3.4. Генератор линейно изменяющегося напряжения

Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формирует линейно изменяющееся во времени напряжение (часто его просто называют пилообразным) и используется в различных устройствах (системах развертки электронно-лучевых трубок осциллографов и телевизоров, системах испытаний изделий на электрическую прочность, преобразователях аналог-код, тиристорных преобразователях, компараторах и т.д.). Такой генератор может быть реализован на различной элементной базе и по разнообразным схемам. Рассмотрим ГЛИН, основой которого служит одновибратор, выполненный на таймере.

Схема, представленная на рис. 3.6, позволяет рассматривать одновибратор как управляемый генератор пилообразного напряжения, если выходным считать вывод 7 таймера.

Для обеспечения высокой точности нарастания напряжения по линейному закону резистор R_t времязадающей цепи заменен генератором стабильного тока на транзисторе VT1. Это обеспечивает равномерный по времени заряд конденсатора С_t. Напряжение прямого хода, возникающее на выходе (вывод 7), будет представлять часть экспоненты заряда конденсатора от нуля до напряжения 2U_п/3 (рис. 3.7).

Таким образом формируется пилообразный импульс длительностью t_пр. Cкорость нарастания напряжения принято характеризовать крутизной S прямого хода, равно S = tg = U_С / t_пр. Так как напряжение на конденсаторе U_с = q_c / С_t, где q_c заряд, накапливаемый на конденсаторе С_t за время прямого хода, то

S = q_c / (С_t  t_пр). (3.8)

Рис. 3.6

Но отношение q_c/ t_пр = I_c – зарядный ток конденсатора. Если этот ток сделать постоянным, для чего и применяется генератор тока, то крутизна будет постоянной величиной:

S = I_c/ С_t. (3.9)

Для расчета генератора тока следует задаться крутизной прямого хода S и током зарядки конденсатора I_c, что позволяет определить емкость С_t конденсатора.

Рис. 3.7

Поскольку генератор стабильного тока является внешним элементом ГЛИН, необходимо рассчитать величины сопротивлений R₁, R₂, R₃. Принцип работы генератора базируется на практической неизменяемости тока коллектора при меняющемся на нем напряжении, если напряжение на базе будет поддерживаться постоянным. Исходя из напряжения питания U_п и обеспечивая выполнение условия I_кmax > I_c, выбираем транзистор желательно с большим коэффициентом передачи тока базы – β.

Рассчитаем ток базы

I_б = I_c / β. (3.10)

Тогда ток I_д делителя напряжения R1, R2 определяют приближенным равенством:

I_д =­ U_п / ( R1+ R2)  (5÷10) I_б. (3.11)

Из (3.11) определяют суммарное сопротивление делителя

R1+ R2 = U_п / (5÷10) I_б. (3.12)

Далее, задаваясь падением напряжения на R3 (величиной обратной связи по постоянному току), равным:

U_R3 = (0,1÷0,3)U_п = I_э·R3, где I_э = I_с(1 + β)/β, определяем величину сопротивления R3:

R3 = (0,1÷0,3)U_п·β/ I_с(1 + β). (3.13)

Следует отметить, что для напряжений питания меньших 10 В коэффициент берут равным 0,3, а для больших – 0,1. Полученное значение сопротивления округляют до ближайшего стандартного.

Падение напряжения на резисторе R1 можно определить из равенства U_R1 = I_д·R1 = U_R3 + U_бэ, откуда, учитывая падение на эмитерном переходе, равное U_бэ= 0,7 В, получаем:

R1= (U_R3 – 0,7) / I_д. (3.14)

Рассчитанное значение R1 округляется до ближайшего стандартного.

Значение сопротивления R2 вычисляется как разность суммарного сопротивления (3.12) и R1 с дальнейшим его округлением.