Генераторы пилообразного напряжения на операционных усилителях

 

Интегрирующее включение операционного усилителя, обеспечивающего получение выходного напряжения, пропорционального интегралу от входного напряжения, предполагает включение конденсатора в цепь отрицательной обратной связи. Поэтому генераторы пилообразного напряжения на операционных усилителях строят по принципу генераторов с обратной связью, интегрирующих постоянное напряжения источника питания, которое для них является входным.

На рисунке 1.3а показана схема генератора пилообразного напряжения с интегрирующей RC-цепочкой, включенной в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя.

 

Обоснование выбранного варианта технического решения

 

Преимущества реализации генератора линейно нарастающего напряжения на микроконтроллере:

-компактность прибора;

-возможность программного управления устройством;

-простота схемного решения;

-точность формирования импульсов различной частоты;

-простое управление режимом работы с помощью клавиатуры;

-отображение частоты генерируемых импульсов на ЖКИ.

Схема разрабатываемого генератора приведена на чертеже РТ 468.524.008 ЭЗ. В схеме применяется микроконтроллер фирмы ATMEL – ATMega8515. Микросхема создана на основе ядра Mega, имеет в своём составе 8-разрядный и 16-разрядный таймеры для формирования временных задержек и 4 порта для ввода и вывода информации с внешних устройств.

Основные технические характеристики микроконтроллера:

-Форма входного сигнала -произвольная

-Максимальная амплитуда входного сигнала, 20В

-Дискретность отсчета частоты, 10Гц

-Время измерения, 100мс

-Период повторения измерений, 200 мс

-Напряжение питания, 5В

Цифровое значение амплитуды необходимо подавать на ЦАП, который преобразовывает его в аналоговую форму. В работе был использован параллельный восьмиразрядный ЦАП AD5601 фирмы Analog devices.

Регулировка амплитуды производится потенциометром R1, подключенным ко входу управления ЦАП. Так как нагрузка низвоомная(50 ОМ), то для согласования сопротивления нагрузки с выходом устройства, применяется эмитерный повторитель на транзисторе 2N636. Для преобразования выходного сигнала микроконтроллера из уровня TTL в более мощный сигнал, а также для согласования устройства с нагрузкой (генератор работает на низкоомную нагрузку), используется выходной каскад. В качестве выходного каскада применён транзистор VT1. При появлении на выводе 6 импульса, он поступает через резистор R4 на базу VT1. В связи с тем, что величина импульса значительно меньше напряжения на эмиттере, т.е. база имеет менее положительный потенциал, транзистор открывается на время, равное длительности импульса. Резистор R4 ограничивает выходной сигнал микроконтроллера до значения, необходимого для нормальной работы транзистора VT1. В то время, когда открыт транзистор, в нагрузке протекает ток источника питания, т.ё. на нагрузке появляется импульс с амплитудой, равной амплитуде напряжения питания. Таким образом, осуществляется усиление последовательности импульсов. Так как выходом является коллектор, а такая схема включения имеет низкое выходное и достаточно высокое входное сопротивление, то этот каскад успешно выполняет функцию согласования выхода микроконтроллера с нагрузкой, так как по ТЗ генератор должен работать на низкоомную нагрузку.

Применены непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические резисторы марки C2-23 постоянного сопротивления. У данных резисторов в качестве резистивного элемента используется тонкая плёнка слоя проводящего металла, поэтому они характеризуются повышенной теплостойкостью. Резисторы имеют невысокую стоимость.

Питание генератора осуществляется с помощью трансформатора, выпрямительного мостика и интегрального стабилизатора 78LR05.

Изменение частоты сигнала осуществляется матрицей кнопок 4х4.

Индикация частоты осуществляется алфавитно-цифровым ЖКИ с контроллером HD44780. Так как необходимо выводить не более 16ти символов, занимающих одну строку, был выбран символьный ЖКИ формата 16х1 WH1601B фирмы Winstar.