загрузка...
загрузка...
На головну

Генератори релаксаційних (імпульсних) коливань.

  1. RC-генератори.
  2. Автогенератори гармонійних коливань на інтегральних мікросхемах
  3. Блокінг-генератори
  4. Високочастотні LC - автогенератори.
  5. Генератори
  6. Генератори і синхронні компенсатори
  7. Генератори імпульсів на ОУ

Якщо в автогенераторі гармонійних коливань глибину позитивної ОС теоретично наблизити до 100% (b= 1) і прибрати узкополосную виборчу систему, то синусоїдальна вихідна напруга повинна перетворитися в коливання прямокутної форми. Тому в релаксаційних автогенераторах замість коливальних контурів застосовується апериодическое електричне ланка з одним енергоємним (накопичувальним) елементом, наприклад, -ланцюг. При цьому баланс фаз і амплітуд виконується в досить широкій смузі частот.

Мультивібратори.

Автогенератор прямокутних імпульсів, тривалість і частота проходження яких визначається параметрами времязадающих RC-ланцюгів, називають мультивібратором. Мультивібратори мають два тимчасово стійких (квазіустойчівие) стану. Класична схема симетричного мультивібратора містить два транзисторних ключа, взаємно охоплених з входів на виходи двома петлями позитивних ОС: одна з них утворена резистивної-ємнісний ланцюгом R1C1, А інша - ідентичною ланцюгом R2C2 (Ріс.6.10.а).

Розглянемо роботу класичної схеми мультивібратора, вважаючи, що транзистори практично неінерціонние (т. Е. Досить високочастотні) і переключаються миттєво. Спрощені тимчасові діаграми напруг на базах і колекторах обох транзисторів показані на ріс.6.10.б. Нехай в момент часу t = 0 аналізований мультивибратор знаходиться в квазіустойчівие стані, при якому транзистор VT1 відкритий і насичений, а транзистор VT2 закритий.

Ріс.6.10.

У схемі в цьому випадку має місце наступний стан - напруга на колекторі транзистора VT1 Uk1»0; напруга на колекторі транзистора VT2 становить Uk2»E; конденсатор С1 заряджений негативно і напруга на базі VT2 мінус щодо емітерів. конденсатор С2 також заряджений, але напруга на базі транзистора VT1 позитивно і дорівнює добутку базового струму на опір переходу емітер-база. Такий стан мультивібратора не є стійким тому відбувається розряд конденсатора С1 по ланцюгу: джерело +Е, резистор R2, конденсатор С1, Ланцюг колектор-емітер відкритого транзистора VT1. Як тільки напруга на базі транзистора VT2 стане більше нуля (конденсатор С1 практично розряджений, а напруга на переході колектор-емітер VT1 невелике позитивне) транзистор VT2 почне відкриватися. Цей транзистор відкриється, через нього потече колекторний струм, викликаючи зменшення напруги Uk2. Негативний стрибок даного напруги через конденсатор С2 передасться на базу транзистора VT1, приводячи останній до закривання і збільшення його колекторного напруги Uk1. Позитивний стрибок напруги Ukl через конденсатор С2 надійде на базу транзистора VT2, що ще більше відкриє цей транзистор. У схемі починається лавиноподібний процес, який закінчується перемиканням мультивибратора в інше квазістійкий стан, коли транзистор VТ2 відкритий і насичений, а транзистор VT1 закритий. Однак напруга на транзисторі VT1 зростає не стрибком, а експоненціально з характерним часом заряду конденсатора C1 через резистор Rk1 і опір переходу база-емітер VT2 ( tз1= (Rk1+ rеб1)C1 ). Цей процес також викликає характерний невеликий позитивний імпульс напруги на базі VT2. Конденсатор С1 заряджається практично до напруги харчування Е. На інтервалі t1...t2 відбувається розряд конденсатора С2 і в момент часу t2 відбудеться нове перемикання мультивибратора. Далі процеси в схемі почнуть періодично повторюватися, а на колекторах транзисторів будуть формуватися імпульси вихідної напруги. Оскільки в мультивібраторі завжди опору R1 > Rk2 (Відповідно і R2 > Rk1), То постійна часу розряду конденсаторів С1 tр1=R2C1 и С2 tр2=R1C2 більше постійної часу заряду конденсаторів С1 і С2 tз1 = Rk1C1, tз2 = Rk2C2. Тривалість імпульсів напруги на колекторах транзисторів відповідає часу перезарядження відповідного конденсатора. Можна показати, що для симетричного мультивібратора, у якого C1=C2=С, R1=R2=R и Rk1=Rk2=Rk, Тривалість імпульсу визначається формулою:

tи= RCln2=0,7RC (6.6).

Очевидно, що період повторення імпульсів

Т= 2tи»1,4RC (6.7).

Режим мультівібратор.

Для отримання одиночних прямокутних імпульсів необхідної тривалості синхронізованих з імпульсом запуску застосовують схему чекає мультивібратора або одновибратора. Одновібратор на відміну від мультивібратора має один стійкий стан. Цього можна досягти заміною однієї колекторно-базової зв'язку по змінному струмі на зв'язок по постійному струму. Схема чекає мультивібратора і епюри напруги наведені на рис.6.11. Стійким є стан, коли транзистор VT1 насичений струмом через базовий резистор Rб1 . Транзистор VT2 замкнений негативним напругою зміщення -Uсм. Конденсатор C2 практично заряджений до напруги харчування. Такий стан може зберігатися як завгодно довго. При впливі на вхід одновібратора досить коротких імпульсів запуску на його виході формуються поодинокі прямокутні імпульси фіксованої тривалості. Запускає імпульс позитивної полярності відкриває транзистор VT2, негативна напруга UС2 прикладається до бази транзистора VT1 закриваючи останній. Підвищення напруги на колекторі VT1 переводить транзистор VT2 в режим насичення. Даний стан не є стійким, і підтримується до тих пір, поки на базі транзистора VT1 присутній негативна напруга, тобто поки не розрядиться конденсатор С2 струмом через резистор Rб2. Як тільки напруга на базі VT1 стане невеликим позитивним він відкривається і переходить в насичення, закриваючи транзистор VT2. Тривалість сформованого імпульсу на колекторі VT1 можна записати

.

Тривалість фронту вихідного імпульсу визначається швидкістю зарядки конденсатора С1 при замиканні транзистора VT1 і одно

.

Для відновлення схеми в початковий стан необхідно час визначається процесом заряду конденсатора С2.

Рис.6.11.

На ріс.6.12. приведена інша схема одновібратора на біполярних транзисторах з емітерний зв'язками. Спільне включення емітерів транзисторів через резистор Rэ забезпечує автоматичне зміщення для замикання транзистора VT1.

Ріс.6.12.

У режимі стані транзистор VT2 відкритий і насичений струмом через резистор R. Оскільки, опір Rk2 зазвичай більше Rэ, То напруга на колекторі близько до нуля. Струм відкритого транзистора VT2, поточний через Rэ, Створює негативний зсув на базі першого транзистора VT1 і тому він закритий. дільник напруги R1R2 визначає робочу точку першого транзистора. За відсутності негативного зсуву, коли другий транзистор закритий, транзистор VT1 повинен бути у відкритому стані. Для цього вибирають Rk2 < Rk1. конденсатор С у времязадающей ланцюжку RC в режимі стані заряджений, як показано на малюнку. конденсатор С1 служить для розв'язки вхідний ланцюга по постійному струму. Запускає імпульс переводить у відкритий стан транзистор VT1, через який напруга на конденсаторі С прикладається до переходу база-емітер транзистора VT2, закриваючи останній. Напруга на колекторі VT2 підскакує до напруги харчування. конденсатор С починає розряджатися по ланцюгу +Е, R, C, rке1, Rэ, -Е. зазвичай вибирають R > Rэ+rке, І час розряду є tр=RC. При невеликому перезаряді конденсатора С транзистор VT2 відкривається, закриваючи транзистор VT, і починається заряд конденсатора С через ланцюг +Е, C, rбе2, Rэ, -Е. Напруга на колекторі VT2 спадає, формуючи прямокутний імпульс. час заряду С одно tз=RэC і зазвичай менше часу розряду. Режим мультівібратор готовий до роботи. Дана схема чекає мультивібратора кілька складна в налаштуванні.

тригер

Тригер - електронний пристрій з двома стійкими станами, здатне під впливом керуючого вхідного сигналу переходити з одного стану в інший. Можна виділити два основні класи тригерів: з колекторно-базовими зв'язками і з емітерний зв'язком. Тригер з коллекторно- базовими зв'язками, схема якого наведена на рис.6.13 називають симетричним. Це відноситься як до схеми, так і до елементів Rк1= Rк2= Rк, Rб1= Rб2= Rб, Rсм1= Rсм2= Rсм. Негативна напруга зсуву забезпечує замикання транзисторів. Після включення живлення через деякій різниці характеристик транзисторів один транзистор входить в стан насичення, а інший в стан відсічення. Величина опорів базових резисторів повинна забезпечувати стійке насичення. Для зміни стан тригера сигнали можна подавати окремо в базові або колекторні ланцюга транзисторів, або спільно в базові ланцюга як на малюнку.

рис.6.13.

У даній схемі застосовується негативний керуючий імпульс. Припустимо транзистор VT1 закритий, а VT2 в насиченні. напруга Uк1»0 практично дорівнює нулю, а напруга Uк2 = E. Конденсатор С1 заряджений майже до напруги харчування, оскільки Rк1<< Rб2, А напруга на конденсаторі С2 дорівнює нулю. При подачі керуючого імпульсу обидва транзистора переходять в закритий стан. Після закінчення дії керуючого імпульсу, оскільки конденсатори не встигають розрядиться, транзистор VT1 починає відкриватися. Процес відбувається лавиноподібно переводячи тригер в новий стан, коли VT1 ??в насиченні, а VT2 в отсечке. Тригер з емітерний зв'язками аналогічний чекає мультивибратора за схемою на ріс.6.12.

Тригер Шмітта.

Основою тригерана ОУ служить компаратор- пристрій, що здійснює порівняння двох аналогових напруг. У найпростішій схемі компаратора вхідна напруга порівнюється з деяким опорним, в якості якого зазвичай використовується частина вихідного напруги (ріс.6.14), значення якого по модулю а режимі насичення близько до напруги харчування Um. На інвертується вхід ОП надходить вхідна напруга, а на неінвертуючий вхід подається опорна напруга, що знімається з дільника R1R2. Таким чином, ОУ охоплений позитивним зворотним зв'язком по неінвертуючий вхід, і вихідна напруга стрибком змінює свою полярність при порівнянні вхідного і опорного напруг. Принцип дії компаратора зрозумілий з розгляду передавальної характеристики. При вхідній напрузі Uвх? 0 вихідна одно Uвих= +Um. Напруга на неінвертуючий вході при цьому буде Uн=bUm+, де b=R1/R1+R2 - Коефіцієнт передачі резистивной ланцюга R1R2 позитивної ОС в компараторе. Якщо вхідна напруга більше нуля і збільшується, то при порівнянні його амплітуди з опорним, рівним напрузі спрацьовування Uср= bUm+, Компаратор перемикається. При цьому відбудеться стрибкоподібне зміна вихідної напруги зі значення +Um на значення -Um. Подальше збільшення вхідної напруги не змінить стану компаратора, і напруга на неінвертуючий вхід ОП буде також постійним: Uн= -bUm. При зменшенні вхідної напруги до значення опорного, рівного напрузі відпускання Uвх=Uотп= -bUm відбудеться стрибкоподібне повернення компаратора в початковий стан. Вихідна напруга при цьому зміниться з -Um, На +Um. Таким чином, передавальна характеристика компаратора має вигляд петлі гістерезису. Такий компаратор має тригерним (переключающим) ефектом, і в радіоелектроніці його називають тригером Шмітта.

Ріс.6.14.

Сума напруг спрацьовування і відпускання Uср + Uотп= 2bUm є напругою гистерезиса. Пристрій дозволяє усунути «Брязкіт» тригера, т. е. випадкове його перемикання напругою перешкод при відсутності вхідного сигналу. Компаратори застосовують для формування сигналів прямокутної форми з різних; видів безперервних сигналів. Зокрема, при подачі на вхід компаратора синусоїдальноїнапруги на його виході формується симетричне прямокутне коливання - меандр.

Мультивибратор на ОУ.

Для перетворення компаратора в мультивибратор в нього вводять времязадающей RC-ланцюг негативною ОС (ріс.6.15). Після включення живлення завдяки позитивній ОС і тому, що конденсатор С розряджений, схема миттєво перейде в один з квазіустойчівие станів з вихідним напругою +Um . Напруга на неінвертуючий вхід ОП стане одно +bUm. Починаючи з цього моменту під дією вихідного напруги конденсатор С буде заряджатися через резистор R, І напруга на ньому Uc буде прагнути до значення +Um. Однак, коли напрузі Uc перевищить напругу на неінвертуючий вході, ОУ перескочить в інший квазістійкий стан з напругою на виході - Um. Напруга на неінвертуючий вхід ОП стане одно -bUm і конденсатор С почне заряджатися. Далі процеси в схемі будуть періодично повторюватися. Тривалість імпульсу на виході мультивібратора визначається часом перезаряду конденсатора від рівня напруги bUm+ до амплітуди bUm-. Тривалість імпульсу дорівнює

tи » 2bRC (6.8),

а період повторення

Т = 2tи »4bRC (6.9).

Ріс.6.15.

Замінивши резистор R ланцюжком з двох паралельно включених діодних ключів (діод послідовно з'єднаний з опором), отримаємо несиметричний мультивібратор, в якому тривалості позитивних і негативних імпульсів можуть бути різні. Для перебудови частоти повторення імпульсів змінюють ємність конденсатора С.

Одновібратор на ОУ.

Одновібратор на ОУ показаний на ріс.6.16, режим очікування в якому забезпечується діодом VD, включеним паралельно времязадающей конденсатору С. Імпульси запуску позитивної полярності з амплітудою Uвх подаються на неінвертуючий вхід ОП через конденсатор С1. У стані стійкої рівноваги вихідна напруга одновибратора Uвих = -Um. Напруга на неінвертуючий вході Uн= -bUm. Напруги на вході, що інвертує, конденсаторі С і на відкритому діоді VD однакові і близькі до нуля. При надходженні в момент часу t=t1 імпульсу запуску з амплітудою Uвх> ?bUm? одновибратор перекидається і переходить в квазістійкий стан. Напруга на його виході стає при цьому рівним + Um, А напруга на неінвертуючий вході змінюється на позитивне рівне +bUm. Стрибок позитивного вихідної напруги замикає діод VD і починає заряджати конденсатор С струмом, що протікає через резистор R. Напруга на конденсаторі, а значить, і на вході інвертується зростає по експоненті, прагнучи до значення +Um. Однак, в момент часу t=t2 напруги на інвертується і неінвертуючий входах порівнюються, і одновібратор стрибком повертається в стійкий стан. З приходом нового імпульсу запуску в момент часу процеси в схемі повторюються. Тривалість вихідного імпульсу одновібратора визначається формулою

tи=RC ln(1+R1/R2) (6.10).

Час відновлення стійкого стану одновібратора одно

tв=RC1n[(2R1+R2) / (R1+R2)] (6.11),

і воно завжди багато менше тривалості імпульсу.

Ріс.6.16.

Блокінг-генератор.

БГ - автогенератор з сильною трансформаторної позитивним зворотним зв'язком, призначений для генерування короткочасних імпульсів з великим відношенням періоду Т до тривалості t імпульсу, тобто з великою шпаруватістю імпульсів (q = T/t). Схема блокінг-генератора і тимчасові діаграми роботи показана на ріс.6.17. Обмотка зв'язку підключена до переходу емітер-база транзистора VT послідовно через конденсатор С. При включенні живлення схеми невелике наростання колекторного струму через обмотку зв'язку викликає поява і зростання базового струму. Цей процес лавиноподібний і призводить до переходу транзистора в стан насичення. Однак, цим же струмом конденсатор С заряджається, тим самим зменшуючи напругу база-емітер. При досягненні рівності напруги зарядки конденсатора напрузі на обмотці зв'язку струм бази і відповідно струм колектора різко спадають до нуля. У вихідний обмотці формується майже прямокутний імпульс напруги. Оскільки, з цього моменту напруга зворотного зв'язку майже нульове, напруга негативної полярності конденсатора С прикладається до переходу база-емітер і переводить транзистор в стан відсічення. Далі починається процес розряду конденсатора С експоненціально через R від джерела живлення. При досягненні напруги відкривання, починається лавиноподібне зростання струму транзистора і формування нового імпульсу, тобто процес ставати періодичним. Характерне час зарядки конденсатора С одно tз=СrЕБ, А час розрядки tр=СR. Оскільки зазвичай вибирають R>>rЕБ , То і Т>>t.

Мал. 6.17.

Генератори лінійно змінюється напруги.

Пристрої, призначені для формування лінійно змінюється напруги називають генераторами ЛИН (скорочено ГЛИН). Осцилограми вихідної напруги генераторів нагадують зуби пилки, тому їх часто називають генераторами пилкоподібної напруги. Залежно від нахилу форма пилки буває прямий, зворотної і трикутної. Лінійність напруги оцінюється коефіцієнтом нелінійності, який визначається за формулою

 (6.13),

де U '(0) - перша похідна напруги за часом (швидкість зміни ЛИН) на початку робочого ходу; U '(Т) - Теж в кінці робочого ходу.

Принцип побудови генераторів ЛИН заснований на заряді конденсатора постійним або майже постійним струмом. Тоді напруга на конденсаторі пропорційно часу заряду:

 (6.14),

де С ємність конденсатора, ток I = const. ГЛИН можуть працювати або в режимі, або в автоколивальних режимі. Все ГЛИН можна розділити на три типи:

а) з інтегрує RC-ланцюжок;

б) з токостабілізірующім двополюсників;

в) з компенсує зворотним зв'язком (ОС).

У найпростішому випадку а) основою ГЛИН є інтегруюча RC-ланцюжок. Такий генератор може бути реалізований на основі транзисторного ключа VT (ріс.6.18.). У режимі стані транзисторний ключ знаходиться в режимі насичення, т. Е. Напруга Uвих дорівнює нулю. При подачі в момент часу t1 запирающего імпульсу напруги транзистор входить в режим відсічення, і конденсатор С заряджається через Rк від джерела живлення UП. У момент часу t2 транзистор знову входить в режим насичення, і конденсатор через малий опір колектор-емітер транзистора розряджається.

Ріс.6.18.

Якщо проміжок часу T = t2 - t1 значно менше RкC напруга на ємності змінюється за лінійним законом. Для запобігання пробою транзистора (наприклад, при збільшенні тривалості вхідного імпульсу) до його колектора підключений діодний обмежувач VD. Як тільки напруга на ємності досягне рівня Uo, Діод VD відкривається і напруга Uвих, Утримується на рівні Uo. Істотним недоліком даної схеми є те, що для отримання малого коефіцієнта нелінійності необхідно, щоб напруга живлення генератора Е було набагато (на порядок і більше) більше амплітуди ЛИН. Коефіцієнт нелінійності даної схеми генератора, отриманий за допомогою виразу (6.13), дорівнює g = T/RkC. Перевагою даних генераторів є простота їх реалізації.

ГЛИН другого типу містять токостабілізірующій двухполюсник, який можна реалізувати на біполярних або польових транзисторах. На ріс.6.19 наведена одна зі схем таких генераторів.

Ріс.6.19.

Схема аналогічна наведеної вище, тільки послідовно в ланцюг живлення вмонтований польовий транзистор. Для токостабілізаціі використовується лінійність стоко-затворної характеристики транзистора VT2. У міру зарядки конденсатора С падіння напруги на опорі Rк зменшується, що призводить до зменшення опору транзистора і стабілізації струму заряду.

Ріс.6.20.

ГЛИН з компенсує зворотним зв'язком можна реалізувати операційному підсилювачі ОУ (ріс.6.20). Будемо вважати підсилювач близький до ідеального, тобто Rвх ~ ?, Rвих ~ 0, коефіцієнт посилення К ~ ?. При розмиканні ключа SA здійснюється прямий хід, а при замиканні ємність С розряджається і на виході встановлюється нульова напруга. опір R підключено до джерела стабільної напруги . Оскільки вхідний струм і вхідна напруга ОУ практично дорівнюють нулю, конденсатор С заряджається майже постійним струмом, і напруга на ньому наростає за лінійним законом. Система рівнянь, що описують поведінку схеми буде

 (6.15).

Вирішуючи щодо вихідної напруги, отримаємо

 (6.16).

Рішення цього рівняння при початкових умовах t = 0, Uвих = 0 має вигляд

 (6.17).

Видно, що заряд конденсатора відбувається також по експоненті, тільки характерний час збільшується в К раз. Крім того, максимальне значення вихідної напруги не може перевищувати напруги живлення ОП. Коефіцієнт нелінійності, отриманий з виразів (6.13), дорівнює g = 1 /К. Звідси випливає, що при середньому коефіцієнті посилення ОУ К = 103-4 коефіцієнт нелінійності становить частки відсотка.

 



Попередня   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   Наступна

Приклади негативного зворотного зв'язку в підсилювачах. | Підсилювачі постійного струму. | Вузькополосні (резонансні) підсилювачі. | Підсилювачі потужності. | Диференційний підсилювач. | Операційні підсилювачі. | Шуми в підсилювачах. | Автогенератор у вигляді підсилювача з позитивним зворотним зв'язком. | RC-генератори. | Автогенератор у вигляді контуру з негативним диференціальним опором (тунельний діод). |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати