Разработка принципиальной схемы Генератор трапецеидального сигнала 1

Генератор трапецеидального сигнала состоит из трех каскадов: тактового генератора, ждущего мультивибратора и интегратора.

Тактовый генератор представляет собой автоколебательный мультивибратор, формирующий на выходе прямоугольные сигналы. Он выполнен на операционном усилителе DA1. Основное назначение тактового генератора – задавать частоту следования импульсов, изменяющуюся в диапазоне 2-5 кГц. Изменения частоты можно добиться путем изменения сопротивления R1 в цепи обратной связи генератора.

Прямоугольный сигнал будет иметь амплитуду ± 10 В, т.к. у ОУ КР574УД2 (DA1) выходное максимальное напряжение имеет амплитуду

±10 В. Это необходимо для того, чтобы в дальнейшем треугольный сигнал можно было преобразовать в трапецеидальный с амплитудой, достаточной для срабатывания логического элемента.

Далее следует ждущий мультивибратор, выполненный на операционном усилителе DA2. Он необходим для формирования прямоугольного импульса постоянной длительности в 100мкс вне зависимости от частоты тактового генератора. Таким образом можно добиться изменения скважности сигнала. Для улучшения характеристик одновибратора, а именно для уменьшения времени готовности поставим параллельно конденсатору C2 в цепи отрицательной обратной связи диод VD1 в обратном включении. Длительность выходного сигнала задается резистором R4.

Амплитуда выходного сигнала будет также равна ± 10 В, так как DA2 реализован на ОУ КР574УД2.

Однократным интегрированием сигнала прямоугольной формы можно получить сигнал треугольной формы. На основе операционных усилителей можно строить практически идеальные интеграторы, на которые не распространяется ограничение U_вых<< U_вх. Треугольный сигнал будет иметь амплитуду ± 10 В, т.к. у ОУ КР574УД2 (DA3) выходное максимальное напряжение имеет амплитуду ± 10 В.

Для последующего срабатывания логического элемента необходим импульс амплитудой5 В. Усечения трапецеидального сигнала можно добиться путем включения в цепь ООС параллельно конденсаторуС4источника напряжения номиналом в5 В. Так как эквивалентной схемой замещения диода является источник напряжения в0,7 В, то необходимого порога можно добиться путем последовательного соединения восьми диодов (VD2-VD9). Таким образом при превышении входным напряжением порога в5,6 В, интегратор превращается в усилитель с нулевым коэффициентом усиления, то есть напряжение на выходе интегратора не превышает порогового напряжения. Наличием такого порога также решается задача помехоустойчивости, так как он позволяет игнорировать паразитные пульсации напряжения.

Ниже объясняется способность такой схемы интегрировать. Емкость С определяется как , гдеQ – электрический заряд; U – напряжение. Отсюда следует, что Q = CU изменение заряда за единицу времени, т.е. ток через конденсатор С равен (3-1). Если операционный усилитель близок к идеальному (т.е. в ОУ ток не втекает)K à ¥, U_d»0, то i_R = i_C. Из соотношения (3-1) получается:

.

Так как U_C = U_вых, то

.

Разрешая это выражение относительно dU_вых

,

а проинтегрировав его, получается:

(3-2).

Пределами интегрирования в уравнении (3-2) являются моменты времени t₁ и t₂, т.е. начало и конец интервала времени наблюдения сигнала.