71303

Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Устройство сравнения аналоговых сигналов компаратор выполняет функцию сравнения либо двух входных сигналов между собой либо одного входного сигнала с некоторым наперед заданным эталонным уровнем. Первый случай характерен для использования в качестве схемы сравнения операционного усилителя...

Русский

2014-11-05

180.5 KB

5 чел.

Лекция 13

Генераторы линейно-изменяющегося напряжения   (ГЛИН)

Линейно-изменяющимся (пилообразным) напряжением (ЛИН) называют импульсное напряжение, которое в течение некоторого времени изменяется практически по линейному закону, а затем возвращается к исходному уровню.

                            

Рис. 10.50. Импульсы линейно изменяющегося напряжения

ЛИН    характеризуется    следующими    основными     параметрами (рис. 10.50): периодом Т, длительностью рабочего хода Тр длительностью обратного хода Тобр,  амплитудой Um, коэффициентом нелинейности

где | du/dt | t=0 и | du/dt | t=Тр —соответственно скорость изменения напряжения в начале и в конце рабочего хода.

В ГЛИН,  используемых  на   практике, Тр изменяется от десятых долей микросекунды до десятков секунд, Um — от единиц до тысяч вольт, Тобр — от 1 до 50% от Тр. В большинстве реальных схем ε < 1%.

Обычно линейное изменение напряжения получают при заряде и разряде конденсатора.

Как известно, напряжение на конденсаторе uС связано с током через него соотношением

                                   

В случае линейного изменения напряжения

                              

Подставляя в это выражение предыдущее, получаем

                  

т. е. для обеспечения линейности необходимо, чтобы зарядный ток конденсатора был постоянен. Для получения периодической последовательности импульсов ЛИН требуется периодически заряжать конденсатор. Таким образом, функциональная схема ГЛИН должна иметь вид, показанный на рис. 10.51.

                           

Рис. 10.51.    Функциональная схема ГЛИН

При разомкнутом ключе К, конденсатор С заряжается от источника тока постоянным током iС. Замыкание ключа К приводит к разряду конденсатора, затем процесс повторяется. На рис. 10.52, а приведена электрическая схема простейшего ГЛИН.

Рис. 10.52. Принципиальная схема  (а)  и временные   диаграммы (б) простейшего ГЛИН

На транзисторе Т собран ключ, управляемый прямоугольными импульсами uвх отрицательной полярности (рис. 10.52, б). В исходном состоянии транзистор насыщен (ключ замкнут), что обеспечивается выбором соотношения сопротивлений резисторов Rб и Rк. При воздействии входного импульса длительностью Тр транзистор закрывается (ключ разомкнут) и конденсатор С заряжается от источника +ЕК через резистор RK. Напряжение    на    конденсаторе   изменяется   по экспоненте (рис. 10.52, б): uС = Ек (1 — et/RC). По   окончании   входного   импульса   транзистор переходит в   режим насыщения (ключ замкнут) и   конденсатор быстро разряжается через промежуток   коллектор — эмиттер   (рис.  10.52, а).

Используя начальный участок экспоненты, линейность которого   достаточно   высока,   можно получить импульсы с малым коэффициентом нелинейности. Однако при этом отношение Um/Eк мало,   в   чем и состоит основной недостаток данной схемы.

Более совершенны ГЛИН с нелинейным двухполюсником в цепи заряда конденсатора. В качестве такого двухполюсника служит коллекторно-эмиттерная цепь транзистора. Используя рабочий участок коллекторной характеристики, на котором ток коллектора почти не изменяется при изменении коллекторного напряжения (см. рис. 10.13,б), и включая транзистор в цепь заряда конденсатора последовательно с источником + Eк, можно получить режим источника тока по отношению к конденсатору. На рис. 10.53 приведен один из вариантов схемы ГЛИН с включением транзистора Т2 в цепь заряда конденсатора.

                      

Рис. 10.53.  Электрическая схема ГЛИН со стабилизатором

тока заряда конденсатора

В исходном состоянии транзистор Т1 насыщен (ключ замкнут), а транзистор Т2 работает в активном режиме, выполняя функции стабилизатора тока с отрицательной обратной связью, Напряжение между базой и эмиттером транзистора Т2

                            

Допустим, что ток iэ начинает уменьшаться, тогда напряжение uбэ повышается, ток базы транзистора Т2 возрастает, что препятствует уменьшению тока iэ. Таким образом, часть схемы рис. 10.53, обведенную пунктиром, можно рассматривать, как схему стабилизатора тока. В исходном состоянии ток iэ равен току насыщенного транзистора Т1. При воздействии входного импульса отрицательной полярности транзисторный ключ (Т1) размыкается и конденсатор С заряжается через стабилизированный источник тока на транзисторе Т2. По окончании действия входного импульса транзистор Т1 открывается и конденсатор разряжается через него. Таким образом, благодаря стабилизации зарядного тока достигается высокая степень линейности изменения напряжения.

ГЛИН широко применяют для создания временной развертки луча в электронно-лучевых трубках, используемых в электронных осциллографах, телевизорах, индикаторах  радиолокаторов  и  т. д. В  подобных   устройствах коэффициент нелинейности ε обычно составляет несколько процентов.

Другая важная область применения ГЛИН — преобразование напряжения во временной интервал. В этом случае требуются импульсы напряжения с высокой линейностью

(ε = 10 - 3 — 10 - 4).

Компараторы, пороговые устройства. Устройство сравнения аналоговых сигналов (компаратор) выполняет функцию сравнения либо двух входных сигналов между собой, либо одного входного сигнала с некоторым наперед заданным эталонным уровнем. При этом на выходе устройства формируются только два значения выходного сигнала: если один из сравниваемых сигналов больше другого, то выходной сигнал равен UB, в противном случае выходной сигнал равен UН.

Следует отметить, что в общем случае напряжение UB и UН могут отличаться как по величине, так и по знаку. Однако на практике наибольшее распространение получили устройства, формирующие на выходе либо напряжения противоположной полярности при практически равных абсолютных значениях, либо напряжения одной полярности. Первый случай характерен для использования в качестве схемы сравнения операционного усилителя (ОУ), второй — при использовании специализированных интегральных схем. Во втором случае выходные напряжения компаратора согласованы по величине и полярности с сигналами, используемыми в цифровой технике.

Поэтому можно сказать, что входной сигнал  компаратора носит аналоговый характер, а выходной — цифровой. Вследствие этого компараторы часто выполняют  роль элементов связи  между аналоговыми  и  цифровыми устройствами, т.е.  выполняют  роль простейших аналого-цифровых преобразователей.

Возвращаясь к терминологии, следует отметить, что, как правило, непосредственно под компаратором понимают специализированное устройство. При использовании в качестве схемы сравнения ОУ говорят о компараторном режиме его работы. Следует отметить, что для создания такого режима работы ОУ обычно охватывают цепью обратной связи, в то время как в специализированном компараторе такой связи не требуется.

Однопороговые устройства сравнения. В качестве однопороговых устройств сравнения могут использоваться операционные усилители (ОУ) без цепей ОС или с положительной ОС. Это схема, построенная на основе ОУ так, что ее срабатывание происходит в момент равенства нулю напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ.

Для этого достаточно неинвертирующий вход ОУ подключить к общей шине устройства через источник ЭДС, абсолютная величина которого и знак соответствуют требуемому эталонному уровню сравнения (рис. 9.2, а).

            

Рис. 9.2. Однопороговая схема сравнения со смещенным порогом срабатывания (а)

и ее передаточные характеристики для случаев Еэт>0  (б) и Еэт<0 (в) и

схема с цепью ПОС (г)

В этом случае при идеальности ОУ (Rbx→∞) напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами достигнет нулевого уровня, когда уровень и полярность входного напряжения ивх будут в точности равны параметрам эталонного источника Еэт. На рис. 9.2, б, в показаны передаточные характеристики схем сравнения для случаев Еэт >0 и Еэт <0 соответственно.

Напряжение Еэт называют порогом срабатывания устройства сравнения.

Если в схеме на рис. 9.2, а вместо источника эталонного напряжения использовать второе входное напряжение, ОУ превратится в схему сравнения двух напряжений. При этом переключение усилителя будет происходить в момент равенства входных напряжений как по абсолютному значению, так и о знаку. Схема такого устройства и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис, 9.3.

Рис' 9.3.  Однопороговая схема сравнения двух напряжений (а) и временные диаграммы, поясняющие ее работу, (б)

Интегральные компараторы. Как было отмечено в начале главы, интегральные компараторы отличаются от схем сравнения, выполненных на ОУ общего применения, тем, что их выходной сигнал согласован по уровню с напряжениями, используемыми в цифровой технике для отображения сигналов логических нуля и единицы. Разработка таких ИС, имеющих (как и стандартный ОУ.) два входа (инвертирующий и неинвертирующий), была обусловлена тем, что хотя схемы сравнения на ОУ и могут обеспечить высокую точность сравнения входных напряжений и сформировать на выходе сигналы необходимых (цифровых) уровней, они требуют для этого введения большого числа дополнительных элементов и, как правило, не могут обеспечить нужного быстродействия.

Быстродействие компараторов принято характеризовать их временем восстановления tвос. Время восстановления определяется как временной интервал между моментом равенства напряжений на входах компаратора и моментом, когда его выходное напряжение достигнет некоторого порогового уровня, который определяется уровнем срабатывания логических схем.

В табл. 9.1 приведены типовые параметры наиболее распространенных интегральных компараторов напряжения, которые характеризуются теми же параметрами, что и ОУ общего применения.

Итак, компаратор — это быстродействующий дифференциальный усилитель постоянного тока с большим усилением, малым дрейфом и сдвигом и логическим выходом. Его входной каскад должен обладать большим КОСС и способностью выдерживать большие синфазные и дифференциальные сигналы на входах, не насыщаясь, т.е. не попадая в режимы, из которых компаратор будет долго выходить.

Простейший вариант схемы компаратора показан на рис. 3.29. Эта схема выпускается во всем мире в разных модификациях и под различными наименованиями (в СССР К554СА2 и 521СА2).

Рис 3.29. Схема компаратора К554СА2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55007. ПОДОРОЖ 55 KB
  The topic of our lesson is “Travelling“. By the end of the lesson you will be able: To recognize and understand new words and word-combinations when reading the sentences. To understand main ideas from the text when listening to it. To use words and word-expressions when speaking.
55008. Сім подорожей по Черкащині 5.22 MB
  Черкаси Головне місто області її адміністративний промисловий і культурний центр знаходиться на правому мальовничому березі Дніпра у верхній частині Кременчуцького водосховища найбільшого на усьому дніпровському водному каскаді. Місто росло й розвивалось.
55009. Вчора – дошколярики, а завтра – школярі 56.5 KB
  Мета: виявити обсяг знань дітей про звуковий склад слова, уміння ділити слова на склади, пригадувати слова із заданим звуком на початку, в середині і в кінці слова; поскладове читання;...
55010. Як здійснити подвиг. Астрід Ліндгрен «Пеппі Довгапанчоха» (розділ «Пеппі стає рятівницею») 62.5 KB
  Мета: вчити учнів розуміти зміст понять героїчний учинок подвиг; розвивати критичне мислення учнів їхню емоційну сферу уміння аналізувати твір оцінювати вчинки робити висновки; виховувати почуття небайдужості активну життєву позицію готовність до героїчних учинків.
55011. Сохраним память про подвиг 5.26 MB
  ЦЕЛЬ: рассмотреть основной ход событий Великой отечественной войны; охарактеризовать роль и вклад украинского народа в борьбе с фашистскими захватчиками, определить основные последствия Великой отечественной войны для нашего государства...
55012. Влияние инвестиций на национальный объем производства. Мультипликатор инвестиций 43.97 KB
  Инвестиции – важный фактор экономического развития. При этом они подвержены действию особого мультипликационного механизма, умножающего их воздействие на рост валового национального продукта (ВНП).
55013. Похідна та її застосування 844 KB
  Мета уроку: навчальна мета: перевірити узагальнити систематизувати поглибити знання вміння навички учнів з теми; повторити та удосконалити знання правил і формул диференціювання елементарних функцій...
55014. Похідна як швидкість. Розв’язання задач прикладного характеру з застосуванням похідної. Похідна в математиці та фізиці 126.5 KB
  Мета уроку: Розкрити технологію розв’язання текстових фізичних задач із застосуванням похідної, дати уявлення про похідну як швидкість; систематизувати та поглибити теоретичні знання учнів; орієнтувати учнів на виявлення та вивчення багатогранності зв’язків між фізичними та математичними поняттями...
55015. Доба героїчних походів козаків. Петро Конашевич-Сагайдачний 102.5 KB
  Мета: розглянути напрями морських походів козаків; охарактеризувати діяльність гетьмана П.Актуалізація опорних знань учнів: фронтальна бесіда: Про кого ми вивчаємо у 8класіпро козаків; Хто такі козаки Які причини виникнення козацтва...