Глава 11 генераторы сигналов специальной формы

Генераторы находят применение в измерительной технике, в моделирующих и решающих устройствах, в системах кодирования и декодирования сигналов. С помощью этих сигналов осуществля­ются настройка и коррекция узлов приемных устройств. В частности, они могут служить для управления частотой гетеродинов.

Применяются они и в качестве опорных сигналов при выделении полезного сигнала из шумов.

Сигналы специальной формы можно формировать двумя спосо­бами: дискретным и аналоговым. Дискретный способ формирования основан на импульсных схемах, которые формируют весовые токи или напряжения. Суммирование весовых величин в определенной последовательности позволяет получить сигналы любого вида. Ана­логовый способ формирования различных сигналов значительно про­ще дискретного, но его возможности значительно ограничены. Этот способ применяется в основном при формировании сигналов тре­угольного и трапецеидального вида. Эти сигналы получили наиболь­шее распространение. Существует большое число устройств, формирующих эти сигналы. Многие из схем обладают малым коэффици­ентом нелинейности. В наиболее совершенных устройствах коэффи­циент нелинейности составляет десятые доли процента. В основу их положен принцип заряда конденсатора постоянным током. Слож­ность схемы определяется линейностью выходного сигнала. Очень часто схемы должны обеспечивать достаточно большой ток в на­грузке. Так, в телевизионных отклоняющих системах ток должен быть более 1 А. Схемы включения ОУ, которые применяются в уст­ройствах, можно найти в гл. I.

1. Импульсные генераторы

Формирователи с генератором тока. Управляемые генера­торы пилообразного сигнала (рис. 11.1) используют заряд конден­сатора от генератора постоянного тока. В первой схеме генератор построен на биполярном транзисторе, а во второй — на полевом. Коллекторный ток биполярного транзистора определяется резисто­ром R3 и опорным напряжением стабилитрона VD1. Амплитуда вы­ходного сигнала определяется выражением U = Iк/fС, где f — ча­стота импульсов входного сигнала. Максимальная амплитуда вы­ходного сигнала будет равна 4 В. Для увеличения амплитуды необ­ходимо увеличить напряжение источника питания. Во второй схеме ток полевого транзистора определяется Iс= (Uo/R₁)C, где Uo — пороговое напряжение полевого транзистора.

Генераторы на однопереходном транзисторе. Простым генера­тором пилообразного напряжения является -схема, построенная на однопереходном транзисторе (рис. 11.2, а). Пилообразное напряже­ние формируется на конденсаторе С1. Зарядный ток конденсатора определяется резисторами R3 и R4. При изменении емкости конден­сатора С1 от 1 мкФ до 200 пФ частота повторения импульсов ме­няется от 10 Гц до 200 кГц. С помощью резистора R3 частоту импульсов можно менять в 50 раз. Коэффициент нелинейности пилообразного напряжения менее 10%.

Для получения сигнала пилообразной формы с линейностью око­ло 1 — 3% следует применять схему рис. 11.2,6. В этой схеме кон­денсатор С1 заряжается от генератора тока, собранного на тран­зисторе VT2. Управление зарядным током осуществляется рези­стором R3.

Рис. 11.1

Рис. 11.2

На рис. 11.2, в изображена схема генератора, на выходе кото­рого формируется спадающее пилообразное напряжение. Заряд кон­денсатора С1 осуществляется через резистор R3 и диод VD1. Транзисторы VT1 и VT2 в это время закрыты. При определенном напряжении на конденсаторе открывается транзистор VT1 и закры­вается диод. На резисторе R2 появляется напряжение, которое открывает транзистор VT2. Через этот транзистор начинает проте­кать ток, который линейно разряжает конденсатор. Напряжение на конденсаторе падает. К концу разряда диод открывается, ток эмит­тера транзистора VT1 уменьшается и рабочая точка, расположен­ная на падающем участке вольт-амперной характеристики, стано­вится нестабильной. Это вызывает регенеративный процесс умень­шения тока и быстрое выключение транзистора. После этого про­цесс повторяется.

Если вместо резистора R3 на рис. 11.2, в поставить генератор тока, как показано на рис. 11.2,6, то можно получить выходной сигнал треугольной формы. В этой схеме заряд и разряд конденса­тора осуществляется генераторами тока. Плавно меняя зарядные и разрядные токи с помощью резисторов R3 и R4, можно менять фронт сигнала.

Генераторы на лавинных транзисторах. Для получения сигна­лов пилообразной или треугольной формы можно применять схемы, в которых управляющим элементом является транзистор, работаю­щий в режиме лавинного пробоя. В схемах на рис. 11.3 применены транзисторы интегральной микросхемы К.101КТ1А.

На рис. 11.3.а приведена схема генератора сигнала треугольной формы. В этой схеме транзисторы используются в инверсном вклю­чении. На выходе формируется сигнал с амплитудой 4 — 5 В и частотой 7 кГц. Другая схема, рис. 11.3, б, используют нормальное вклю­чение транзисторов. Амплитуда выходного сигнала может доходить до 60 В при частоте 100 кГц. В этих схемах происходит поочеред ное включение транзисторов. Конденсатор поочередно заряжается через резисторы R1 и R2. Высокая идентичность параметров тран­зисторов позволяет получить хорошую симметрию треугольного сигнала.

Рис. 11.3

Для получения сигналов ступенчатой формы можно применить схемы, изображенные на рис. 11.3, в, г. На рис. 11.3, г изображен управляемый генератор, который формирует сигнал при поступлении на вход отрицательного импульса. Этот импульс закрывает нижний транзистор. Верхний транзистор, включенный в инверсном режиме, открывается, когда на конденсаторе С1 напряжение возрастет при­мерно до 8 В. В результате открывания верхнего транзистора про­исходит заряд конденсатора С2. Когда потенциалы этих конденса­торов сравняются, верхний транзистор закроется. Такой процесс происходит до тех пор, пока на конденсаторе С2 напряжение будет меньше пробоя нижнего транзистора. Нижний транзистор включен в нормальный режим, и его потенциал пробоя лежит в районе 40 В. При этом напряжении нижний транзистор открывается и разря­жает конденсатор С2. На выходе формируется сигнал ступенчатой формы: амплитуда около 20 В, частота следования сигнала 2,5 кГц, длительность ступеньки 20 мкс, время нарастания 1 мкс, число сту­пенек 20.