Меню

Генератор напряжение прямоугольной формы

Генератор прямоугольного и треугольного напряжений

Как видно из диаграммы на рис. 33б, в схеме мультивибратора формируется напряжение не только прямоугольной формы, но и формы, близкой к треугольной (на конденсаторе). Времязадающая RC-цепь мультивибратора выполняет приближенное интегрирование выходных прямоугольных колебаний. Заменив эту цепь интегратором на ОУ, получим генератор, на одном из выходов которого формируются прямоугольные, а на другом – треугольные колебания (рис. 35). Здесь на усилителе ОУ1 выполнен неинвертирующий триггер Шмитта, а на ОУ2 – интегратор.

Рис. 35. Схема генератора прямоугольных и треугольных колебаний

Интегратор интегрирует постоянное напряжение, имеющееся на выходе триггера Шмитта. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на его выходе U1 скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера Шмитта. Изменяя постоянную интегрирования RC, можно перестраивать частоту формируемого напряжения в широком диапазоне. Амплитуда треугольного напряжения U2 зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта Uп, который для данной схемы включения триггера составляет UМR1/R2 (UМ – по- прежнему напряжение насыщения ОУ).

Период колебаний генератора равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменилось от –Uп до +Uп. Отсюда следует, что

Таким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня напряжения насыщения операционного усилителя.

Источник

ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ прямоугольной ФОРМЫ

Мультивибратор — это генератор напряжения с формой, близкой к прямоугольной. Его название отражает тот факт, что прямоугольное напряжение, используя разложение в ряд Фурье, можно представить бесконечным гармоническим рядом, содержащим много высших гармоник (мульти — много).

Мультивибратор, как и другие генераторы с формой напряжения, отличной от синусоидальной, можно выполнить на операционном усилителе, характеристика которого при подаче сигнала на его инвертирующий вход (рис. 34, а) имеет вид, показанный на рис. 34, б.

Рис. 34. Операционный усилитель (а) и его характеристика при малых (б) и больших (в) сигналах на входе

Благодаря большому усилению (kU= 10 3 ¸10 6 ) выходное напряжение операционных усилителей пропорционально входному только при очень малых сигналах (милли- и микровольты). При напряжениях же на входе, срав­нимых с выходным (вольты), линейная зона настолько сужается, что характеристика приобретает вид, показанный на рис. 34, в, когда Uвых может иметь лишь два значения U+вых или U-вых причем скачок выходного напряжения происходит при близком к нулю входном напряжении (точнее, при близкой к нулю разности потенциалов между инвертирующим и неинвертирующим входами).

На операционном усилителе можно создать схему, выходное напряжение которой имеет одно из двух возможных значений U+вых или U-вых при Uвх=0 и меняет полярность Uвых на противоположную при подаче на вход импульса (или потенциала) той или иной полярности (триггерный режим работы). Схема с делителем напряжения R1-R2 (рис. 35, а) имеет именно такую характеристику (рис. 35, б). При Uвх= 0 за счет напряжения обратной связи Uос, снимаемого с сопротивления R1 и передаваемого на неинвертирующий вход усилителя, Uвых поддерживается равным одному из значений U±вых в зависимости от того, каким был последний сигнал Uвх.

Читайте также:  Как найти фазное напряжение трансформатора

Значения Uвх, при которых происходит скачкообразное изменение Uвых (т. е. при которых разность (Uвх—Uос=0),

где g — коэффициент обратной связи.

Рис. 35. Мультивибратор на операционном усилителе с внешним возбуждением (триггер Шмитта)

При подаче +Uвх>U2 выходное напряжение скачком переходит в U-вых; при подаче -Uвх

Рис. 36. Автоколебательный мультивибратор

Предположим, что в момент t1 (рис. 36, б) напряжение Uвых изменилось скачком с U-вых до U+вых. Конденсатор С начинает перезаряжаться током (учитывая второе допущение операционного усилителя током Iвх можно пренебречь), протекающим через резистор R3 под действием напряжения U+вых, причем напряжение на конденсаторе UC изменяется по экспоненте, стремясь к U+вых. Напряжение UC представляет собой Uвх (ср. с рис. 35, а), и когда в момент t2 оно достигает значения U2, операционный усилитель скачком изменяет Uвых на U-вых. Конденсатор начнет перезаряжаться, стремясь к U-вых но, достигнув значения U1 к моменту t3, он заставит усилитель инвертировать выходное напряжение на U+вых, и далее процесс будет повторяться. Генераторы, основанные на рассмотренном принципе, называются релаксационными.

Период колебаний такого мультивибратора

причем tи1=tи2. Такой вид колебаний называется «меандр».

Генератор импульсов треугольной формы. Схема на рис. 35, а инвертирует входной сигнал и может быть названа инвертирующим триггером Шмитта. Чтобы получить неинвертирующий триггер, применяют схему (рис. 37, а). Так как инвертирующий вход операционного усилителя соединен с корпусом (нулевым потенциалом), то в силу первого допущения таких усилителей, близок к нулю и потенциал точки А. Поэтому ток обратной связи, протекающий под действием разности потенциалов Uвых и точки А Iос = Uвых/R2.

Рис. 37. Генератор импульсов треугольной формы:

а — неинвертирующий триггер; б — его характеристика; в—схема генератора; г — выходные напряжения

В силу второго допущения этот же ток будет протекать и по резистору R1, создавая на нем напряжение обратной связи, равное Uос= UвыхR1/R2 Так как переключение триггера происходит в момент, когдаUос – Uвх»0, то Uвх, при котором происходят переключения триггера, обозначенные U1 и U2 на рис. 37, б, определяется выражениями

В схеме генератора треугольных импульсов (рис. 37, в) напряжением Uвх триггера, осуществленного на операционном усилителе ОУ1 служит напряжение.Uвых2, получаемое на инверторе-интеграторе, выполненном на операционном усилителе ОУ2. Поясним работу интегратора.

Ток, проходящий через конденсатор, равен произведению его емкости на производную от разности потенциалов на его обкладках (эта разность равна Uвых2 так как потенциал точки А близок к нулевому потенциалу корпуса в силу первого свойства операционного усилителя):

Знак «—» означает, что положительный (как показано стрелкой на рис. 37, в) ток IC, поступающий на инвертирующий вход, создаст отрицательный потенциал Uвых2.

Читайте также:  Общий коэффициент усиления по напряжению всех каскадов

Так как потенциал точки А близок к нулю, то ток через резистор R в цепи связи между ОУ1 и ОУ2

В силу же второго допущения для операционного усилителя I » IC получим

Проинтегрировав это выражение от 0 до t и разделив обе части на – С, убедимся, что выходное напряжение ОУ2 пропорционально интегралу от напряжения на его входе (в данной схеме напряжению Uвых1):

Здесь Uвых0 — напряжение на выходе интегратора при t=0.

Пусть в момент времени t1 триггер подал на вход ОУ2 напряжение U+вых1 (рис. 37, г). Так как U+вых1=соnst (а интеграл от постоянного значения пропорционален времени), то напряжение Uвых2 изменяется по прямой линии до тех пор, пока в момент t2 оно не достигнет значения U2, при котором триггер переключится и на вход интегратора подаст U-вых1. С момента t2 конденсатор начнет перезаряжаться и напряжение на нем линейно возрастает до момента t3, после чего процессы повторяются. Данный генератор является таким же мультивибратором, как и схема рис. 36, где напряжение на конденсаторе близко к треугольному. Повышенная линейность данного генератора объясняется использованием второго операционного усилителя-интегратора.

Амплитуда треугольного напряжения на выходе генератора определяется напряжениями переключения триггера. Период колебаний Т такого генератора определяется формулой T=4RCR1/R2.

Ждущий генератор (одновибратор). Генераторы, формирующие прямоугольный или треугольный импульс напряжения по сигналу, поданному на вход, называются ждущими. Их получают из мультивибраторов, затормозив их работу. Так, если в схеме 36, а зашунтировать конденсатор диодом Д (рис. 38), то конденсатор, разрядившись от U1 до UC=0 (см. рис. 36, б), перестанет перезаряжаться под действием U+вых, потому что ток от резистора R3 пройдет через открытый диод, а значит, напряжение на конденсаторе не достигнет значения U2 и автоколебания сорвутся.

Генератор может быть запущен, если на его неинвертирующий вход поступит отрицательный импульс запуска Uзап, эквивалентный напряжению U2 на инвертирующем входе. Подобные генераторы одиночных импульсов используются при наладке ЭВМ.

Генератор пилообразного напряжения. Прямолинейно нарастающее напряжение получается на конденсаторе, если его заряжать постоянным током, не зависящим от напряжения на нем, и предотвратить влияние на этот ток сопротивления нагрузки. Интегрируя по времени выражение (разделив переменные)

Условие IС=соnst в схеме рис. 39 с операционным усилителем обеспечивается постоянным напряжением Uвх. Пока транзистор заперт, в течение временипроисходит зарядка конденсатора и выходное напряжение, снимаемое с конденсатора, нарастает по прямой.

Рис. 39. Генератор пилообразного напряжения

При подаче импульса Up транзистор насыщается и через его малое сопротивление (RЭК в несколько Ом) конденсатор быстро разряжается за время tр, после чего процесс зарядки повторяется и поступающее с конденсатора на выход напряжение Uвых приобретает пилообразную форму.

Длительность tп определяется емкостью С и током зарядки, зависящим от Uвх и сопротивлений резисторов R. Изменяя значение напряжения Е, поданного на другой вход усилителя, можно смещать «пилу» по вертикали. Пилообразная форма выходного напряжения сохраняется до тех пор, пока она располагается внутри предельных значений U±вых (см. рис. 34, в) операционного усилителя.

Читайте также:  Лабораторная работа измерение напряжения переменного тока

Источник

Схемы генераторов прямоугольных и треугольных импульсов

Схема генератора на микросхемах . Используя ОУ, можно собрать достаточно стабильный генератор импульсов треугольной и прямоугольной формы ( Рис.1 ). Генератор состоит из интегратора, инвертора и компаратора.

Интегратор представляет собой усилитель на ОУ DA1, в цепь обратной связи которого включены времязадающие элементы R1, C3. Большой коэффициент усиления ОУ позволяет при подачи на его вход прямоугольных импульсов получить на выходе напряжение треугольной формы высокой линейности. С выхода интегратора напряжение поступает на вход инвертора, выполненного на ОУ DA2. В цепь обратной связи этого ОУ включён делитель R2, R3. Коэффициент передачи инвертора равен отношению сопротивлений резисторов R3 и R2, взятому со знаком минус. Если сопротивления резисторов равны, коэффициент передачи равен единице, а напряжение на выходе обратно по знаку входному.
Когда напряжение на выходе инвертора уменьшается до определённого значения, уровень выходного напряжения на выходе компаратора ( ОУ DA3 ) становится положительным и, попадая на вход DA1 будет вызывать уменьшение напряжения на выходе.

На выходе инвертора будет наблюдаться обратная картина. когда напряжение достигнет второго уровня сравнения, компаратор возвращается в исходное значение и весь процесс повторяется.
Таким образом на выходе DA1 получаем треугольное напряжение, на выходе DA2 также треугольное, но обратного знака, на выходе DA3 – напряжение прямоугольной формы.
Частота колебаний приблизительно определяется соотношением f ≈ 0,75/R1C3 ( при равенстве сопротивлений резисторов R2, R3 и R7, R8 ). Максимальная рабочая частота ограничена инерционными свойствами ОУ и равна 500 кГц. Минимальная рабочая частота определяется ёмкостью конденсатора С3 и сопротивлением резистора R1, которое не должно превышать 100 кОм. Сопротивление нагрузки не должно быть менее 5 кОм, а ёмкость не более 100 пФ.
При использовании элементов и деталей, номиналы которых указаны на схеме, частота выходных импульсов – 7500 Гц.

Простой генератор прямоугольных импульсов можно использовать при проверке различной аппаратуры. Схема генератора очень проста ( Рис.2 ). При отсутствии кварцевого резонатора вместо него можно использовать конденсатор ёмкостью от 240 пФ до 1 мкФ. В случае генератор будет выдавать импульсы с частотой следования от 600 до 2000 Гц. При уменьшении индуктивности катушки L1 увеличивается нижняя предельная частота устойчивой работы генератора.
При использовании кварцевых резонаторов на другие частоты изменится соответственно и частота следования импульсов. Генератор можно собрать только на двух элементах микросхемы DD1, не используя DD1.3. Этот инвертор желательно установить для того, чтобы уменьшить влияние нагрузки на генератор. Питать такой генератор можно от любого источника напряжением 5 … 10 В. Микросхемы К133ЛА3 можно заменить любой, имеющей элементы И – НЕ.

Э. П. Борноволоков, В. В. Фролов «РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ СХЕМЫ» Киев, «Техника», 1985г, стр.219

Источник

Adblock
detector