Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Линейно изменяющимся напряжением (ЛИН) называ­ют напряжение, которое в течение промежутка времени, называемого рабочим ходом, изменяется по линейному закону, а затем в течение промежутка времени, называе­мого обратным ходом, возвращается к исходному уровню (рисунок 4.56).

Рисунок 4.56 График линейно изменяющегося напряжения

Устройства, предназначенные для формирования ЛИН, называют генераторами ЛИН (ГЛИН). Генераторы ЛИН часто называют генераторами пилообразного напряжения.

Принцип построения генераторов ЛИН основан на за­ряде емкости постоянным или почти постоянным током. Основой ГЛИН (рисунок 4.57) является емкость, через кото­рую от источника постоянного тока (ИТ) протекает по­стоянный ток, благодаря чему при разомкнутом ключевом устройстве (КУ) напряжение на емкости изменяется по линейному закону, т.е. напряжение на емкости определяется по формуле:

.

Рисунок 4.57 Структурная схема ГЛИН

При замыкании КУ емкость разряжается через сопротивление КУ и т. д.

ГЛИН могут работать либо в ждущем (рисунок 4.57, а), либо в автоколебательном режиме (рисунок 4.57, б). В ГЛИН в ждущем режиме для получения ЛИН необходим внешний импульс напряжения U_вх, а ГЛИН в автоколебательном режиме формирует ЛИН регулярно.

Все ГЛИН можно разделить на три типа:

а) с интегрирующей RC - цепочкой;

б) с токостабилизирующим двухполюсником;

в) с компенсирующей обратной связью (ОС).

Рассмотрим ГЛИН с интегрирующей RC – цепочкой, схема которого представлена на рисунке 4.58, а.

Рисунок 4.58 Схема ГЛИН с интегрирующей RC – цепочкой (а) и

временной график изменения напряжения на конденсаторе (б)

В этой схеме ток на конденсаторе определяется

, .

Левые части двух уравнений равны, поэтому будут равны и правые части, т.е.

.

При τ = RC>>t₁ напряжение на конденсаторе U_c << U и, следовательно, на отрезке времени [0,1] т. е. на начальном участке экспо­ненты скорость изменения напряжения U_c примерно по­стоянна и при малых значениях t формируется ЛИН.

Такой генератор может быть реализован на основе транзисторного ключа (рисунок 4.59).

Рисунок 4.59 Схема ГЛИН с интегрирующей RC - цепочкой

Рассмотрим принцип работы данного генератора. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы ГЛИН с интегрирующей RС – цепочкой, приведены на рисунке 4.60.

Рисунок 4.60 Временные диаграммы работы ГЛИН с RС – цепочкой

До момента времени t₁ транзисторный ключ находит­ся в режиме насыщения, т. е. напряжение коллектор-эмиттер U_кэ а значит, и выходное напряжение генератора U_вых равны нулю. При подаче в момент времени t₁ запирающего импульса напряжения транзистор входит в режим отсечки, и емкость С заряжается от источника E_к через сопротивление R_к, причем напряжение на емкости стремится к уровню E_к. В момент времени t₂ транзистор вновь входит в режим насыщения, и емкость через малое сопротивление промежутка коллектор-эмиттер транзистора разряжается. Если промежуток времени t₂ - t₁ гораздо меньше RC, то, как было показано выше, напряже­ние на емкости изменяется по линейному закону Для пре­дотвращения пробоя транзистора (например, при увеличе­нии длительности входного импульса) к его коллектору подключен диодный ограничитель (D, E_ф). Если по какой-либо причине напряжение на емкости увеличивается, то, как только оно достигнет уровня E_ф, диод D открывается и напряжение U_вых удерживается на уровне E_ф.

Достоинством данных генераторов является простота их реализации. Существенным их недостатком является то, что для получения малого коэффициента нелинейно­сти необходимо, чтобы напряжение генератора U было гораздо (на порядок и более) больше амплитуды ЛИН.