1.3. Глин на операционном усилителе

П ри введении в схему инвертирующего усилителя на ОУ частотно-зависимой отрицательной параллельной обратной связи по напряжению схема становится интегратором с пилообразным сигналом на выходе (рис. 6.10). Иногда такой генератор называют компенсационным генератором с ООС.

При действии на входе схемы постоянного напряжения с амплитудой U_ЗАП происходит его интегрирование, и выходное напряжение изменяется по линейному закону:

.

На нелинейность выходного сигнала оказывают влияние следующие факторы:

а) конечная величина коэффициента усиления ОУ ;

б) неидеальная величина входного сопротивления ОУ ;

в) наличие токов утечки в конденсаторе.

Перечисленные факторы создают непостоянство тока в конденсаторе при заряде-разряде, и от них зависит величина нелинейности выходного напряжения:

.

Оптимальное время рабочего хода равно: .

Е сли на выходе схемы требуется амплитуда сигнала меньше, чем напряжение источника питания ОУ, то применяется схема с заданным коэффициентом усиления входного сигнала (рис. 6.11).

Цепь отрицательной обратной связи ОУ будет представлять

собой комплексное сопротивление со значением .

Изображение коэффициента передачи по напряжению в операторной форме для схемы на рис. 57 запишется как:

.

Данному изображению будет соответствовать оригинал, выраженный через начальное значение коэффициента передачи:

.

Выходное напряжение будет изменяться согласно выражению:

.

Так как величина R₁, кроме амплитуды выходного напряжения, определяет величину входного сопротивления схемы, то изменение достигается изменением других составляющих. При этом всегда следует иметь в виду, что амплитуда напряжения на выходе схемы не может превышать напряжения источников питания ОУ.

1.4. Автогенератор с компаратором

Н а основе компаратора и интегратора, реализованных на базе ОУ, можно построить схему генератора ЛИН (рис. 6.12).

В схеме компаратора на элементе DA1 положительная обратная связь осуществляется через резистор R₃. На элементе DA2 выполнена схема интегратора, с выхода которого снимается ЛИН. Элементы DA1 и DA2 охвачены отрицательной обратной связью через резисторы R₃-R₄, с глубиной равной и позволяющей изменять рабочую частоту ЛИН.

Работа схемы происходит следующим образом.

При включении в момент времени на выходе элемен-

та DA1 устанавливается напряжение , диод VD открывается, и происходит зарядка конденсатора С в схеме интегратора с постоянной времени .

На выходе схемы интегратора напряжение будет изменяться почти по линейному закону вследствие большого значения τ_ЭКВ,

определяемого коэффициентом усиления ОУ :

К моменту времени t₁ это напряжение достигнет значения:

.

Одновременно изменяется напряжение в узле "А" от значения, определяемого как: до ,

где - коэффициент токораспределения.

Когда оно станет равным нулю, произойдёт переключение схемы компаратора и на его выходе установится напряжение .

Из условия находится длительность импульса в интервале 0-t₁: . Подставив его значение в выражение для , получим:

.

Начиная со времени t₁ до t₂ будет происходить перезарядка конденсатора С от напряжения до при закрытом диоде VD с постоянной времени . В результате будет изменяться напряжение на выходе ГЛИНа, и к напряжению в узле "А" равному:

добавится изменение напряжения на выходе схемы , определяемое при перезарядке конденсатора:

.

Приравняв , найдём длительность импульса в интервале t₁–t₂:

, откуда

,

который будет определять длительность рабочего хода , так как постоянная времени .

Подставим полученное значение в выражение и получим значение величины выходного напряжения:

.

Аналогично определим длительность импульса на временном участке t₂-t₃.

После переключения компаратора DA1 в момент времени t₂ напряжение будет равно:

.

К этому напряжению добавится изменение на выходе схемы при перезарядке конденсатора С от изменения выходного напряжения компаратора с на :

.

Складывая и и приравнивая полученное выражение к нулю, получаем значение для , которое равно :

Ему соответствует величина выходного напряжения:

.

Сложив полученные значения и для моментов времени t₂ и t₃, получим амплитудные изменения выходного напряжения ГЛИНа:

,

значение которого при равенстве по абсолютной величине напряжений будет равно .

На рис. 6.12 изображены временные диаграммы работы автоколебательного генератора ЛИН.

Частота колебаний генератора определяется с момента времени t₁ по t₃, когда на выходе окончательно установятся колебания, и которая с учётом глубины обратной связи æ будет определяться выражением:

.

Так как изменения напряжений в узле "А" зависят от глубины обратной связи æ, то, изменяя сопротивление резистора R₃, и R₄, можно изменять частоту колебаний генератора линейно изменяющегося напряжения.

Если изменить порядок (полярность) включения диода VD, на выходе схемы вместо напряжения линейно нарастающей формы получим линейно падающее напряжение.

Нелинейность выходного напряжения будет определяться выражением для К_Н схемы интегратора, рассмотренного ранее, и будет зависеть от величины коэффициента усиления ОУ .