2.4 Принцип роботи блоку.

Відомо, що при генерації низькочастотних синусоїдальних коливань досить важко забезпечити стабілізацію амплітуди. Набагато простіше формувати за допомогою тригера Шмітта і інтегратора змінну напругу трикутної форми. Надалі трикутні коливання можна перетворити в синусоїдальні. Так як при цьому методі одночасно виходять трикутні, прямокутні і синусоїдальні коливання, можна привести схеми, які працюють на цьому принципі як генератори функцій. Структурна схема такого пмал.трою представлена на (мал. 2.14).

Принцип його дії полягає в тому, що на вхід інтегратора подається напруга постійної величини, позитивної або негативної полярності, залежно від того, в якому напрямку вхідна напруга інтегратора має змінитися. Коли вихідна напруга інтегратора досягає порогу включення і відповідно виключення тригера Шмітта, полярність напруги на вході інтегратора змінюється на протилежну. Наслідком цього буде поява на виході інтегратора напруги трикутної форми, розмах якого визначаться рівнями спрацьовування тригера Шмітта.

Малюнок 2.13. Структурна схема функціонального генератора.

Є дві різні можливості реалізації схеми, що відрізняються способом інтегрування. У схемі на (мал. 2.14) на вході інтегратора встановлюється залежно від положення аналогового ключа постійна напруга + Ue або -Ue. У схемі на (мал. 2.15) точки +Ie і, відповідно, -Ie через аналоговий ключ заряджають конденсатор С. Внаслідок цього, формується лінійно, змінюється в часі підйом, і, відповідно, спад напруги. Напруга трикутної форми, яка вирізняється на конденсаторі, як правило, потребує перетворювача повних опорів. Перевага цього методу полягає ще й у тому, що для більш високих частот можна легше реалізувати перетворювач повних опорів і перемикач струму.

Малюнок 2.14. Функціональний генератор з інтегратором.

Малюнок 2.15. Функціональний генератор з джерелом постійного струму.

2.5. Практична реалізація.

Найпростіше застосування розглянутого на (мал. 2.14) принципу побудови генератора полягає у використанні в якості вхідної напруги інтегратора вихідної напруги тригера Шмітта. Така схема показана на (мал. 2.16). Вона характеризується наступними основними характеристиками.

- Частота:

- Амплітуда:

Тригер Шмітта видає постійну величину вихідної напруги, яка інтегрується інтегратором. Якщо його вихідна напруга перевищує рівень спрацьовування тригера Шмітта, останній негайно перемикається і змінює знак UR. Внаслідок цього зміна полярності напруги на виході інтегратора в протилежному напрямку призводить до перемикання тригера в зворотній стан. Щоб позитивний і негативний рівні результуючого сигналу були однакової величини, компаратор повинен володіти максимально симетричним вихідною напругою

± UR max. Тоді для коливань трикутної форми їх амплітуда складе:

(2.5)

Період коливань повинен дорівнювати чотириразовому відрізку часу, коли інтегратор змінює вихідна напруга від нуля до. При цьому воно буде дорівнювати:

(2.6)

Мал. 2.16. Схема простого функціонального генератора.

Генератор характеризується наступними основними характеристиками:

- Частота:

- Амплітуда:

Керований перемикач струму складається з транзисторів Т1 ... Т2. До тих пір поки керуючий сигнал має низький рівень (х = L), конденсатор С буде розряджатися струмом I через транзистор Т1. Коли напруга трикутної форми подолає значення -1В, перекидається прецизійний тригер Шмітта, реалізований за схемою, наведеною на (мал. 2.17), і керуючий сигнал приймає високий рівень (х = Н). Внаслідок цього Т3 закрив ається, і генератор струму на транзисторі Т2 включається. Він створює подвоєний струм через Т1, а саме 2I. Конденсатор С заряджається струмом I без необхідності вимикання транзистора Т1.

Коли напруга трикутної форми перевершить верхній рівень спрацьовування

+ 1В, тригер Шмітта повертається в стан, при якому х = L, і конденсатор С буде знову розряджатися. Для реалізації прецизійного тригера Шмітта призначений подвійний компаратор NE521 фірми Sighntics, оскільки обидва вже містять необхідні вентилі. Крім того, цей компаратор має малий час перемикання, всього близько 8 нс, що дає можливість генерації частот аж до декількох мегагерц. Перетворювач повних опорів на (мал.2.15) необхідний тільки тоді, коли потрібно подавати напругу трикутної форми на низькоомне навантаження. Підключення в схемі компаратори практично не спотворюють напруга трикутної форми.

Малюнок 2.17. Швидкий функціональний генератор з перемикачем струму і компаратором високої точності.