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

6 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

24419. Понятие ОС ЮНИКС. Основные преимущества, понятие процесса в ОС ЮНИКС, отличие от предыдущих ОС 1.63 MB
  Система UNIX проектировалась как инструмент предназначенный для создания и отладки новых средств ПО. Эти идеи позволили применить UNIX не только на компьютерах с разной архитектурой но и предали этой ОС такую модульность и гибкость которая явилась основным фактором для расширения и развития самой системы. Основным преимуществом UNIX перед другими системами явилось следующее: Единый язык взаимодействия пользователя с системой вне зависимости от применяемой ЭВМ. При разработке UNIX авторы стремились совместить два несовместимых...
24420. Переадресация ввода/вывода и конвейер, зачем и почему 360.5 KB
  Процессор i486 обеспечивает механизм тестирования кеша используемого для команд и данных. Хотя отказ аппаратного обеспечения кеширования крайне маловероятен пользователи могут включить тестирование исправности кеша в число тестов выполняемых автоматически при включении питания. Примечание: Механизм тестирования кеша уникален для процессора i486 и может не поддерживаться в точности следующими версиями процессоров данной линии. При выполнении тестирования кеша само кеширование должно быть отключено.
24421. Файловая структура ОС ЮНИКС. Основное отличие и преимущество 458 KB
  Структура буфера TLB. Регистры и операции проверки буфера TLB. Структура буфера TLB . Ассоциативный буфера трансляции TLB кеш используемый для трансляции линейных адресов в физические.
24422. Координатор МАКЕ и система управления исходным кодом SCCS 110.5 KB
  Описание взаимозависимостей содержит команды которые должны быть выполнены если обнаружится что некоторый модуль устарел перестал соответствовать действительности. Такие команды обеспечивают реализацию всех необходимых для модернизации модуля действий. В одних системах интерпретатор прост но совокупность команд не образует язык программирования а в других имеются отличные языки программирования на уровне системных команд но выполнение отдельной команды осложнено. Контрольная точка задается для конкретной формы доступа к памяти...
24423. Общая характеристика основных компонентов ОС ПЭВМ 93 KB
  Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня который в свою очередь обращается к средствам физического уровня. Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам таким как коаксиальный кабель витая пара или оптоволоконный кабель. Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией...
24424. Таймеры счётчики ОМЭВМ 204 KB
  Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м что объясняется сокращением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10мегабитной сетью Ethernet. Если среда свободна то узел имеет право начать передачу кадра. Последний байт носит название ограничителя начала кадра. Наличие двух единиц идущих подряд говорит приемнику о том что преамбула закончилась и следующий бит является началом кадра.
24425. Основные компоненты современных систем баз данных. Классификация и модели данных, реализуемых в СУБД 318 KB
  Классификация и модели данных реализуемых в СУБД. База данных – это данные организованные в виде набора записей определенной структуры и хранящиеся в файлах где помимо самих данных содержится описание их структуры. Метаданные Данные о структуре базы данных.
24426. Язык манипулирования данными, концепции и возможности языка SQL. Функции администратора баз данных 181.5 KB
  Перечисленные устройства передают кадры с одного своего порта на другой анализируя адрес назначения помещенный в этих кадрах. По адресу источника кадра коммутатор делает вывод о принадлежности узлаисточника тому или иному сегменту сети. Одновременно с передачей кадра на все порты коммутатор изучает адрес источника кадра и делает запись о его принадлежности к тому или иному сегменту в своей адресной таблице. При каждом поступлении кадра на порт коммутатора он прежде всего пытается найти адрес назначения кадра в адресной таблице.