Генераторы линейно изменяющегося напряжения.

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.

Согласно принципам построения генераторов пилообразного напряжения структурная схема (рис.1) должна состоять из следующих элементов:

● Токостабилизирующий элемент (ТСЭ), обеспечивающий постоянный во времени ток заряда конденсатора C.

● Конденсатор С, на котором формируется линейно изменяющиеся напряжение.

● Ключевое устройство (КУ), с помощью которого осуществляется переключение формирования прямого и обратного хода выходного напряжения.

● Формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий импульсные сигналы управления ключевым устройством (задающий длительность рабочего хода и частоту следования выходных импульсов пилообразного напряжения).

● Эмиттерный повторитель, согласующий большое сопротивление нагрузки ОУ с малым сопротивлением нагрузки генератора.

По режиму работы ГЛИН подразделяются на ждущие с внешним запуском, определяющим длительность паузы или длительность прямого хода импульса (т. е. формирователи импульсов ЛИН), автоколебательные (в том числе синхронизированные) и ждущие с самовозбуждением, вырабатывающие импульс ЛИН заданной длительности в ответ на импульс запуска, длительность которого не определяет длительность и другие параметры ГЛИН.

Принципы построения схемы ГЛИН и основные параметры.

Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 2. Линейно изменяющееся напряжение образуется при заряде конденсатора С через резистор Rк от источника Ек. Транзистор VT, работающий в ключевом режиме, переключает конденсатор C с заряда на разряд. Временные диаграммы, поясняющие работу простого ГЛИН, приведены на рис. 3.

В исходном состоянии до момента t1 транзистор VT 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 VT. Длительность импульсов, отпирающих транзистор, устанавливается такой, чтобы конденсатор мог разрядиться практически полностью. В момент t2 действие импульса заканчивается, транзистор запирается и начинается заряд конденсатора C 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 напряжению источника Ек.

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

Линейно-нарастающее напряжение характеризуется рядом основных параметров. Рассмотрим их на примере напряжения, формируемого простейшим ГЛИН. На приведенном выше рис. 3 поясняются некоторые из параметров:

● t_пр-длительность прямого хода (время, в течение которого происходит заряд конденсатора С через резистор R_k;

● t_о-длительность обратного хода (время восстановления) - время, в течение которого происходит разряд конденсатора С;

● T = t_пр + t_о-период повторения пилообразных импульсов;

● U_m-амплитуда пилообразных импульсов.

Параметром, характеризующим схему ГЛИН, является коэффициент использования напряжения источника питания Е_к, под которым понимают отношение: .

Выходное напряжение ГЛИН описывается следующим выражением:

U_вых= U_к= Е_к (1-e ^-t/RкC).

Следовательно, высокую степень линейности пилообразного напряжения (малое e) можно получить при условии Eк>>U_m. Это приводит к плохому использованию напряжения источника питания. Например, при U_m = 10В и е=1% E = 1000В.

⇐ Предыдущая 12