-
Расчет параметров цепи
-
Расчет частоты генератора прямоугольных импульсов
– период
колебаний
Положим
и
,
а
,
тогда
–
частота
колебаний
-
Расчет RC – фильтра
Необходимо рассчитать частоту среза фильтра для выделения необходимой гармоники из прямоугольного сигнала.
Тогда
и
-
Расчет выходного сигнала со счетчика
Выходной
сигнал с счетчика – это сумма с выходов
Q1
и Q8,
при этом
и
так далее.
-
Разработка схемы в среде micro-cap 12
-
Схема на основе таймера 555 серии, счетчика CD4040B и ЦАП
Приведу пример изначальной схемы и выходного сигнала, чтобы были видны изменения между использованием цифровой микросхемы ЦАПа и схемой замещения R-2R. Построим в MICRO-CAP 12 схему по выбранному алгоритму. Полученная схема изображена на рисунке 16.
Рисунок 16 – Моделирование в Micro-Cap на основе цифровой микросхемы ЦАП
Рисунок 17 – Выходные сигналы с двух контрольных точек
-
Схема на основе таймера 555 серии, счетчика и ЦАПа (R-2R)
Рисунок 18 – Схема генератора в MICRO-CAP 12
Рассмотрим сигнал на разных участках схемы – out1 (выход с генератора прямоугольных импульсов) на рисунке 17, out – выход ОУ.
Рисунок 19 – Окно Transient Analysis Limits для выхода с ГПИ
Рисунок 20 – Выход с генератора прямоугольных импульсов
Рисунок 21 – Окно Transient Analysis Limits для точки «out»
Рисунок 22 – Сигнал с «out» (конечный выход схемы)
Если немного изменить номиналы схемы, то можно получить результаты гораздо качественнее этого.
Рисунок 23 – Параметры в Transient Analysis Limits
Рисунок 24 – Более качественный выходной сигнал
-
Схема на основе таймера 555 серии, ОУ и транзистора PNP
Гораздо проще сделать генератор пилообразного напряжения иным путем.
Рисунок 25 – Вторая схема генератора пилообразного напряжения в Micro-Cap 12
Рисунок – 26 Выходное напряжение в точке "out"
-
Моделирование
Так как у меня была такая возможность, прилагаю фотографию схемы на платке, с использованием Arduino nano.
Рисунок – 27 Arduino Nano + ЦАП на R-2R
Рисунок 28 – Пилообразный сигнал на осциллографе
-
Дополнительное задание в среде micro-cap 12
Рисунок 29 – Простейшая схема ГЛИН
Рисунок 30 – Анализ переходных процессов в точке out
Рисунок 31 – Простейшая схема ГЛИН (второй вариант)
Рисунок 32 – Анализ переходных процессов в точке out (второй вариант)
Приведенная выше схема проста в использовании, однако импульсы имеют неидеальную форму «пилы». Более высококачественные ГЛИН создают на основе операционных усилителей.
В таких генераторах коэффициент нелинейности можно сделать очень малым (меньше 0,01) и практически устранить влияние нагрузки генератора на форму импульсов.
Рисунок 33 – ГЛИН на ОУ
В схеме генератора пилообразного напряжения на ОУ есть тиристорный ключ Т в цепи обратной связи. Без тиристора схема представляет собой интегратор. В исходном состоянии тиристор заперт и конденсатор заряжается, напряжение на выходе ОУ растет практически по линейному закону до тех пор, пока выходное напряжение Uвых не сравняется с опорными напряжением Uоп, подаваемым на управляемый вход тиристора. В этот момент тиристор открывается, и конденсатор быстро разрежется через открывшийся тиристор почти до нуля (до напряжения, равного падению напряжения на тиристоре в прямом направлении). После разряда конденсатора тиристор снова закрывается, и цикл повторяется.