3 Выбор и обоснование структурной схемы

В пункте 1 мы обосновали необходимость разработки ГЛИН по данным ЗКП, рассмотрим теперь его принципы работы и варианты реализации структурной схемы.

Как видно из рисунка – 1 ГЛИН работает в ждущем режиме, т.е. при появлении на входе устройства запускающего импульса генератор развертки начинает вырабатывать пилообразное напряжение для отклонения луча по горизонтали. Таким образом, при наличии на входе ГЛИН запускающего импульса и в зависимости от дискретной регулировки на выходе устройства должны иметь пилообразное напряжение заданной длительности.

Основным принципом создания ЛИН, получившим в настоящее время наибольшее распространение, является принцип заряда (разряда) конденсатора током неизменным в течении времени прямого хода. При построении схем ГЛИН по этому принципу стремятся обеспечить постоянство зарядного разрядного тока, и принципиальные схемы отличаются только способами стабилизации. Иногда используются ЛИН ступенчатой формы, которые реализуются на базе ЦАП (в частности, матрицы R – 2R).

Проанализируем несколько способов реализации ГЛИН на базе ЦАП и выберем оптимальный для выполнения ЗКП.

Рассмотрим структурную схему изображенную на рисунке – 3.1, и разберем принцип ее работы [ 3 ].

Рисунок – 3.1 Структурная схема ГЛИН первого варианта

Принцип работы этой схемы заключается в формировании импульсов заданной длительности при помощи делителей с переменным коэффициентом деления.

При поступлении на вход ГТИ запускающего сигнала генератор начинает формировать прямоугольные импульсы высокой частоты (порядка 150 МГц). При такой большой частоте необходимо добиться стабильности генератора, для этого желательно использовать кварцевый резонатор. С выхода ГТИ высокочастотный сигнал поступает на вход ДПКД, который позволяет преобразовывать сигнал с нужной дискретностью. В зависимости от подаваемого на ДПКД кода на выходе будем получать прямоугольные импульсы длительностью от 2 до 200 мкс с дискретностью определяемой частотой ГТИ. При правильном выборе частоты ГТИ такой метод позволяет получать импульсы с дискретностью 2 мкс. С выхода ДПКД сигнал поступает на устройство счета, которое производит пересчет кода поделенной частоты. Устройство счета удобнее всего реализовать на двоичных счетчиках. Параллельный код с выхода устройства счета поступает на ЦАП (резистивную матрицу типа R - 2R), формирующий в зависимости от кода линейно изменяющееся напряжение ступенчатой формы. При большой разрядности ЦАП выходное напряжение можно считать линейным, т.к. по качеству оно приближается к аналоговому сигналу. Для большей линейности на выходе схемы лучше поставить сглаживающий фильтр, который может быть реализован на операционном усилителе. На выходе принципиальной схемы мы получим пилообразное напряжение удовлетворяющее параметрам ЗКП.

Нестабильность и коэффициент нелинейности выходного напряжения данной структурной схемы будет определяться разрядностью ЦАП, остальные элементы будут оказывать незначительное влияние при соблюдении определенных условий.

Рассмотрим еще один из способов реализации ГЛИН на базе ЦАП.

Принцип работы этой схемы отличается от первой лишь методом получения сетки частот прямоугольных импульсов, а далее схема повторяет уже рассмотренную. Меандр поступает на устройство счета (СУ), с выхода которого снимается код счета и подается на ЦАП, где в зависимости от кода формируется линейно изменяющееся напряжение ступенчатой формы с выхода ЦАП, ЛИН поступает на сглаживающий фильтр (СФ).

Рисунок – 3.2 Структурная схема ГЛИН второго варианта

Рассмотрим, чем же принципиально отличается эта схема от схемы изображенной на рисунке – 3.1.

Принцип работы этой схемы заключается в преобразовании уровня напряжения в импульсы прямоугольной формы.

Как видно из схемы на рисунке – 3.2 на ЦАП подается двоичный код, если код постоянно присутствует на входе до его изменения, то на выходе преобразователя будем получать различные уровни напряжения в зависимости от поданного кода. Идея преобразования этого напряжения (U1) в о временной интервал основана на сравнении в компараторе напряжений (КН) U1 и некоторого опорного напряжения Uоп, обычно линейно изменяющегося, и фиксации момента равенства упомянутых напряжений.

Опорным напряжением в КН является пилообразное напряжение длительностью более 200 мкс (с линейным изменением напряжения во время рабочего хода).

Ждущий мультивибратор (ЖМВ) вырабатывает периодически повторяющиеся прямоугольные импульсы U2, длительность которых tи определяет длительность рабочего хода пилообразного напряжения Uоп. В моменты равенства амплитуды входных сигналов или уровня входного медленно изменяющегося напряжения создается перепад напряжения на выходе компаратора. Таким образом напряжение U3 представляет собой прямоугольные импульсы, модулированные по длительности.

Длительность импульсов U2 мультивибратора и, значит, длительность рабочего хода должна быть достаточно большой с там, чтобы ЛИН успело возрасти до максимально ожидаемого уровня входного напряжения. Точность преобразования уровня входного напряжения во временной интервал (длительность импульсов U3) зависит от параметров компаратора и, естественно, от степени линейности пилообразного напряжения.

Нестабильность и коэффициент нелинейности выходного напряжения данной структурной схемы будет определяться теми же параметрами, что и в схеме рассмотренной выше, а именно разрядностью ЦАП, остальные элементы будут оказывать незначительное влияние при соблюдении определенных условий.

Из описанных параметров блоков структурных схем видно, что схема реализованная на ДПКД более подходит для выполнения параметров ЗКП. Принципиальная схема, реализованная по данной структурной, будет содержать меньше элементов (более дешевая). Настройка схемы, изображенной на рисунке – 3.1 более проста, т.к. здесь в ней нуждается только ГТИ, а в другой схеме необходимо тщательно настроить цепь формирования опорного напряжения, что является более сложной задачей. Также для реализации схемы на рисунке – 3.2 сложно будет подобрать элементную базу из-за большой частоты.

Исходя из этого возьмем для реализации ГЛИН структурную схему изображенную на рисунке – 3.1.