2.1 Генераторы колебаний прямоугольной формы.

Принцип построения генераторов колебаний прямоугольной и треугольной форм на ОУ базируется на выполнении двух основных математических операций: интегрирования и сравнения. Поэтому схемы таких генераторов, как правило, идентичны, а форму выходного сигнала и его частоту определяют параметры пассивных компонентов и способ их включения в схему.

Принцип работы генераторов колебаний пря­моугольной формы, как и всех генераторов, основан на введении цепи положительной ОС в усилитель. Однако в отличие от генераторов синусоидальных колебаний, такие схемы обычно имеют только активное сопротивление в цепи положительной ОС.

Для генерирования колебаний прямоугольной формы, частота которых регулируется аналоговым сигналом, можно использовать схему с полевым транзистором, изображенную на рис. 2.2. Управляющее напряжение U_вх подается на вход усилителя А1 в дифференциальном включении. Напряжение на выходе этого усилителя U_вых1= U_вх, а его знак определяется состоянием транзистора: если он закрыт U_вых1= U_вх, если открыт, то U_вых1=-U_вх

Рис.2.2.

Усилитель А2 работает в режиме генератора пилообразных колебаний, выходное напряжение которого поступает на вход компаратора A3 с напряжением срабатывания Uпор, которое определяется напряжением стабилизации стабилитронов VD2 и VD3 и падением напряжения на них в прямом включении. Выходной сигнал

компаратора подается на затвор ПТ, который, в свою очередь, управляет работой генератора. Справедливо следующее выражение для определения частоты колебаний на выходе схемы в зависимости от входного напряжения: f=U_BX/(4RCU_пор).

Подставляя значения элементов, указанные на рисунке, в выражение для f, найдем, что f=2-103U_вх, где f в герцах, U_BX—в вольтах. Линейная зависимость частоты от напряжения сохраняется при изменении U_BX от 6 мВ до 10 В, что соответствует изменению частоты от 12 Гц до 20 кГц.

Рис.2.3.

В современной цифровой аппаратуре очень часто используются генераторы тактовых импульсов со скважностью 50%, часто называемые генераторами меандра. Такие генераторы удобно строить на таймерах в режиме мультивибратора. В связи с тем, что время-задающая цепь управляется выходным напряжением таймера, между выводом 3 и источником питания включен резистор Rn, позволяющий увеличить размах выходного напряжения почти до Uп. Высокая точность при формировании меандра получается благодаря тому, что заряд и разряд конденсатора Ct осуществляются через резистор Rt. На точность влияют стабильность высокого и низкого уровней выходного напряжения и их симметричность относительно пороговых напряжений.

Рис.2.4.

Существенно повлиять на точность работы мультивибратора на рис. 2.3 может зависимость частоты генерируемых тактовых импульсов от входного сопротивления R_BX.K приемника сигнала. При уменьшении сопротивления R_ВХ. уровни выходного напряжения изменяются вследствие некоторого различия выходных сопротивлений таймера для втекающего и вы­текающего токов. Чтобы устранить влияние, можно подключить приемник сигнала к высокоомному выходу (вывод 7), который в рассматриваемом включении таймера свободен.

В нашей схеме датчика использовалась следующая схема (К564ЛА7) генератора прямоугольных импульсов, с разделением частоты путем логического деления на два, реализовано на D-триггере (К561ТМ2)

Вариант простейшего генератора (мультивибратора) показан на рис. 2.4. Схема имеет два динамических состояния. В первом из них, когда на выходе в D1.1 состояние лог. "1" (выход D1.2 лог. "О"), конденсатор С1 заряжается. В процессе заряда напряжение на входе инвертора D1.1 возрастает и при достижении значения U_пop=0,5U_пит происходит скачкообразный переход во второе динамическое состояние, в котором на выходах D1.1 лог. "О", D1.2 — "1". В этом состоянии происходит перезаряд емкости (разряд) током обратного направления. При достижении напряжения на С1 U_пop происходит возврат схемы в первое динамическое состояние. Диаграмма напряжений поясняет работу. Резистор R2 является ограничительным, и его сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, а чтобы он не влиял на расчетную частоту, номинал резистора R1 выбираем значительно больше R2 (R2<0,01R1). Ограничительный резистор (R2) иногда устанавливают последовательно с конденсатором. При использова­нии неполярного конденсатора С1 длительность импульсов (t_M) и пауза (t0) будут почти одинаковыми: t_M=t_o=0,7R1C1. Полный период T=1,4R1C1. Резистор R1 и конденсатор С1 могут находиться в диапазоне 20 кОм...10 МОм; 300 пФ...1ОО мкФ.