АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Генераторы сигналов различной формы. Генератор прямоугольных и треугольных сигналов на ОУ

Читайте также:
  1. LC автогенератор с автоматическим смещением
  2. RC-автогенератор с мостом Вина
  3. А) Парогенератор (котел).
  4. Автогенератор с емкостной обратной связью
  5. Автоматический регулятор напряжения генераторов серии МСК завода им. М.И. Калинина
  6. Авторитет и влияние менеджера, и их формы.
  7. Амплитудно частотные характеристики различных приборов, измеряющих частоту электрических сигналов.
  8. Анализ проектов различной продолжительности
  9. Борьба за существование и ее формы.
  10. Бытие и его формы. Онтология о бытии и субстанции.
  11. В таблице показана зависимость частоты генерированного переменного тока от количества магнитных полюсов и числа оборотов генератора
  12. Ввод/вывод аналоговых сигналов

 

В зависимости от конкретного применения генератор может использоваться просто как источник регулярных импульсов (например, синхросигналов в цифровой системе); от него может требоваться стабильность и точность (опорный интервал времени в частотомере), регулируемость (гетеродин радиоприемника) или способность генерировать колебания в точности заданной формы (синусоидальной в звукотехнике или пилообразной в развертке осциллографа).

Схемотехнически электронный генератор представляет собой усилитель, охваченный положительной обратной связью. В качестве усилителя могут быть использованы схемы на дискретных транзисторах, цифровые ИМС, интегральные таймеры, а также операционные усилители. Использование ОУ позволяет построить стабильные многофункциональные генераторы с хорошим воспроизведением формы выходного сигнала, минимальные по габаритам.

Решение данной задачи путём использования метода прямого цифрового синтеза (DDS) затруднительно вследствие необходимости применения в этом случае генератора тактовой частоты с высокими характеристиками.

Релаксационные генераторы

Релаксационными называют генераторы, у которых регулирующий (усилительный) элемент работает в переключательном (релейном) режиме. К ним относят автоколебательный и ждущий мультивибраторы, генераторы пилообразных и треугольных колебаний. Основой релаксационных генераторов на ОУ является обычно регенеративный компаратор, называемый также триггером Шмитта. Регенеративный компаратор представляет собой операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью (рисунок 1).

Рисунок 1 - Триггер Шмиттанеинвертирующий (а) и инвертирующий (б)

 

Переходная характеристика компаратора имеет гистерезис, ширина которого равна удвоенному пороговому напряжению 2Uп, причем для схемы на рисунке 1а

а для схемы на рисунке 1б

где Uм – выходное напряжение насыщения усилителя.

Автоколебательный мультивибратор

Схема автоколебательного мультивибратора приведена на рисунке 2а. Он состоит из инвертирующего триггера Шмитта, охваченного отрицательной обратной связью с помощью интегрирующей RC-цепочки.

Рисунок 2 - Схема мультивибратора (а) и

временная диаграмма его работы (б)

 



Когда напряжение ucдостигает порога срабатывания триггера Шмитта, схема переключается и ее выходное напряжение скачком принимает противоположное значение. При этом конденсатор начинает перезаряжаться в противоположном направлении, пока его напряжение не достигнет другого порога срабатывания. Схема переключается в первоначальное состояние (рисунок 2б).

Анализ схемы мультивибратора позволяет записать дифференциальное уравнение:

 

При начальных условиях uc(0) = –Uп решение этого уравнения имеет вид:

 

 

Значение напряжения, равное порогу срабатывания триггера Шмитта (условие uc(t)=Uп), будет достигнуто спустя время

 

t1 = RCln[1 + 2R1/R2].

 

Период колебаний мультивибратора, таким образом, равен

 

T = 2t1 = 2RCln[1 + 2R1/R2].

 

Как видно из последней формулы, период колебаний мультивибратора не зависит от напряжения Uм, которое, в свою очередь определяется напряжением питания Uпит. Поэтому частота колебаний мультивибратора на ОУ мало зависит от питающего напряжения.

Ждущий мультивибратор (одновибратор)

Обычное назначение ждущего мультивибратора – получение одиночного импульса заданной длительности. Отсчет длительности импульса начинается от фронта (или уровня) специального запускающего импульса. Для того, чтобы перейти от схемы автоколебательного к схеме ждущего мультивибратора, необходимо ввести дополнительно цепь запуска и цепь “торможения”. Схема одновибратора приведена на рисунке 3а.

 

Рисунок 3 - Схема одновибратора (а) и

временная диаграмма его работы (б)

 

Если выходное напряжение ОУ отрицательное максимальное, то диод VD1 открыт, и напряжение на времязадающем конденсаторе uc небольшое отрицательное, равное примерно 0,5 В. При правильном выборе параметров схемы напряжение на неинвертирующем входе ОУ

 

,

 

поэтому при отсутствии запускающего импульса Uзап схема находится в устойчивом состоянии. По приходе положительного запускающего импульса достаточной амплитуды операционный усилитель за счет положительной обратной связи переключается в такое состояние, при котором его выходное напряжение равно +Uм. Диод VD2 закрывается и на р-входе ОУ устанавливается напряжение .

 

К времязадающей цепи RC теперь приложено напряжение +Uм, под действием которого закрывается диод VD2 и начинается заряд конденсатора С. Когда, спустя время t1, напряжение ucдостигнет порога Uп, операционный усилитель переключится и вернется в первоначальное состояние. КонденсаторС начнет разряжаться и, спустя промежуток времени tр, называемый временем релаксации, напряжение uc станет отрицательным, диод VD1 откроется и цикл закончится.

Процессы в схеме описываются тем же уравнением (38), но начальное условие иное, и его решение для одновибратора имеет вид:

 

uc(t) = UM- (UM + UД)e-t/RC,

 

где UД – падение напряжения на открытом диоде VD1.

 

Отсюда по условию uc(t1) =Uп найдем длительность импульса одновибратора:

t1 = RCln{[1 + (R1/R2)][1 + (UД/UМ)]}.

 

Из последнего выражения видно, что длительность импульса одновибратора зависит от выходного напряжения насыщения ОУ, которое, в свою очередь определяется напряжением питания.

Другим недостатком рассмотренной схемы является значительное время релаксации, в течение которого на одновибратор нельзя подавать запускающий импульс (иначе будет сокращена длительность выходного импульса). Эти недостатки отсутствуют у одновибратора, выполненного на специализированных ИМС, называемых аналоговыми таймерами.

Генератор прямоугольного и треугольного напряжений

Как видно из диаграммы на рисунке 3б, в схеме мультивибратора формируется напряжение не только прямоугольной формы, но и формы, близкой к треугольной (на конденсаторе). ВремязадающаяRC-цепь мультивибратора выполняет приближенное интегрирование выходных прямоугольных колебаний. Заменив эту цепь интегратором на ОУ, получим генератор, на одном из выходов которого формируются прямоугольные, а на другом – треугольные колебания (рисунок 4). Здесь на усилителе ОУ1 выполнен неинвертирующий триггер Шмитта, а на ОУ2 – интегратор.

Интегратор интегрирует постоянное напряжение, имеющееся на выходе триггера Шмитта. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на его выходе U1 скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера Шмитта.

 

 

Рисунок 4 - Схема генератора прямоугольных и треугольных колебаний

 

Изменяя постоянную времени интегрирования RC, можно перестраивать частоту формируемого напряжения в широком диапазоне.

Амплитуда треугольного напряжения U2 зависит только от установки уровня срабатывания триггера ШмиттаUп, который для данной схемы включения триггера составляет UМR1/R2 (UМ – по-прежнему напряжение насыщения ОУ).

Период колебаний генератора равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменилось от –Uп до +Uп. Отсюда следует, что

Таким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня напряжения насыщения операционного усилителя.

 

 


 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.008 сек.)