Лекции / ЛЕКЦИЯ16_09нк
.pdf
16 ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ. ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ (ГЛИН)
(Сост. Никонов А.В.)
Генераторы ИМПУЛЬСНЫХ сигналов создают периодическую последова-
тельность импульсов какой-либо формы (прямоугольной, треугольной и т. п.).
Первый типичный представитель этой группы генераторо–
СИММЕТРИЧНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР.
Обычно его схема строится на основе операционного усилителя. В его схеме реализован компаратор с ПОС – то есть имеющий передаточную характеристику
с петлёй гистерезиса относительно нуля, рисунок 16.1.
U УС R
C
- |
выход |
+ |
U ВЫХ |
R 2 |
R 1
Рисунок 16.1 – Симметричный мультивибратор
Положительная обратная связь образована резистивным делителем R1,R2 с
коэффициетом передачи æ = R1/(R1 +R2).
За счёт этого на неинвертирующем входе ОУ образуется напряжение:
uНИ = UВЫХæ .
По инвертирующему входу включена времязадающая цепь RC.
Выходное напряжение ОУ заряжает конденсаторС через сопротивление
R, ИЛИ
конденсатор С перезаряжается через сопротивление R при изменении по-
лярности выходного напряжения ОУ.
Изменение напряжения на конденсаторе при перезаряде будет происходить
между значениями æU+ВЫХMAX и æU–ВЫХMAX .
При достижении указанных значений напряжения на конденсаторе, сраба-
тывает триггер Шмита и состояние его выхода меняется на противоположное,
рисунок 16.2.
U |
|
+ |
ВЫХ |
|
|
|
|
UВЫХMAX |
|
|
tИ =tИ2 |
0 |
tИ =tИ1 |
t |
|
|
- |
UНИ |
|
UВЫХMAX |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
æUВЫХMAX |
0 |
|
t |
|
|
- |
UС |
|
æUВЫХMAX |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
æUВЫХMAX |
0 |
|
t |
|
|
- |
|
|
æUВЫХMAX |
Рисунок 16.2 – Временные диаграммы работы симметричного мультивибрато-
ра
Обычно для ОУ равны между собой величины U+ВЫХMAX и U–ВЫХMAX.
Поэтому длительности импульса и паузывыходного сигнала такого муль-
тивибратора равны между собой:
tИ = tИ1 = tИ2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длительность |
импульса и частота выходного сигналаопределяются |
сле- |
||||||||||
дующими выражениями: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
æ |
R |
ö |
; |
|
|
|
1 |
|
|
. |
() |
|
ç |
|
1 |
÷ |
f |
|
|
|
|
|
|||
R |
|
|
|
|
R |
|
||||||
t И = t lnç1 + 2 |
2 |
÷ |
|
= |
æ |
|
ö |
|
|
|||
è |
|
ø |
|
|
|
ç |
1 + 2 |
1 |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2t lnç |
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
R2 ø |
|
||
Выходной сигнал НЕСИММЕТРИЧНОГО МУЛЬТИВИБРАТОРА отлича-
ется от сигнала симметричного мультивибратора тем, что tИ1 ¹ tИ2 .
Для этого вместо одной ветви с сопротивлениемR делают две ветви с раз-
личными сопротивлениями R3 и R4, что обеспечивает НЕОДИНАКОВЫЕ ПОСТОЯННЫЕ ВРЕМЕНИ t в интервалы времени tИ1 и tИ2 (постоянные време-
ни t1 и t2).
Заряд и перезаряд конденсатораС через ветви с различными сопротивле-
ниями обеспечены наличием вентилей на диодахVD1 и VD2, рисунок 16.3. За
счёт этого длительность импульса и паузы не равны между собой.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VD2 |
|
|
R4 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UУС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
U ВЫХ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
VD1 |
|
|
|
|
|
|
tИ1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
выход |
|
Т |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
tИ2 |
|
t |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R 2 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U ВЫХ |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 16.3 – Несимметричный мультивибратор |
||||||||||||||||||||
Частота |
|
следования импульсов несимметричного мультивибратора опреде- |
||||||||||||||||||||||
ляется: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
f = |
1 |
= |
1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
() |
||||||
|
t И 1 + t И 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Коэффициент передачи цепи обратной связиæ выбирается из условия мак-
симально допустимого напряжения по дифференциальному входуОУ uВХ Д MAX.
При UВЫХMAX примерно равном напряжению питания ОУ UП, выбирают:
æ £ uВХ Д MAX/2UП . |
() |
Резисторы мультивибраторов выбирают из условия не превышения мак-
симального выходного тока ОУ IВЫХMAX.
Этот ток состоит из трёх составляющих: ток во внешнюю нагрузку, в резистивный делитель
обратной связи и в цепь обратной связи, заряжающей конденсатор:
|
æ |
1 |
|
|
1 |
|
|
1 + c |
ö |
|
|
|
|
|
|
U |
ç |
|
|
|
|
÷ |
£ |
I |
|
. |
() |
||||
П ç |
R |
Н |
+ R |
+ R |
+ |
R |
÷ |
ВЫХMAX |
|
|
|||||
|
è |
|
1 |
|
2 |
|
|
ø |
|
|
|
|
|
||
Кроме этого, соблюдают условие – величины сопротивлений R и R1 долж-
ны быть в 3–5 раз меньше, чем входное сопротивление ОУ – это минимизирует
влияние ОУ на частоту генерации.
ВМЕСТО активного элемента на ОУ в генераторах различного типаможно использовать активный элемент на ДИСКРЕТНОЙ интегральной схеме. Такой
элемент выводится в линейный усилительный режим.
ЗАДАНИЕ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ элементов дискретных ИСпроводится раз-
личными способами, положительные и отрицательные стороны которых поясня-
ются рисунком 16.4 (величины сопротивлений указаны для ТТЛ ИС).
|
+Uп |
& |
|
& |
1,2¸1,7В |
||
& |
|||
|
|
1,9¸2к
Малая температурная стабильность и зависимость от нестабильности Uп
360¸1к
Лучший за счёт ООС по постоянному, но также уменьшается коэф-т усиления
&
Рекомендуется за счёт ФНЧ устраняется ООС по переменному току
Рисунок 16.4 – Задание рабочей точки элементов дискретной ИС
Оценочное значение коэффициента усиления по напряжению элементов ИС различных схемотехнических базисов следующие: КТТЛ » 26 дБ; КЭСЛ » 12 дБ;
ККМОП » 26 дБ.
Пример симметричного мультивибратора на ИС ТТЛприведён на рисун-
ке 16.5.
С DD1.2
DD1.1
& 
&
R - 390
DD1.3
& |
|
|
|
f МГц |
= |
1 ,2 |
|
|
|
||||
|
выход |
C [ нФ ] |
||||
Рисунок 16.5 – Симметричный мультивибратор на дискретной ИС
На рисунке 16.5 элемент DD1.1 является линейным усилителем, конденса-
тор С образует цепь обратной связи, а элемент DD1.3 – буферный (развязываю-
щий, согласующий) элемент.
Заменив в этой схеме конденсатор С на кварцевый резонатор, получим им-
пульсный генератор с очень малой нестабильностью частоты, примерно в ин-
тервале 10–5 – 10–6.
ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ(ГЛИН)
(также часто используется названиеГПН – генератор пилообразного напряжения)
формирует сигнал по форме очень близкий к прямой линии– это участок «пря-
мого хода».
Участок «обратного хода» сигнала много короче и зачастую нелинеен.
Основной параметр такого сигнала – коэффициент нелинейности:
e = U' ( 0 ) - U' ( t ПР ) ,
U' ( 0 )
где U’(0) и U’(tПР) – скорость изменения напряжения во времени (производная).
Схема ГЛИН приведена на рисунке 16.6. Суть работы генератора: во время прямого хода интегратор на ОУ интегрирует напряжение батареи UO, формируя на выходе линейный сигнал;
за время обратного ходаимпульсный генератор разряжает конденсатор интегратора, замыкая электронный ключ.
|
|
|
u |
|
|
tобр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
Um |
|
|
UО |
R |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
- |
tпр |
|
|
t |
|
|
выход |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
+ |
+ |
|
t |
t |
|
|
|
|
|
ò |
UO |
( t )dt |
|
|
|
u( t ) = - 1 |
0 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 16.6 – Схема ГЛИН |
|
|
|
||
Обратный ход линейно изменяющегося напряжения формируется за время tобр.
Это время действия импульсов с частотой следования fсл на ключ, через который конденсатор разряжается, а заряжается он во время отсутствия импульсов.
Входное опорное напряжение UО и постоянная времени t = RC определяют
мгновенное значение выходного напряжения.
Список использованных источников
3 Кликушин Ю.Н., Михайлов А.В. Электроника в приборостроении. Тексты лекций. - Омск: ОмГТУ, 2000.
7 Сергеев В.М. Электроника. Ч.1: Элементная база, аналоговые функциональ-
ные устройства: Учеб. пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 128 с.