Функціональні генератори з інтегратором на оп

Принцип побудови функціональних генераторів на основі інтегратора зі 100% негативним ємнісним зворотним зв'язком пояснює рис. 3.1. Основою генератора є інтегратор І, побудований на інтегральному операційному підсилювачі ОП, і релейний елемент (РЕ) (рис. 3.1, а). Релейний елемент має гістерезисну передатну характеристику, показану на рис. 3.1, б.

Рис. 3.1. Блокксхема функціонального генератора (а) і діаграми, що ілюструють його роботу: перемикання релейного елемента (б), перетворення

трикутного напруги в синусоїдальна (в) і форми вихідних сигналів (г)

При наростанні лінейнозмінної напруги з виходу інтегратора релейний елемент перемикається (напруга на виході падає з U2> 0 до U1 <0), що веде до зміни напрямку інтегрування інтегратора І. Напруга на його виході стає лінійноспадаючою, і коли воно падає нижче рівня U1 РЕ знову спрацьовує, і напруга на його виході стає рівною U2> 0. Напрямок інтегрурування знову змінюється, і процеси повторюються.

Тому функціональний генератор є типовим представником релаксаційних генераторів на основі релейного елемента, подібного до тригеру Шмітта. При цьому бажано (і навіть необхідно), щоб РЕ мав симетричну передатну характеристику, що задовольняє умові U2 = | U1 |. Це обмежує застосування релаксаційних генераторів, для побудови функціональних генераторів.

Прямокутні і трикутні імпульси (рис. 3.1, г) отримують як результат роботи релаксаційного генератора. Але для отримання синусоїдальної напруги необхідно використовувати спеціальний нелінійний перетворювач, функції якого пояснює рис. 3.1, ст. Створення такого перетворювача є досить складною технічною задачею.

Приклад простої схеми функціонального генератора

Досить проста схема типового функціонального генератора, представлена ​​на рис. 3.2, ілюструє принцип побудови цього пристрою. У генераторі можуть використуватися будь-які універсальні операційні підсилювачі з різнополярним живленням і симетричними передавальними характеристиками.

Рис. 3.2. Проста схема функціонального генератора на інтегральних операційних підсилювачах

Генератор містить тригер на двох операційних підсилювачах A1 і A2 з обмежувачем напруги на світлодіодах (ці прилади застосовані не тому, що вони випромінюють світло, а внаслідок своєї підвищеної прямої напруги). Тригер управляє напрямком інтегрування інтегратора на операційному підсилювачі A3. Швидкість лінійної зміни напруги на виході A3 задається ємністю конденсатора C і величиною опору резистора R. Зазвичай резистором R задається плавна зміна швидкості зміни напруги в 10-20 разів, а зміною С- фіксована зміна швидкості.

Якщо сигнал на виході інтегратора зростає, то при досягненні верхнього порогу тригера він переключається, і напрямок інтегрування інтегратора змінюється - напруга на його виході починає лінійно падати, поки не досягне нижнього порога інтегрування. При цьому тригер знову переключається, і напрямок інтегрування змінюється, і т. д.

На виході тригера формуються прямокутні імпульси, а на виході інтегратора - трикутні. Для отримання близького до синусоїдального сигналу використовується обмежувач трикутної напруги. В даному випадку він виконаний на операційному підсилювачі A4 з доданими обмежувачем (теж на світлодіодах).

Параметри такого простого функціонального генератора (перш за все, максимальна частота і амплітуда сигналу) цілком залежать від застосовуваних операційних підсилювачів. Звичайні операційні підсилювачі можуть використовуватися до частот в десятки кілогерц і при амплітудах до 10-15 В. Проте новітні

операційні підсилювачі, можуть використовуватися для побудови функціональних генераторів з частотами до десятків мегагерц, але з амплітудою імпульсів до 3-5 В.