20.3 Генераторы линейно изменяющихся напряжений

Для получения напряжений пилообразной формы используются генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Их разделяют на генераторы линейно нарастающего и линейно падающего напряжения. В первом случае за время t, равное длительности прямого хода, происходит изменение генерируемого напряжения от минимума до максимума.

Рассмотрим принцип получения пилообразного напряжения. Закон изменения напряжения, близкий к линейному, можно получить на конденсаторе, если ток заряда или разряда будет постоянным.

Рассмотрим процессы заряда и разряда в схеме, приведенной на рисунке 20.5.

При размыкании ключа конденсатор Сначинает заряжаться от источника ЭДСЕ₀. Процесс заряда сопровождается нарастанием напряжения на конденсаторе С, длится в течении времени t, соответствует длительности прямого хода. Затем он прекращается замыканием ключа, а конденсатор разряжается (обратный ход).

Скорость нарастания напряжения на Сопределяется соотношением.

Если требуется обеспечить линейное изменение U_c(), то в соответствии с приведенным выражением зарядный ток должен быть постоянным. Но уменьшение напряжения на конденсатореСпроисходит по экспоненциальному закону:

.

Если требования к линейности очень велики, можно использовать схему, приведенную на рисунке 20.6.

Дифференцируем предыдущее выражение и получаем:

.

Если время tмного меньшеRCто:

,

то есть, если длительность прямого хода Т_пр много меньшеRC, то закон изменения напряжения на конденсатореСблизок к линейному.

20.3.1 Схема генератора линейного напряжения

Простейшая схема ГЛИН приведена на рисунке 20.7. В ней использован транзистор, работающий в ключевом режиме. В исходном состоянии выбором резистора R_Бобеспечивается ток базы, достаточный для насыщения. При этом напряжение U_к=U_c=0. В момент времени t на базу транзистора VT1 через конденсатор С_рподается отрицательный импульс прямоугольной формы. В результате этого транзистор переходит в режим отсечки. Конденсатор начинает заряжаться через резистор R_кот напряжения Е₀по экспоненциальному закону. В момент времени t₂импульс на входе заканчивается, транзистор переходит в режим насыщения и конденсатор С начинает разряжаться (рисунок 20.8).

20.4 Импульсные генераторы на основе операционных

усилителей

Гибкость и универсальность операционных усилителей (ОУ) позволяют строить на их основе различные автогенераторы, в том числе и импульсные. Схемотехника оказывается очень простой, а качественные показатели очень высокими.

20.4.1 Компаратор на операционном усилителе

Компаратор это устройство, которое вызывает выходной сигнал в момент равенства двух напряжений, подаваемых на его вход.

Схема простейшего двухвходного компаратора приведена на рисунке 20.9. На неинвертирующий вход подается опорное напряжение Е_оп, с которым сравнивается напряжение U_, подаваемое на инвертирующий вход. Когда U_= Е_оп, напряжение на выходе компаратора равно нулю.

20.4.2 Одновходовый компаратор

Одновходовый компаратор является неинвертирующим. Компаратор срабатывает, когда напряжение U₊переходит через ноль. Чтобы выполнялось условиеU₊ = 0, напряжения на входахU₁иU₂должны иметь противоположные знаки, поскольку:

,

тогда условие U₊= 0 выполнится при:

.

20.4.3 Триггер Шмитта на операционном усилителе

Схема инвертирующего триггера Шмитта на основе двухвходового компаратора приведена на рисунке 20.10. В нем в качестве опорного напряжения используется часть выходного напряжения:

.

То есть через делитель R₁R₂осуществляется положительная обратная связь. Триггер Шмитта позволяет преобразовать любые импульсы в прямоугольные.

Лекция №21

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ

Реле - это устройство, состояние которого изменяется сигналом при достижении входным сигналом определенного порогового уровня.

В настоящее время наиболее широко распространены контактные электромеханические реле, в которых электроэнергия преобразуется в сигналообразное механическое перемещение, вызывающе замыкание и размыкание контакта во внешней цепи.

21.1 Электромеханические реле. Общие сведения

и основные параметры

Основные параметры электромеханических реле:

• ток срабатывания I_сраб- минимальное значение тока в обмотке реле, при котором происходит срабатывание реле, то есть замыкание или размыкание контактов. Для обеспечения нормальной работы используют рабочий ток:

I_раб > (1,2 … 1,4)I_сраб.

По известному сопротивлению обмотки r_обмнаходят напряжение срабатыванияU_сраб:

.

Ясно, что I_срабзависит от числа витков обмотки ω_обм. Чем больше ω_обм, тем меньше токI_сраб, то есть тем более чувствительным является реле. У наиболее чувствительных реле число витков ω_обмдо десяти тысяч, а токI_срабменее 1 mA. Чувствительность выбранного типа реле можно повысить, включив обмотку реле в выходную цепь усилителя. Такое реле называется электронным. Его чувствительность определяется коэффициентом усиления каскада;

• ток отпускания I_отп - максимальный ток в обмотке, при котором происходит отпускание реле, то есть размыкание контактов. Ток отпускания меньшеI_сраб. ЧерезI_сраб и I_отп выражается коэффициентвозврата:

.

Обычно к=0,2 … 0,35;

• время срабатывания t_сраб. Время от момента подачи на обмотку скачка напряжения U до момента срабатывания реле. Времяt_сраб состоит из 2-х составляющих:

а) времени трогания t_трог– времени, за которое ток возрастает доI_сраб (то есть якорь реле остается неподвижным);

б) времени движения якоря t_ДЯ, за которое якорь совершает полное перемещение.

В электронных реле со слаботочными контактами t_трог порядка 10…30% отt_сраб. Для обеспечения требуемого быстродействияt_сраб должно быть минимальным. При автоматизации производственных процессов часто приходится сталкиваться с необходимостью включения или выключения автоматических цепей через определенный интервал времени после подачи управляющего сигнала. Реле, для которыхt_сраб>0,5 с называются реле времени. Время срабатывания такого реле называется временем выдержкиt_{выдержки};

• время отпускания t_отп – время, за которое реле приходит в исходное состояние при снятии напряжения в обмотке,t_сраб иt_отп определяются одинаковыми физическими процессами и поэтому

t_сраб ≈t_отп.