3.5. Функциональные генераторы
Для формирования управляемых сигналов различной формы, а также для формирования синусоидальных сигналов при минимальных искажениях, особенно в области низких и инфранизких частот, используют так называемые функциональные генераторы (рис. 3.12).
Рис. 3.12. Блок-схема функционального генератора.
Схемотехника построения генераторов прямоугольных и треугольных импульсов была рассмотрена выше.
На рис. 3.13 показан вариант принципиальной схемы цепочки триггер Шмитта – интегратор, охваченный общей обратной связью.
Рис. 3.13. Схема электрическая формирования прямоугольных и треугольных импульсов.
В этой схеме на операционном усилителе А1 собран триггер Шмитта, а на А2 – генератор треугольных импульсов. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера, напряжение на его выходе UП скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе генератора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера. Изменяя постоянную интегрирования RC, можно перестраивать частоту формируемого напряжения в широком диапазоне. Амплитуда треугольного напряжения UT зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта, который определяется выражением
,
где
– напряжение насыщения операционного
усилителя.
Период колебания импульсов этой схемы определяется выражением
.
Формирователи синусоидальных сигналов обычно выполняются по схемам нелинейных функциональных преобразователей, например на основе аналоговых перемножителей. Если частота работы генератора постоянна, то в качестве формирователя может быть использован фильтр нижних частот, настроенный на пропускание только первой гармоники треугольного сигнала.
В качестве конкретного примера рассмотрим варианты реализации функционального генератора, использованного в аппарате для рефлексотерапии типа «Эллада-7» (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Схема электрическая функционального генератора прибора «Эллада-7».
В этой схеме цепочка триггер Шмидта – генератор треугольных импульсов, называемый генератор-формирователь (ГФ), собран на основе классической схемы генератора линейно изменяющегося напряжения с двумя основными цепями обратной связи. При этом на операционном усилителе А1 собран интегратор, а на А2 – генератор прямоугольных импульсов с положительной обратной связью через резистор R4. Операционные усилители А1 и А2 генератора-формирователя охвачены общей отрицательной обратной связью через сопротивление R1. Для формирования «почти» синусоидальных сигналов в схему ГФ включен нелинейный преобразователь, выполненный на транзисторе VT1. период следования сигнала определяется величиной емкостей (С1…С11), включаемых в цепь обратной связи А1 переключателем S. Скважность вырабатываемых импульсов регулируется сопротивлением R2.
Ряд фирм производит функциональные генераторы в интегральном исполнении, например, микросхему MAX038, которая генерирует синусоидальный сигнал, треугольные и прямоугольные импульсы с частотой, изменяющейся в диапазоне 0.1 Гц÷20 МГц. Синусоидальные сигналы имеют коэффициент гармоник не более 0.75%.