Теоретические знания
1 Общие сведения о генераторах пилообразного напряжения
Л
инейно
изменяющимся напряжением называется
напряжение, которое в течение некоторого
времени изменяется по закону, близкому
к линейному, а затем быстро возвращается
к начальному уровню. Если изменение
происходит от меньшего к большему, то
его называют линейно возрастающим. Если
же изменение происходит от большего
абсолютного значения к меньшему, то оно
называется линейно спадающим. Линейно
изменяющееся напряжение часто называют
пилообразным напряжением.
Типичная форма периодических импульсов линейно изменяющегося напряжения представлена на рис.9.2. Такое напряжение характеризуется следующими основными параметрами:
период следования импульсов: Т;
– частота следования импульсов: (9.1);
амплитуда импульса: Um;
начальный уровень напряжения: UО;
длительность рабочего (прямого) хода: tP;
длительность обратного хода: tО;
длительность паузы, в течении которой напряжение неизменно: tП;
крутизна (скорость нарастания) выходного напряжения:
(9.2);коэффициент нелинейности:
,
(9.3)
где
и
скорость
изменения напряжения в начале и конце
рабочего хода.
Линейно изменяющееся напряжение используется в электронике для развертки электронного луча в электронно-лучевых трубках, получения широтно-импульсной модуляции в системах автоматического управления, преобразователях время – амплитуда, генераторах качающейся частоты и т.п.
По способу управления генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) делятся на формирователи ГЛИН, ждущие и автоколебательные. Формирователи ГЛИН обеспечивают получение линейно изменяющегося во времени сигнала, длительность и амплитуда которых зависят от длительности и управляющего сигнала. Частота следования импульсов в этом варианте определяется частотой запускающих импульсов. В автоколебательных ГЛИН параметры выходного сигнала зависят от параметров компонентов схемы и питающими напряжениями.
Принцип формирования линейно изменяющегося напряжения чаще всего основан на заряде (разряде) конденсатора стабильным током. В этом случае зависимость между скоростью изменения напряжения на конденсаторе и протекающем через него током, выражается следующим образом:
,
(9.4)
где iC и UC – ток, протекающий через конденсатор и напряжение на нем,
соответственно;
С – емкость конденсатора.
Из
(9.4) следует, что для получения линейного
изменения напряжения на конденсаторе,
т.е. для получения
в течение всего рабочего хода, необходимо
обеспечить постоянство тока, протекающего
через конденсатор в течении рабочего
хода.
2 Формирователь глин со следящей связью
С
хема
формирователя ГЛИН со следящей связью
приведена на рис.9.3 а. Рассмотрим его
работу, начиная с момента, когда закончится
импульс управления, и конденсатор С3
полностью разрядился током разряда iР
через насыщенный транзистор
VT1.
Этому моменту соответствует точка а
на временных диаграммах, показанных на
рис.9.3 б.
Сразу после момента а транзистор VT1 закроется и начнется заряд накопительного конденсатора С3 током iЭ, в результате чего напряжение на его верхней обкладке увеличится (рис.9.3 б, график UC3). Некоторое время (интервал аb) транзистор VT2 будет закрыт, так как напряжение на его эмиттере, вызванное током подзаряда конденсатора С2, частично разрядившегося при формировании предыдущего рабочего хода, превышает напряжение UC3 на его базе.
В момент b напряжение UC3 станет больше напряжения на резисторе R3, транзистор VT2 откроется и перейдет в активный режим, при котором напряжение на его эмиттере повторяет напряжение на конденсаторе С3.
Выходное напряжение схемы суммируется с напряжением заряженного почти до напряжения источника питания ЕК конденсатора С2, поэтому напряжение в общей для диода VD1, резистора R2 и конденсатора С2 точке схемы становится больше напряжения ЕК на значение выходного напряжения. Диод VD1 закроется и в течение всего времени формирования линейно нарастающего отрицательного напряжения будет закрыт. При этом конденсатор С3 заряжается по цепи: + ЕК, С3, R2, С2, коллектор – эмиттер VT2, − ЕК. Ток заряда конденсатора С3 почти не изменяется, т.к. напряжение на верхнем выводе резистора R2 следит за напряжением UC3 на его нижнем выводе, т.е. напряжение на резисторе R2 в течение всего времени формирования также не изменяется. Следовательно, конденсатор С3 заряжается постоянным током, а напряжение на нем возрастает по линейному закону.
Некоторое снижение напряжения на резисторе R2 и тока заряда iЭ все же происходит из-за частичного разряда конденсатора С2 током заряда конденсатора С3. Емкость конденсатора С3 меньше емкости конденсатора С2, который поэтому разряжается незначительно и не влияет на линейность выходного напряжения генератора.
В момент с очередной импульс управления откроет транзистор VT1 до насыщения и конденсатор С3 быстро разрядится через него практически до нуля, т.е. будет сформирован обратный ход пилообразного напряжения. При этом конденсатор С2 подзарядится до первоначального значения по цепи: + ЕК, R3, С2, VD1, − ЕК. Чем меньше емкость С2, тем быстрее он восстановит заряд.
Частота следования импульсов ГЛИН определяется частотой запускающих импульсов, а амплитуду выходного напряжения можно определить из выражения:
. (9.4)