3.7. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН) формируют напряжения пилообразной формы (см. рис. 3.3, а).

Рис. 3.15, Простейшая схема для формирования линейно изменяющегося напряжения

Для создания линейной зависимости напряжения от времени чаще всего используют заряд (или разряд) конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 3.15, а, временные диаграммы напряжений в схеме — на рис. .

При разомкнутом ключе Кл конденсатор С заряжается от источника тока и напряжение на нем нарастает:

где — момент начала заряда.

В момент замыкается ключ Кл и конденсатор экспоненциально разряжается через ключ и резистор R» который введен в схему для ограничения разрядного тока. После разряда конденсатора до напряжения ключ Кл может быть разомкнут, тогда начнется вновь процесс формирования линейно нарастающего напряжения.

Известны многочисленные варианты схемы рис. 3.15, а, отличающиеся способами построения источника тока и ключевого элемента. Большими технико-экономическими преимуществами обладают схемы ГЛИН, построенные на ИМС. Среди них широкое распространение получили схемы на ОУ.

В схеме интегратора, рассмотренной в § 2.12, конденсатор заряжается постоянным током, если на вход интегратора подано постоянное напряжение (см. рис. ), При подаче на вход напряжение на выходе уменьшается по линейному закону:

При выходное напряжение нарастает также по линейному закону:

На рис, 3.16, а приведена схема ГЛИН с внешним управлением — управляющее напряжение) и временные диаграммы напряжений. Схема состоит из компаратора и интегратора. Длительность входного положительного импульса определяет длительность стадии спада выходного напряжения иетн (рис. ), длительность стадии нарастания равна паузе между импульсами .

При поступлении входного напряжения, амплитуда которого компаратор переходит в состояние положительного насыщения .

Рис. 3.16. Схема ГЛИН с внешним запуском (а) и временные диаграммы сигналов (б)

Открывается диод V1, и напряжение убывает по линейному закону; в (3.19) подставим Крутизна напряжения на интервале спада :

При прекращении импульса компаратор под воздействием напряжения на инвертирующем входе переходит в состояние отрицательного насыщения . Открывается диод V2 и интегратор формирует линейно нарастающее напряжение, в (3.20) подставим . Крутизна нарастания игтт на интервале

ГЛИН с внешним управлением имеет важную принципиальную особенность. Установившийся режим достигается только в том случае, если равны на этапах нарастания или спада, в противном случае среднее значение выходного напряжения начинает нарастать (или убывать), что в конечном счете приводит к насыщению ОУ интегратора. Условие устойчивой работы ГЛИН сводится к требованию

Учитывая возможную нестабильность крутизны и длительностей , ориентироваться на выполнение условия в схеме рис. 3.16, а нереально. В практических схемах максимальное и минимальное значения напряжения «глии ограничиваются. В схеме рис. 3.21, а для ограничения Мгли» введены стабилитроны V3 и V4. Как показано в §2.12, напряжение между входами ОУ интегратора .

При на стабилитроне V4 действует прямое напряженке стабилитрон V3 смещен в обратном направлении и через цепочку стабилитронов протекает малый ток . Таким образом, стабилитроны в этом случае практически не влияют на процесс разряда конденсаторов. При достижении (где — напряжение стабилизации V3) V3 работает в режиме электрического пробоя, разряд конденсатора С прекращается и ток переходит с конденсатора на цепочку стабилитронов. Таким образом, напряжение сверху ограничено значением . Аналогично снизу напряжение Мглин ограничено значением где - напряжение стабилизации V4.

На рис. справа показана работа стабилитронного ограничителя в момент U. Интервал паузы задан достаточно большим, поэтому в момент напряжение ГЛИН достигает значения . С приходом очередного импульса начинается процесс формирования спада , процесс описывается при .

Рис. 3.17. Схема ГЛИН в автогенератор ном режиме (а) и временные диаграммы напряжений (б)

Помимо ГЛИН с внешним управлением часто применяются ГЛИН, работающие в автогенераторном режиме, т. е. без управляющего сигнала. Широкое распространение получила схема ГЛИН на ОУ (рис. 3.17). Эта схема отличается от рассмотренного ГЛИН наличием цепи ОС , которая связывает прямой вход компаратора с выходами компаратора и интегратора.

Найдем напряженке методом суперпозиции: . Напряжение находим при . а напряжение при . Получим

Временные диаграммы напряжений в схеме рис. 3.17, а приведены на рис. . Начнем рассмотрение в момент когда компаратор переходит в состояние отрицательного насыщения . При этом открывается диод V2, и на интеграторе начинается процесс формирования нарастающего напряжения . Напряжение на интервале также линейно нарастает в соответствии с выражением (3.24). Для момента из (3.24) получим

В этот момент компаратор переключается, напряжение на его выходе скачком изменяется до значения . В соответствии с (3.24) скачком изменяется и напряжение . Процесс переключения компаратора развивается регенеративно за счет ПОС через резистор .

На интервале открыт диод V1. Интегратор формирует линейно убывающее напряжение . Напряжение также линейно убывает и при выражение (3.24) сводится к виду

Компаратор вновь регенеративно переключается, начинается формирование линейно нарастающего участка игтт и т. д.

При расчете схемы ГЛИН в автогенераторном режиме выражения (3.25) и (3.26) позволяют связать значения и со значениями и . Крутизна спада и нарастание , а также длительность участков нарастания и спада могут быть определены из (3.19) при подстановке и (3.20) при подстановке . Нетрудно убедиться, что при .

Схема рис. 3.17 может быть использована также и в качестве мультивибратора, в этом случае выходное напряжение снимается с выхода компаратора (см. рис. ).

ГЛИН находят очень широкое применение в технике.

На их основе строятся системы развертки электронно-лучевых трубок, устройства для испытания различных объектов на электрическую прочность. Очень большую роль в современной технике играют преобразователи различных физических величин в электрические сигналы, например преобразователи напряжения во временной интервал, в число импульсов, в фазовый сдвиг. В качестве примера подобных устройств рассмотрим импульсное устройство, структурная схема которого приведена на рис. 3.18, а; временные диаграммы напряжений приведены на рис. .

Рис. 3.18. Структурная схема преобразователя напряжения в ширину импульсов и число импульсов (а) и временные диаграммы сигналов (б)

Устройство состоит из ГЛИН, связанного с компаратором К, на второй вход которого подается входной (преобразуемый) сигнал . Компаратор через диод связан с первым выходом схемы и с управляющей цепью ключа Кл, который подключает мультивибратор ко второму выходу .

Компаратор К фиксирует равенство . В момент , где . Отсюда .

При переключениях компаратора на его выходе формируются прямоугольные импульсы, длительность которых прямо пропорциональна текущему значению (сравните с рис. 3.1, в). При замыкается ключ и в нагрузку поступает пачка импульсов с выхода мультивибратора, число которых прямо пропорционально интервалу и напряжению . Таким образом, устройство является преобразователем напряжения в число импульсов.