це прямого хода.

Из полученного соотношения видно, что напряжение на кон­денсаторе будет изменяться по линейному закону в том случае, если ток, протекающий через конденсатор, в процессе его заря­да не меняется, т. е. IC НАЧ = IC КОН. Таким образом, степень нели­нейности определяется относительным изменением тока, протека­ющего через конденсатор, в процессе формирования линейного напряжения. Изменение же тока связано с тем, что по мере за­ряда конденсатора напряжение на нем меняется, вызывая измене­ние напряжения на Rк, а следовательно, и тока в цепи.

Пользуясь последней формулой, определим коэффициент α для простейшего ГЛИН. Пренебрегаем по сравнению с Ек падением напряжения на от тока /кво. Тогда:

где — напряжение на зарядившемся кон­денсаторе к концу прямого хода. После несложных преобразование можно получить:

Отсюда видно, что коэффициент нелинейности в простейшем ГЛИН можно уменьшить, увеличив τзар = Rк * С или уменьшив tпр. Объясняется это тем, что в обоих случаях уменьшается длитель­ность используемого участка экспоненты, а чем меньше использу­емый участок, тем он ближе к линейному.

Последней характеристикой линейно-изменяющегося напряже­ния является коэффициент использования напряжения источни­ка питания β, который показывает, насколько амплитуда пилооб­разного напряжения меньше амплитуды, до которой мог бы за­рядиться конденсатор:

Сравнивая последние формулы для схемы простого генератора, мо­жно сделать вывод о том, что для нее α = β , т. е. коэффициент не­линейности равен коэффициенту использования. Это существен­ный недостаток простой схемы ГЛИН, поскольку уменьшение α приводит и к уменьшению β. Если, например, требуется обеспечить коэффициент нелинейности α = 1%, то амплитуда выходного на­пряжения будет составлять только 0,01Ек.

Значительно улучшить параметры ГЛИН можно используя операционные усилители с обратными связями, которые обладают очень большим коэффициентом усиления. Рассмотрим некоторые из них.

Источник

Adblock
detector