Электронные генераторы. Фильтры учебное пособие
.pdf
Рис. 3.34
Транзистор VT выполняет функцию коммутирующего элемента (ключа K). На вход этого ключа подается управляющий сигнал Uy, обеспечивающий включение и выключение ключа K.
Пауза. При наличии положительного импульса Uy на входе ключа транзистор VT находится в режиме насыщения (ключ включен), конденсатор С разряжен почти до нуля, т.е. это – пауза tп (tп = t1 – 0, t3 – t2, t5 – t4). Выходное напряжение во время паузы (в начале прямого хода) может быть установлено любым,
в пределах от +Uвых mах до −Uвых mах , подачей на инвертирующий вход напряжения E0. Для получения наибольшего размаха «пи-
лы» его устанавливают в точке 1 на уровне −Uвых mах, как показано на рис. 3.34,б, для чего надо на инвертирующий вход подать напряжение
E0 |
= |
−Uвых mах = |
Uвых mах |
. |
|
|
−R2 / R1 |
R2 / R1 |
|
Если Е0 = 0 , то Uвых(0) = 0, и в начале прямого хода выходное напряжение находится в точке 2 (начало штриховой ли-
211
нии). Необходимая величина E0 обычно задается с помощью делителя от + Еп (или от – EЭ).
Рабочий (прямой) ход. Прямой ход начинается после снятия управляющего импульса Uy в момент t1 (или t3). При этом транзистор VT закрывается (ключ K выключается) и начинается заряд конденсатора C (прямой ход). Принимая OУ идеальным (Kд= ∞, Rвх.д= ∞ , Iвх= 0 , Uд = U − −U + = 0 ), можно считать, что
U − = U + = U |
C |
, |
i |
= i , |
(3.77) |
|
|
1 |
ОС |
|
где U– , U+ – напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ.
С учетом (3.77) можно получить уравнение для токов по цепи отрицательной обратной связи (по инвертирующему входу):
E0 −UС |
= |
UС −Uвых |
, |
(3.78а) |
|
|
|||
R1 |
|
R2 |
|
|
из которого Uвых можно представить в следующем виде:
U |
вых |
= U |
С |
R1 + R2 |
− E |
R2 |
. |
(3.78) |
R |
|
|||||||
|
|
0 R |
|
|||||
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
Токи в цепи положительной обратной связи (по неинвертирующему входу) связаны соотношением
i |
= i |
− i = |
EЗ −UС |
− |
UС −Uвых |
. |
(3.79) |
|
|
||||||
С |
З |
4 |
R3 |
|
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Подставив выражение (3.78) в (3.79), а также заменив iC произведением C (dUС / dt ) , получим выражение для производной
dU |
С |
|
U |
С |
|
R |
|
−1 |
|
|
1 |
|
E |
З |
|
E |
R |
|
|
|
|
= |
|
|
|
2 |
+ |
|
|
+ |
|
|
|
− |
0 |
2 |
. |
(3.80) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 R4 |
||||||||||
dt |
|
|
|
C R1 R4 |
|
R3 |
|
C R3 |
|
|
||||||||||
Величина производной (3.80) зависит от соотношения слагаемых в первых скобках правой части: она может быть постоянной, или расти с ростом UС, или уменьшаться с ростом UС.
1. Если это выражение равно нулю, т.е.
212
|
|
R2 |
= |
|
1 |
или |
R2 |
= |
R4 |
, |
(3.81) |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
R1R4 |
|
|
|
R3 |
|
R1 |
|
R3 |
|
||||||
то производная постоянна: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
dUС |
|
= |
EЗ − E0 |
|
и γн = 0 ; |
(3.82) |
|||||||||
|
|
dt |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
C R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
UС = |
EЗ − E0 |
t , UС mах |
= |
EЗ − E0 |
tp . |
(3.83) |
|||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
|
C R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
C R3 |
|
||||||
Величину напряжения UС mах целесообразно выбрать в пре-
делах 0,3 … 1 В[3].
Форма напряжения – прямая. Из (3.83) также следует, что
EЗ > E0.
Для выравнивания входных сопротивлений по обоим входам ОУ для выполнения (3.81) выбирают
R1 = R3 , R2 = R4 . |
(3.81а) |
Для исключения влияния нестабильности входных сопротивлений OУ на работу ГПН выбирают [3]
R1 = R3 ≤ Rвх /(3...5) .
2. Если 1/ R3 > R2 /(R1 R4 ) , то производная (3.80) умень-
шается с ростом UC, а форма напряжения при прямом ходе будет выпуклой (γн > 0), т.е. произойдет недокомпенсация потерь по цепи ПОС.
3. Если 1/R3 < R2 /(R1 R4), то производная (3.80) будет увеличиваться с ростом UC, а форма напряжения будет вогнутой (γн < 0), т.е. произойдет перекомпенсация потерь по цепи ПОС.
213
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Босый Н. Д. Электрические фильтры/ Н. Д. Босый.− 4- е изд.− Киев: Техника, 1960.
2.Алексенко А.Т. Микросхемотехника: учеб. пособие для вузов / А. Т. Алексенко, И. И. Шагурин.− М.: Радио и связь, 1990.
3.Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре / В. Л. Шило. – 2- е изд., перераб. и доп.− М.: Сов. радио, 1979.
4.Забродин Ю. С. Промышленная электроника: учеб. для вузов / Ю. С. Забродин. − М.: Высш. шк., 1982.
5.Гусев В. Г. Электроника: учеб. пособие для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. − М.: Высш. шк., 1991.
6.Знаменский А. Е. Активные RC-фильтры / А. Е. Знаменский, И. Н. Теплюг. − М.: Связь, 1970.
7.Dual Universal Switched Capacitor Filter. – Режим досту-
па: http://www.maxim-ic.com.
8. Проектирование РЭУ на интегральных микросхемах
/под ред. С. Я. Шаца. − М.: Сов. радио, 1976.
9.Аналоговая и цифровая электроника: учеб. для вузов
/Ю. Ф. Опадчий [и др.]. − М.: Горячая линия – Телеком, 2002.
10.Челноков О. А. Транзисторные генераторы синусоидальных колебаний / О. А. Челноков. − М.: Сов. радио, 1976.
11.Бобров И. И. Физические основы электроники: учеб. пособие / И. И. Бобров; Перм. гос. техн. ун-т. − Пермь, 2005.
12.Справочник по импульсной технике / под ред. В. Н. Яковлева.− Киев: Техника, 1973.
13.General purpose Timers. – Режим доступа: http://www.
maxim-ic.com.
14. Бобров И. И. Усилители: учеб. пособие / И. И. Бобров; Перм. гос. техн. ун-т. − Пермь, 2003.
214
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
1. Избирательные усилители. Электрические фильтры............... |
3 |
1.1. Назначение избирательных усилителей............................. |
3 |
1.2. Резонансный усилитель ....................................................... |
5 |
1.3. Пассивные фильтры ........................................................... |
12 |
1.3.1. Фильтры нижних частот............................................. |
12 |
1.3.2. Фильтры верхних частот ............................................ |
22 |
1.3.3. Полосовые фильтры.................................................... |
28 |
1.3.4. Режекторные (заграждающие) фильтры ................... |
30 |
1.4. Активные фильтры............................................................. |
32 |
1.4.1. Активный ФВЧ............................................................ |
32 |
1.4.2. Активный ФНЧ............................................................ |
34 |
1.4.3. Активный ПФ.............................................................. |
35 |
1.4.4. Активный ПФ с равными частотами среза............... |
36 |
1.5. Фильтры с двойным Т-образным мостом......................... |
39 |
1.5.1. Пассивный двойной Т-мост........................................ |
39 |
1.5.2. Активные фильтры с двойным Т-мостом.................. |
42 |
1.6. Фильтры с мостом Вина..................................................... |
46 |
1.6.1. Пассивный мост Вина................................................. |
46 |
1.6.2. Активные фильтры с мостом Вина............................ |
54 |
1.7. Фильтры ПАВ..................................................................... |
58 |
1.7.1. Устройство и принцип действия................................ |
59 |
1.7.2. Получение заданного вида АЧХ................................ |
62 |
1.7.3. Достоинства и недостатки фильтров ПАВ................ |
63 |
1.8. Микроэлектронные фильтры............................................. |
64 |
1.8.1. Фильтр второго порядка на ОУ.................................. |
64 |
1.8.2. Переключаемый конденсатор .................................... |
68 |
1.8.3. Микроэлектронный активный фильтр....................... |
70 |
2. Электронные генераторы гармонических колебаний............. |
72 |
2.1. Общие сведения об электронных генераторах................. |
72 |
2.1.1. Общие сведения о генераторах гармонических |
|
колебаний............................................................................... |
73 |
2.1.2. Общие сведения об RC-автогенераторах .................. |
76 |
2.2. RC-автогенератор с мостом Вина...................................... |
77 |
2.3. RC-автогенератор с фазоповорачивающей цепочкой...... |
84 |
2.3.1. Генератор разновидности «R-параллель» ................. |
84 |
2.3.2. Генератор разновидности «С-параллель» ................. |
92 |
215
2.4. LС-автогенераторы............................................................. |
96 |
2.4.1. Особенности LС-генераторов..................................... |
96 |
2.4.2. Трансформаторный LC-автогенератор...................... |
98 |
2.4.3. Емкостная трехточка................................................. |
106 |
2.4.4. Индуктивная трехточка ............................................ |
113 |
2.5. LC-генераторы с отсечкой тока....................................... |
118 |
2.5.1. Схема LC-генератора с независимым |
|
возбуждением...................................................................... |
119 |
2.5.2. Процессы в цепи коллектора в режиме II рода....... |
121 |
2.5.3. Коэффициент полезного действия генератора ....... |
128 |
2.5.4. Цепь автоматического смещения............................. |
129 |
3. Импульсные электронные генераторы................................... |
133 |
3.1. Импульсные сигналы и их параметры............................ |
133 |
3.2. Транзисторные мультивибраторы................................... |
135 |
3.2.1. Общие сведения о мультивибраторах..................... |
135 |
3.2.2. Схема транзисторного МВ и ее работа.................... |
136 |
3.2.3. Период колебаний Т и полупериоды Т1, Т2............ |
142 |
3.3. Мультивибраторы на логических элементах................. |
144 |
3.3.1. Мультивибраторы на логических |
|
элементах ИЛИ– НЕ............................................................. |
144 |
3.3.2. Мультивибраторы на базе элементов И– НЕ........... |
150 |
3.3.3. Разновидности МВ– И– НЕ........................................ |
161 |
3.3.4. Быстродействующий мультивибратор на ЛЭ......... |
168 |
3.3.5. Одновибраторы.......................................................... |
170 |
3.4. Мультивибраторы на ОУ................................................. |
173 |
3.4.1. Схема мультивибратора на ОУ и ее работа............ |
173 |
3.4.2. Схема одновибратора на ОУ и ее работа................ |
176 |
3.5. Интегральные мультивибраторы..................................... |
177 |
3.5.1. Традиционные МВ– ИС............................................. |
177 |
3.5.2. Таймерные МВ– ИС................................................... |
180 |
3.6. Блокинг-генераторы......................................................... |
188 |
3.6.1. Транзисторный блокинг-генератор |
|
в автоколебательном режиме............................................. |
188 |
3.6.2. Транзисторный блокинг-генератор |
|
в заторможенном (ждущем) режиме ................................. |
194 |
3.7. Синхронизация блокинг-генераторов |
|
и мультивибраторов................................................................ |
195 |
216
3.8. Генераторы пилообразного напряжения (ГПН) |
|
или тока (ГПТ) ......................................................................... |
198 |
3.8.1. Пилообразные импульсы.......................................... |
198 |
3.8.2. Простейшие генераторы пилообразного |
|
напряжения.......................................................................... |
200 |
3.8.3. Токостабилизирующие двухполюсники ................. |
204 |
3.8.4. ГПН с эмиттерным повторителем............................ |
206 |
3.8.5. Микроэлектронные ГПН .......................................... |
208 |
Список литературы...................................................................... |
214 |
217
Учебное издание
Бобров Иннокентий Иванович
ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ. ФИЛЬТРЫ
Учебное пособие
Редактор и корректор Е.В. Копытина
Подписано в печать 20.03.2008. Формат 60 × 90/16. Набор компьютерный. Усл. печ. л. 13,75. Уч.-изд. л. 9,73. Тираж 100 экз. Заказ № 42/2008.
Издательство Пермского государственного технического университета.
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.
Тел. (342) 219-80-33.