Лекция 3. Генераторы периодического напряжения

Генераторы треугольного, прямоугольного и синусоидального напряжений представляют собой более сложные схемы на операционных усилителях, чем рассмотренные ранее.

Г енератор треугольного и прямоугольного напряжений (ГТН и ГПН), функциональная схема которого показана на рис.1, включает в себя интегратор И и релейный элемент РЭ, соединенные последовательно; причем между выходом РЭ и входом И существует обратная связь. На рис.2 показана принципиальная схема генератора.

П ринцип генерации заключается в следующем. За счет положительной обратной связи на вход интегратора подается выходное напряжение релейного элемента, которое может принимать только два значения: положительное значение напряжения питания + U или отрицательное значение напряжения питания –U. Допустим, на вход интегратора подано положительное напряжение + U. В этом случае интегратор будет вырабатывать линейно убывающее напряжение. Когда выходное напряжение интегратора достигнет отрицательного порогового значения –U_п, релейный элемент переключится и на его выходе будет отрицательное значение напряжения –U. Данное напряжение будет приложено также ко входу интегратора, который будет вырабатывать теперь уже линейно возрастающее напряжение. Когда выходное напряжение интегратора достигнет положительного порогового значения +U_п, релейный элемент снова переключится, и т.д. В процессе непрерывной генерации на выходе интегратора появится напряжение треугольной формы, а на выходе релейного элемента – прямоугольной формы.

Диаграммы выходных напряжений генератора показаны на рис.3.

П ринцип действия генератора синусоидального напряжения (ГСН), функциональная схема которого показана на рис.4, также основан на использовании обратной связи, но отрицательной. Схема генератора состоит из трех операционных усилителей, соединенных последовательно.

Все усилители реализуют модель инерционного звена (ИЗ). Цепочка из инерционных звеньев в сочетании с отрицательной обратной связью между выходом третьего и входом первого инерционного звена создает необходимые условия для генерации на выходе синусоидального напряжения. Электрическая схема генератора показана на рис.5.

Диаграммы выходных напряжений генератора показаны на рис.6.

Широтно-импульсный модулятор

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) представляет собой главный блок системы управления широтно-импульсного преобразователя.

ШИМ предназначен для преобразования аналогового сигнала в последовательность импульсов с изменяемой скважностью γ и постоянной частотой f . Скважность γ определяется как отношение длительности импульса выходного напряжения t_и к периоду выходного напряжения Т=t_и+t_п, где t_п – длительность паузы выходного напряжения ШИМ: γ= t_и /Т, (1)

где Т=1/ f .

Анализ выражения (1) показывает, что скважность γ прямо пропорциональна длительности импульса выходного напряжения t_и и может изменяться в пределах от 0 до 1.

На рис.1 показана функциональная схема ШИМ, где И – интегратор, РЭ - релейный элемент, К – компаратор.

На рис.2 показана электросхема, а на рис.3 - диаграммы работы ШИМ.

Компаратор К сравнивает напряжение генератора треугольного напряжения U_гтн с напряжением управления U_у и формирует на выходе разнополярные импульсы со скважностью, зависящей от напряжения управления. Между скважностью γ и напряжением управления ШИМ U_у существует пропорциональная зависимость γ=КU_у , где К – коэффициент пропорциональности, зависящий от амплитуды ГТН.