Генераторы пилообразного напряжения

Генераторы пилообразного напряжения, называемые еще генераторами линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), широко, используются в устройствах с электронно-лучевыми трубками для развертки изображения на экране, для сравнения напряжений, для получения регулируемой задержки сигнала, при преобразовании непрерывных величин в дискретные.

Пилообразное напряжение характеризуется следующими основными параметрами (рис.4.20): амплитудой U _m,, длительностью прямого (рабочего) хода t _пр, длительностью обратного хода t _обр, периодом повторения Т. Для оценки степени линейности роста напряжения во время прямого хода вводят коэффициент нелинейности

Здесь U' (0) и U' (t _p) — скорость нарастания напряжения в начале и конце рабочего участка t _p. На практике требования к величине e ограничивают значение коэффициента величиной не более 1%.

Пилообразное напряжение получают путем заряда и разряда конденсатора от источника стабильного напряжения Е. Если производить заряд конденсатора естественным образом, то закон заряда конденсатора C через резистор R,будет экспоненциальный:

Такая экспонента обладает большой нелинейностью (e > 10%), но если использовать небольшую часть экспоненциального напряжения в начале линейного участка, можно повысить линейность в той степени, в какой уменьшаем амплитуду заряда: .

Схема простейшего ГЛИН с зарядом конденсатора через резистор приведена на рис. 4.21. Схема состоит из интегрирующей RC цепи, резистор R которой является коллекторной нагрузкой транзисторного ключа. Ключ управляется прямоугольными импульсами. В исходном состоянии ключ открыт базовыми смещением и конденсатор разряжен через транзистор. В момент поступления отрицательного запирающего напряжения на базу, ключ закрывается, и конденсатор заряжается через R от напряжения питания схемы:

По окончании входного импульса транзистор открывается и конденсатор быстро разряжается. Длительность входного импульса берется такой, чтобы конденсатор зарядился до небольшого по сравнению с Е _к напряжения. При этом обеспечивается удовлетворительная линейность нарастания U _c. При заданной нелинейности e длительность входного импульса, а следовательно и t _пр определится выражением:

Длительность обратного хода t _обр определяется (при заданной емкости) выходным сопротивлением транзистора. В случае необходимости увеличения амплитуды выходных импульсов на выходе ГЛИН подключается усилитель напряжения.

Теоретически можно обеспечить идеальную линейность выходного напряжения на интервале t _пр в том случае, если заряжать конденсатор не от напряжения через пассивный резистор, а от генератора стабильного тока:

.

Роль токостабилизирующего элемента может играть биполярный транзистор, включенный по схеме ОЭ. На пологом участке выходных вольтамперных характеристик транзистора можно обеспечить независимость I _к от U _кэ. Иногда в качестве токостабилизирующего используют полевой транзистор.

Более высококачественные ГЛИН создают, на основе операционных усилителей. В таких генераторах коэффициент нелинейности можно сделать очень малым (меньше 0,01) и практически устранить влияние нагрузки генератора на форму импульсов.

На рис. 4.22 показан генератор на ОУ с тиристорным ключом Т в цепи обратной связи. Без тиристора схема представляет собой интегратор. В Исходном состоянии тиристор заперт и конденсатор заряжается, напряжение на выходе ОУ растет практически по линейному закону до тех пор, пока выходное напряжение U _вых не сравняется с опорным напряжением U _оп, подаваемым на управляющий вход тиристора. В этот момент тиристор открывается, и конденсатор быстро разряжается через открывшийся тиристор почти до нуля (до напряжения, равного падению напряжения на тиристоре в прямом направлении). После разряда конденсатора тиристор снова закрывается, и цикл повторяется. Устройство работает в автогенераторном режиме и не требует внешнего возбуждения. Для обеспечения работоспособности устройства необходимо выдержать условие

Частота генерации зависит от напряжений Е и U _оп и может регулироваться изменением этих напряжений.

Амплитуду выходных импульсов можно регулировать в пределах до U _вых.max изменением U _оп. Благодаря высоким коэффициентам усиления ОУ, можно достичь высокой линейности нарастания U _вых.