4.3 Генератор лінійно-наростаючої напруги

Операційний підсилювач можна використовувати для генерації сигналів напруги не тільки прямокутної форми, а також і лінійно-наростаючої, трикутної, пилкоподібної та багатьох інших форм сигналів. Схеми, що генерують сигнал лінійно наростаючої, трикутної чи пилкоподібної форми, мають одну загальну рису: усі вони містять конденсатор, що заряджається постійним струмом. Розглянемо схему рис. 4.5,а, у якій ключ замикається в момент часу t = 0 і струм І заряджає конденсатор С. Щоб одержати напругу на конденсаторі, виражену через струм, введемо спочатку співвідношення між струмом, величиною заряду конденсатора і часом:

або (4.6)

Напруга на конденсаторі зв'язана із зарядом Q та ємністю С наступним рівнянням:

(4.7)

Підставивши (4.6) у (4.7) з метою виключення з них Q, одержимо:

(4.8)

де Uc вимірюється у вольтах, t - у секундах, І — в амперах, а С — у фарадах.

а б

а – схема заміщення,

б – вихідна характеристика

Рисунок 4.5 - Схема і залежність заряду конденсатора постійним струмом

Якщо значення І та С нам відомі і постійні, то напруга на конденсаторі Uc буде прямопропорційна часу, що пройшов з моменту замикання ключа.

Значення Uc неперервно показує, який заряд накопичений на конденсаторі. Наприклад, через 1 с після замикання ключа Uc = 1В. Кожну наступну секунду напруга на конденсаторі стає на 1 В більшою. Таким чином, Uc фактично підсумовує напругу за весь досліджуваний період часу і є сумарною напругою. Ось чому така схема називається інтегратором. Форма Uc з постійним нахилом (наростанням чи спадом) є основою для генерації багатьох корисних для керування сигналів. Для одержання генератора одиночного сигналу лінійно-змінної напруги, використаємо ОП.

4.4 Генератор лінійно-змінної напруги

Замінимо джерело струму на рис. 4.5,а генератором вхідної напруги Евх, резистором Rвх і операційним підсилювачем, як показано на рис. 4.6. Напруга Евх і резистор Rвх задають струм І=Евх/Rвх. Підставивши це значення І у (4.8), одержимо Uвих, виражене через Евх і час t:

(4.9)

де Rвх вимірюється в омах, Свх - в фарадах, t - у секундах, a Uвих і Евх - у вольтах.

Знак мінус у рівнянні (4.9) відображає той факт, що Евх прикладена через Rвх до входу (-) ОП. Слід зазначити, що напруга на конденсаторі Uc дорівнює Uвих, так що струм в навантаження у цій схемі буде надходити з вихідного контакту ОП, а не через конденсатор.

а б

а – схема генератора,

б – вихідний сигнал

Рисунок 4.6 - Генератор лінійно-змінної напруги на ОП

Схема на рис. 4.6 володіє двома недоліками. Перший, і найбільш очевидний, полягає в тому, що Uвих може змінюватися в від'ємному напрямку тільки до рівня -Uнac. Другий, не настільки явний недолік схеми — те, що Uвих не залишається рівною 0 В при Евх = 0 В. Причиною тому є неминуча наявність невеликих струмів зсуву ОП, що будуть заряджати конденсатор. Один зі способів запобігти заряду конденсатора — замкнути його накоротко. При цьому Uc і Uвих будуть залишатися на рівні 0 В. Щоб повторити процес одержання лінійно-спадаючого сигналу, потрібно просто розімкнути це короткозамкнене коло.

Якщо нам необхідний сигнал з додатним нахилом (лінійно-наростаючий сигнал), досить змінити полярність Евх. Описаний вище принцип роботи генератора одиничного сигналу з лінійно-змінною формою, знадобиться при створенні схем з регульованим інтервалом затримки.