1.4.2.2 Генератор линейно изменяющегося напряжения на операционном усилителе (глин).

  На рисунке 1.31,а в схеме  ГЛИН интегрирующая RC - цепочка включена в цепь отрицательной обратной связи ОУ. Управляется ГЛИН импульсами положительной полярности U_­вх с длительностью t_и, равной времени прямого хода пилы. Входные импульсы подаются на базу диода VD, эмиттер которого соединен с инвертирующим входом ОУ.

Исходное состояние генератора (t < t₁), при U_вх = 0 диод VD открыт, течет ток от источника питания через R, диод VD, источник сигнала U_вх, корпус. . Напряжение на неинвертирующем входе   где        .

 

Напряжение  превышает  настолько, чтобы перевести ОУ в режим ограничения, при котором . Конденсатор С при этом заряжен до напряжения U_C (0) = E . Заряд конденсатора идет по цепи  Е⁺, выход ОУ, С, VD, источник сигнала U_вх, корпус .

 

Формирование рабочего хода пилы T_пр .

При подаче в момент t₁ (см. рисунок 1.31,б) запускающего входного импульса длительностью t_u  диод VD запирается. Скачок положительного напряжения  от источника Е переводит ОУ в линейный усилительный режим и ОУ начинает интегрировать постоянное напряжение Е, являющееся для него входным. Положительный скачок на входе  в момент t₁ дает отрицательный скачок на выходе.

Заряженный конденсатор С начинает медленно разряжаться, вызывая увеличение напряжения ,  которое обусловливает уменьшение выходного напряжения U_вых.

Длительность рабочего хода T_пр = t_и и постоянная времени RC цепи должны быть рассчитаны так, чтобы к концу интервала t_и конденсатор успел разрядиться до нуля и перезарядиться до .

 

Формирование обратного хода пилы T_обр .

В момент t₂ окончания входного импульса отпирается диод VD.  скачкообразно уменьшается до , при котором ОУ выходит из режима усиления.  увеличивается до Е⁺, конденсатор, заряженный до  с большой скоростью, определяемой сопротивлением открытого диода VD, разряжается до нуля и заряжается до исходного напряжения U_С (t) = .

Определим необходимую постоянную времени RC при заданном T_пр.

Так как ток перезаряда конденсатора почти постоянен и равен

, то за время прямого хода пилы T_пр напряжение на конденсаторе изменится на величину, примерно равную 2Е. Поэтому  , откуда  , или для   .

Таким образом при известном T_пр, задаваясь С, можно определить значение R или наоборот.

Время восстановления режима работы генератора или обратного хода пилы T_обр.

где    - сопротивление открытого диода.

Коэффициент нелинейности   .

 

1.5 Гиратор

Гиратор – это электрическая схема, в которой в обратную связь  ОУ включена RC- цепь, имитирующая катушку индуктивности. Иногда гираторы называют синтезируемыми индуктивностями. Такие «активные катушки индуктивности» позволяют реализовать большую индуктивность в небольшом легком недорогом корпусе, т.е. эту схему можно использовать в качестве обычной катушки.

Основной недостаток – рабочая частота f_раб. не превышает несколько килогерц.

Идея работы гиратора – используя напряжение на конденсаторе U_с, заставить входное напряжение U_вх и входной ток I_вх вести себя подобно н апряжению и току  в катушке индуктивности (см. рисунок 1.32).

Известно, что при увеличении частоты индуктивное сопротивление  возрастает и растет напряжение на катушке индуктивности. Повторитель напряжения выходное напряжение  в схеме гиратора воспроизводит  на сопротивлении  - входе ОУ. При увеличении частоты  напряжение на конденсаторе С U_с уменьшается вместе с = (1 /  С). Следовательно, входное

напряжение U_R1, а вместе с ним и U_вых повторителя увеличиваются. Выходное напряжение повторителя U_вых  через сопротивление R₂ подается обратно на вход и напряжение на входе растет с увеличение частоты, т.е. ведет себя аналогично напряжению на катушке индуктивности. Сопротивление следует выбирать как можно меньше. Оно выбирается обычно равным минимальному сопротивлению нагрузки  данного операционного усилителя (около 1 кОма). Сопротивление  должно быть намного больше, чем , но не больше, чем 200  и  операционного усилителя. При заданной величине индуктивности L, используя соотношение можно найти C

Добротность гиратора определяется по формуле .