Генератор, управляемый напряжением

Простой, но очень стабильный генератор, управляемый напряжением (ГУН), использующий минимум внешних элементов, может быть реализован на трех компараторах. Удобно для этой цели применить четырехканальный компаратор 1401СА1, у которого каждый из выходных каскадов выполнен на биполярном транзисторе с открытым коллектором. Схемное решение представлено на рисунке.

Схема генератора, управляемого напряжением

Схема имеет заметное сходство со схемой генератора прямоугольных и треугольных колебаний. Компаратор работает в линейном режиме, поскольку выполняет функцию интегратора. Для этого он охвачен отрицательной обратной связью через конденсатор Компаратор преобразует треугольные колебания, вырабатываемые интегратором, в прямоугольные. Компаратор играет роль ключа, управляющего интегратором. Для анализа работы схемы предположим, что на выходе имеет место высокий уровень Тогда выходной транзистор заперт, поэтому ток через резистор не течет. Приложенное к входу схемы управляющее напряжение вызывает протекание тока разряжающего конденсатор Величина этого тока при условии находится по формуле

Время разряда определяется соотношением

Приращение напряжения равно максимальному изменению напряже­ния на конденсаторе которое определяется разностью напряжений порогов переключения компаратора Эти пороги, в свою очередь, устанавливаются отношением При пороговые напряжения для компаратора могут быть приблизительно определены по формулам

а их разность

При = 100 кОм и =5.1 кОм эта разность составит примерно 1.5 В при = 30 В.

По мере разряда конденсатора выходное напряжение уменьшается до тех пор, пока не достигнет нижнего порога переключения компаратора после чего выходное напряжение этого компаратора станет близким к нулю. Компаратор в свою очередь переходит в низкое состояние на выходе, при котором выходной транзистор насыщен. Теперь ток потечет через резистор в общую шину. Величина этого тока определяется соотношением

Если

то ток окажется в 2 раза больше тока Это приведет к тому, что теперь конденсатор будет заряжаться током равным току разряда этого конденсатора в первом такте, но противоположным по направлению. Следовательно, напряжение на выходе станет нарастать с той же скоростью, с какой в первом такте снижалось. При достижении этим напряжением верхнего порога переключения компаратора схема вернется в первоначальное состояние и цикл повторится. Таким образом, на выходе схемы формируются симметричные прямоугольные колебания с коэффициентом заполнения 0.5. Частота этих колебаний может быть определена по формуле

Если построить эту схему на ИМС 1401СА1, то при =510пФ и = 30 В диапазон выходных частот составит 670 Гц...115 кГц при изменении управляющего напряжения в пределах 0.25 В...50 В. Для более низких частот следует выбрать емкость значительно большей, с тем, чтобы зарядные токи намного превышали входные токи компаратора. Конденсатор а также -цепочка, включенная параллельно входам компаратора обеспечивают его устойчивость в линейном режиме.

Логические элементы

Многие компараторы представляют собой логические схемы с широким диапазоном легко настраиваемых уровней. Это позволяет обеспечить более высокую помехоустойчивость по сравнению с обычными логическими элементами. Кроме того, разработчик может оказаться в ситуации, когда в корпусе многоканальной ИМС может остаться неиспользуемый компаратор, который можно включить как логический элемент с тем, чтобы не вводить дополнительную логическую микросхему^

Элемент И/И-НЕ

Трехвходовая схема И представлена на рисунке.

Схема И(ИЛИ) на компараторе

Делитель на резисторах и устанавливает опорное напряжение на инвертирующем входе компаратора

На неинвертирующий вход поступает сумма напряжений на логических входах поделенная делителями напряжения на резисторах и При равенстве сопротивлений входных резисторов напряжение на неинвертирующем входе равно

Если высокий уровень входных сигналов совпадает с напряжением питания схемы а низкий — с нулем, то (при наличии на входе двух сигналов высокого уровня из трех) необходимая величина опорного напряжения определяется неравенством

Если требуются равные запасы помехозащищенности «сверху» и «снизу»

С увеличением числа входов помехозащищенность схемы уменьшается, поэтому вместо резистивной входной цепи лучше включить обычную диодную схему И. В таком случае следует установить опорное напряжение равным половине Для преобразования этой схемы в И-НЕ достаточно поменять местами подключение входов компаратора. Для ускорения переключения можно ввести небольшой гистерезис.

Элемент ИЛИ/ИЛИ-НЕ

Трехвходовая схема ИЛИ может быть получена из схемы И простым уменьшением опорного напряжения, например за счет увеличения Если выполняется условие

то подача хотя бы на один из входов сигнала высокого уровня приведет к переключению компаратора. Практически следует выбирать параметры схемы, исходя из условия

Инверсия выхода для реализации операции ИЛИ-НЕ опять-таки может быть произведена простым взаимным переключением входов компаратора.

Стробирование выхода

Многие модели компараторов имеют выводы для подачи стробирующих сигналов. В случае если выходной каскад компаратора представляет собой транзистор с открытым коллектором или стоком, стробирование выхода может быть организовано очень просто.