Реферат генераторы линейно изменяющегося напряжения

Обновлено: 03.07.2024

Генераторы линейно – изменяющегося напряжения называют иногда генераторами развёртки, хотя этот термин не отражает их гораздо более широкого применения. Из области разверток заимствованы названия двух основных частей пилообразного импульса: прямой ход (главный, почти линейный участок t п ) и обратный ход (сравнительно короткий участок t о, форма которого обычно несущественна).

Содержание

Теоретическая часть 3
Техническое задание 7
Структурная схема генератора пилообразного напряжения 8
Выбор принципиальной схемы генератора линейно-изменяющегося напряжения 9
Расчет принципиальной схемы генератора линейно - изменяющегося напряжения 10
Заключение 18
Список литературы 19
Приложение 1 20

Вложенные файлы: 1 файл

Глин.doc

Обнинский институт атомной энергетики

студент группы КИП-08

Содержание

Теоретическая часть

Генераторы линейно – изменяюще гося напряжения называют иногда генераторами развёртки, хотя этот термин не отражает их гораздо более широкого применения. Из области разверток заимствованы названия двух основных частей пилообразного импульса: прямой ход (главный, почти линейный участок t п ) и обратный ход (сравнительно короткий участок t о, форма которого обычно несущественна).

Пилообразное напряжение это такое напряжение, которое нарастает или спадает линейно в течение некоторого отрезка времени, называемого временем рабочего хода tо достигает первоначального значения. Такое напряжение используется устройствах сравнения, для горизонтальной развёртки электронного луча в электронно-лучевой трубке в других устройствах. Возврат луча в исходное положение должен происходить, возможно, быстрее, вследствие чего спадающий участок пилообразного напряжения должен иметь большую крутизну и малую продолжительность.

Пилообразные импульсы можно получить с помощью любого релаксатора: мультивибратора, одно вибратора или блокинг- генератора. Поэтому генераторы пилообразного напряжения составляют особый класс импульсных устройств и заслуживают специального рассмотрения.

Генераторы линейно- изменяющегося напряжения являются широко известными устройствами импульсной техники.

Импульсы напряжения пилообразной формы могут быть как положительной, так и отрицательной полярности. На рисунке 1 показана реальная форма пилообразного импульса положительной полярности.

Рис. 1 Форма пилообразного импульса положительной полярности

Под генераторами линейно-изменяющегося напряжения обычно понимают устройства, которые формируют импульс или последовательность импульсов, имеющих форму неравностороннего прямоугольника. При этом такая последовательность может не иметь паузу Тп между импульсами или иметь ее. Для того, чтобы подчеркнуть специфику генераторов данного класса, принято линейно-изменяющуюся часть импульса называть прямым ходом импульса Тпр (или рабочим ходом, стадией), короткую часть импульса – обратным ходом То импульса (или стадией восстановления), последняя соответствует возвращению генератора линейно-изменяющегося напряжения в исходное состояние.

Если во время прямого хода импульса напряжение возрастает по абсолютному значению, формирующее его устройство называют генератором линейно-растущего напряжения (ГЛРН), если спадает – генератором линейно-падающего напряжения (ГЛПН). В большинстве применений требования к линейности изменения напряжения отсутствуют. Амплитуда импульсов линейно изменяющегося напряжения (ЛИН) Um определяется разностью напряжений в начале и в конце прямого хода импульса: Um= |Uo-UTпр|.

По режиму работы ГЛИН подразделяются на ждущие с внешним запуском, определяющим длительность паузы или длительность прямого хода импульса(т. е. формирователи импульсов ЛИН), автоколебательные (в том числе синхронизированные) и ждущие с самовозбуждением, вырабатывающие импульс ЛИН заданной длительности в ответ на импульс запуска, длительность которого не определяет длительность и другие параметры ГЛИН.

По виду формируемого сигнала различают ГЛРН, ГЛПН, ГЛИН с отрицательным выходным напряжением, ГЛИН с положительным выходным напряжением, ГЛИН с противофазным выходным напряжением, ГЛИН с коррекцией формы выходного напряжения (до S-, N-образной и др.).

По функциональным возможностям различают ГЛИН, работающие на одной фиксированной частоте; перестраиваемые ГЛИН в ограниченном диапазоне по амплитуде и частоте с ручной регулировкой или с программным управлением; универсальные ГЛИН, как правило, с программным управлением формой ЛИН, амплитудой, частотой и скважностью в очень широких пределах.

Основные параметры ГЛИН:

К высоколинейным и высокочастотным относят ГЛИН с ε напряжения используется процессы заряда и разряда конденсатора. Для получения периодической последовательности импульсов ЛИН требуется периодически заряжать конденсатор. При разомкнутом ключе конденсатор заряжается от источника постоянного тока. Замыкание ключа приводит к разрядке конденсатора, затем процесс повторяется. Наиболее простые ГЛИН выполняются на основе транзисторов. Высококачественные ГЛИН выполняются на основе операционных усилителей.

Генератор линейного изменяющегося напряжения (ГЛИН) — импульсное устройство, в выходном напряжении которого имеется участок линейно изменяющийся во времени.

Напряжение может меняться периодически. В этом случае ГЛИН называется генератором пилообразного напряжения (ГПН) или генератором напряжения треугольной формы (рисунок 3.4.1, а, б).

Рисунок 3.4.1 Формы сигналов ГЛИН

Если напряжение меняется от минимального значения к максимальному (по абсолютной величине), то его называют линейно-нарастающим напряжением.

Если меняется от максимального значения к минимальному - линейно-падающим (рисунок 3.4.2).

Рисунок 3.4.3. Схема простейшего ГЛИН (а) и его временные диаграммы (б)

Если постоянная времени цепи RкC достаточно большая, т.е. существенно больше периода следования прямоугольных импульсов, напряжение на конденсаторе нарастает линейно. Заряд конденсатора Uc продолжается до поступления импульса, открывающего транзистор VT. Когда транзистор открывается, начинается процесс разряда конденсатора. Интервал времени между отпирающими импульсами должен быть достаточным для полного разряда конденсатора.

Принцип получения пилообразного напряжения заключается в медленном заряде (или разряде) конденсатора через большое сопротивление во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое сопротивление во время обратного хода. В упрощенном виде это показано на рисунке 3.4.4

Рисунке 3.4.4 Принцип получения пилообразного напряжения

Конденсатор С заряжается при разомкнутом ключе К через резистор Rз, а разряжается при замкнутом ключе К через резистору Rр.

Такая схема не позволяет получить напряжения высокой линейности, поскольку повышение напряжения на конденсатор уменьшает зарядный ток. Для получения линейного напряжения конденсатора необходимо заряжать постоянным во все время заряда током (рисунок 3.4.5)

Рисунок 3.4.5 Генератор пилообразного напряжения на транзисторах

Электронный ключ собран на транзисторе VT1 и управляется импульсами положительной полярности, транзистор VT2 - эмиттерный повторитель - является следящей связью. В исходном состоянии, когда на входе отсутствует прямоугольный импульс (рисунке 3.4.6), транзистор VT1 закрыт и конденсатор С3 заряжается. Ток заряда все время остается постоянным, т. к. напряжение на верхнем выводе R2 следит за напряжением на конденсаторе С3 на его нижнем выводе. Диод VD1 закроется и в течение всего времени дальнейшего формирования линейного нарастания напряжения будет закрыт. Формируется рабочий ход пилообразного напряжения.

Рисунке 3.4.6 Формирование прямого и обратного хода

При воздействии входного импульса транзистор VT1 открывается и конденсатор С3 быстро через него разряжается. Формируется обратный ход пилообразного напряжения. В это время конденсатор С2 подзаряжается до своего первоначального значения.

В частности, распространены генераторы на основе интегратора, управляемого входным импульсом напряжения прямоугольной формы. Элементами схемы являются источник питания, зарядный резистор R6, конденсатор С3 и разрядный транзистор VT1. Выходное напряжение генератора представляет собой, усиленное операционным усилителем, напряжение на конденсаторе. ОУ охвачен отрицательной (R5 и R9) и положительной (резистор R10) обратными связями.


Рисунок 3 – ГЛИН

Генератор работает следующим образом. В момент, когда полевой транзистор VT1 закрыт, происходит заряд конденсатора С3 через резисторы R10 и R7. Как только мы подаем импульс на VT1, происходит разряд конденсатора этот полевой транзистор. [3]


Рисунок 4 - Компаратор

3.4 Электронный ключ


Рисунок 5 – Схема электронного ключа

4. Расчётная часть и выбор элементов схемы

4.1 Расчет генератора импульсов

На рисунке 6 показан генератор, со стоящий из активного элемента – инвертора – и пассивного элемента – кварцевого резонатора.


Рисунок 6 – Кварцевый генератор

Вместо одного инвертора можно поставить любое нечетное количество инверторов.


Рисунок 7 – Эквивалентная схема замещения

Эквивалентная схема кварцевого резонатора показана на рисунке 7.

Генератор Пирса – одна из наиболее популярных схем. Она является основой практически всех генераторов на одном вентиле. Кварц ведет себя как большая индуктивность, так как он подключен параллельно. Роль нагрузки на выход резонатора играют конденсаторы C1 и C2. Конденсаторы C1 и C2 играют роль нагрузочной емкости кварцевого резонатора.

В качестве резонатора выбираем кварцевый резонатор: KX-49 номинальная частота которого - 2.4576 МГц. В таблице 2 приведены параметры кварцевого резонатора.

Таблица 2 Параметры KX-49

Резистор R1 предназначен для автоматического запуска генератора при включении питания. Этот же элемент определяет коэффициент усиления инвертора, и чем больше будет этот коэффициент усиления, тем более прямоугольные колебания будут формироваться на его выходе, а это, в свою очередь, приведёт к снижению тока, потребляемого кварцевым генератором. Выберем номинал резистора R1 равным 1Мом.

Резистор R2 увеличивает импеданс цепи, с тем чтобы вместе с конденсатором C2 увеличить фазовый сдвиг. Это нужно для того, чтобы генератор заработал на нужной, а не на большей частоте. Резистор также изолирует выход инвертора от цепи резонатора и этим сохраняет прямоугольную форму импульса. Номинал резистора должен быть примерно равен импедансу нагрузки ZL, который можно вычислить по приведенной формуле: [6]




Импульсы с частотой f=2,4576 МГц поступают на счетчик ИЕ16, с Q7 выхода счетчика получаем импульсы с частотой f / 256=9.6 кГц.

Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 12926
Количество таблиц: 5
Количество изображений: 25

Название работы: Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Устройство сравнения аналоговых сигналов компаратор выполняет функцию сравнения либо двух входных сигналов между собой либо одного входного сигнала с некоторым наперед заданным эталонным уровнем. Первый случай характерен для использования в качестве схемы сравнения операционного усилителя.

Дата добавления: 2014-11-05

Размер файла: 180.5 KB

Работу скачали: 12 чел.

Генераторы линейно-изменяющегос я напряжения (ГЛИН)

Линейно-изменяющимся (пилообразным) напряжением (ЛИН) называют импульсное напряжение, которое в течение некоторого времени изменяется практически по линейному закону, а затем возвращается к исходному уровню.


Рис. 10.50. Импульсы линейно изменяющегося напряжения

ЛИН характеризуется следующими основными параметрами (рис. 10.50): периодом Т , длительностью рабочего хода Т р длительностью обратного хода Т обр , амплитудой U m , коэффициентом нелинейности


где | du / dt | t =0 и | du / dt | t = Т р —соответственно скорость изменения напряжения в начале и в конце рабочего хода.

В ГЛИН, используемых на практике, Т р изменяется от десятых долей микросекунды до десятков секунд, U m — от единиц до тысяч вольт, Т обр — от 1 до 50% от Т р . В большинстве реальных схем ε

Обычно линейное изменение напряжения получают при заряде и разряде конденсатора.

Как известно, напряжение на конденсаторе u С связано с током через него соотношением


В случае линейного изменения напряжения


Подставляя в это выражение предыдущее, получаем


т. е. для обеспечения линейности необходимо, чтобы зарядный ток конденсатора был постоянен. Для получения периодической последовательности импульсов ЛИН требуется периодически заряжать конденсатор. Таким образом, функциональная схема ГЛИН должна иметь вид, показанный на рис. 10.51.


Рис. 10.51. Функциональная схема ГЛИН

При разомкнутом ключе К, конденсатор С заряжается от источника тока постоянным током i С . Замыкание ключа К приводит к разряду конденсатора, затем процесс повторяется. На рис. 10.52, а приведена электрическая схема простейшего ГЛИН.


Рис. 10.52. Принципиальная схема (а) и временные диаграммы (б) простейшего ГЛИН

На транзисторе Т собран ключ, управляемый прямоугольными импульсами u вх отрицательной полярности (рис. 10.52, б). В исходном состоянии транзистор насыщен (ключ замкнут), что обеспечивается выбором соотношения сопротивлений резисторов R б и R к . При воздействии входного импульса длительностью Т р транзистор закрывается (ключ разомкнут) и конденсатор С заряжается от источника + Е К через резистор R K . Напряжение на конденсаторе изменяется по экспоненте (рис. 10.52, б): u С = Е к (1 — e — t / RC ). По окончании входного импульса транзистор переходит в режим насыщения (ключ замкнут) и конденсатор быстро разряжается через промежуток коллектор — эмиттер (рис. 10.52, а).

Используя начальный участок экспоненты, линейность которого достаточно высока, можно получить импульсы с малым коэффициентом нелинейности. Однако при этом отношение U m / E к мало, в чем и состоит основной недостаток данной схемы.

Более совершенны ГЛИН с нелинейным двухполюсником в цепи заряда конденсатора. В качестве такого двухполюсника служит коллекторно-эмиттерная цепь транзистора. Используя рабочий участок коллекторной характеристики, на котором ток коллектора почти не изменяется при изменении коллекторного напряжения (см. рис. 10.13,б), и включая транзистор в цепь заряда конденсатора последовательно с источником + E к , можно получить режим источника тока по отношению к конденсатору. На рис. 10.53 приведен один из вариантов схемы ГЛИН с включением транзистора Т2 в цепь заряда конденсатора.


Рис. 10.53. Электрическая схема ГЛИН со стабилизатором

тока заряда конденсатора

В исходном состоянии транзистор Т1 насыщен (ключ замкнут), а транзистор Т2 работает в активном режиме, выполняя функции стабилизатора тока с отрицательной обратной связью, Напряжение между базой и эмиттером транзистора Т2


Допустим, что ток i э начинает уменьшаться, тогда напряжение u бэ повышается, ток базы транзистора Т2 возрастает, что препятствует уменьшению тока i э . Таким образом, часть схемы рис. 10.53, обведенную пунктиром, можно рассматривать, как схему стабилизатора тока. В исходном состоянии ток i э равен току насыщенного транзистора Т1. При воздействии входного импульса отрицательной полярности транзисторный ключ (Т1) размыкается и конденсатор С заряжается через стабилизированный источник тока на транзисторе Т2. По окончании действия входного импульса транзистор Т1 открывается и конденсатор разряжается через него. Таким образом, благодаря стабилизации зарядного тока достигается высокая степень линейности изменения напряжения.

ГЛИН широко применяют для создания временной развертки луча в электронно-лучевых трубках, используемых в электронных осциллографах, телевизорах, индикаторах радиолокаторов и т. д. В подобных устройствах коэффициент нелинейности ε обычно составляет несколько процентов.

Другая важная область применения ГЛИН — преобразование напряжения во временной интервал. В этом случае требуются импульсы напряжения с высокой линейностью

( ε = 10 - 3 — 10 - 4 ).

Компараторы, пороговые устройства. Устройство сравнения аналоговых сигналов (компаратор) выполняет функцию сравнения либо двух входных сигналов между собой, либо одного входного сигнала с некоторым наперед заданным эталонным уровнем. При этом на выходе устройства формируются только два значения выходного сигнала: если один из сравниваемых сигналов больше другого, то выходной сигнал равен U B , в противном случае выходной сигнал равен U Н .

Следует отметить, что в общем случае напряжение U B и U Н могут отличаться как по величине, так и по знаку. Однако на практике наибольшее распространение получили устройства, формирующие на выходе либо напряжения противоположной полярности при практически равных абсолютных значениях, либо напряжения одной полярности. Первый случай характерен для использования в качестве схемы сравнения операционного усилителя (ОУ), второй — при использовании специализированных интегральных схем. Во втором случае выходные напряжения компаратора согласованы по величине и полярности с сигналами, используемыми в цифровой технике.

Поэтому можно сказать, что входной сигнал компаратора носит аналоговый характер, а выходной — цифровой. Вследствие этого компараторы часто выполняют роль элементов связи между аналоговыми и цифровыми устройствами, т.е. выполняют роль простейших аналого-цифровых преобразователей.

Возвращаясь к терминологии, следует отметить, что, как правило, непосредственно под компаратором понимают специализированное устройство. При использовании в качестве схемы сравнения ОУ говорят о компараторном режиме его работы. Следует отметить, что для создания такого режима работы ОУ обычно охватывают цепью обратной связи, в то время как в специализированном компараторе такой связи не требуется.

Однопороговые устройства сравнения. В качестве однопороговых устройств сравнения могут использоваться операционные усилители (ОУ) без цепей ОС или с положительной ОС. Это схема, построенная на основе ОУ так, что ее срабатывание происходит в момент равенства нулю напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ.

Для этого достаточно неинвертирующий вход ОУ подключить к общей шине устройства через источник ЭДС, абсолютная величина которого и знак соответствуют требуемому эталонному уровню сравнения (рис. 9.2, а).


Рис. 9.2. Однопороговая схема сравнения со смещенным порогом срабатывания (а)

и ее передаточные характеристики для случаев Е эт >0 (б) и Е эт (в) и

схема с цепью ПОС ( г )

В этом случае при идеальности ОУ ( R bx →∞) напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами достигнет нулевого уровня, когда уровень и полярность входного напряжения и вх будут в точности равны параметрам эталонного источника Е эт . На рис. 9.2, б, в показаны передаточные характеристики схем сравнения для случаев Е эт >0 и Е эт

Напряжение Е эт называют порогом срабатывания устройства сравнения.

Если в схеме на рис. 9.2, а вместо источника эталонного напряжения использовать второе входное напряжение, ОУ превратится в схему сравнения двух напряжений. При этом переключение усилителя будет происходить в момент равенства входных напряжений как по абсолютному значению, так и о знаку. Схема такого устройства и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис, 9.3.


Рис' 9.3. Однопороговая схема сравнения двух напряжений (а) и временные диаграммы, поясняющие ее работу, (б)

Интегральные компараторы . Как было отмечено в начале главы, интегральные компараторы отличаются от схем сравнения, выполненных на ОУ общего применения, тем, что их выходной сигнал согласован по уровню с напряжениями, используемыми в цифровой технике для отображения сигналов логических нуля и единицы. Разработка таких ИС, имеющих (как и стандартный ОУ.) два входа (инвертирующий и неинвертирующий), была обусловлена тем, что хотя схемы сравнения на ОУ и могут обеспечить высокую точность сравнения входных напряжений и сформировать на выходе сигналы необходимых (цифровых) уровней, они требуют для этого введения большого числа дополнительных элементов и, как правило, не могут обеспечить нужного быстродействия.

Быстродействие компараторов принято характеризовать их временем восстановления t вос . Время восстановления определяется как временной интервал между моментом равенства напряжений на входах компаратора и моментом, когда его выходное напряжение достигнет некоторого порогового уровня, который определяется уровнем срабатывания логических схем.

В табл. 9.1 приведены типовые параметры наиболее распространенных интегральных компараторов напряжения, которые характеризуются теми же параметрами, что и ОУ общего применения.


Итак, компаратор — это быстродействующий дифференциальный усилитель постоянного тока с большим усилением, малым дрейфом и сдвигом и логическим выходом. Его входной каскад должен обладать большим КОСС и способностью выдерживать большие синфазные и дифференциальные сигналы на входах, не насыщаясь, т.е. не попадая в режимы, из которых компаратор будет долго выходить.

Простейший вариант схемы компаратора показан на рис. 3.29. Эта схема выпускается во всем мире в разных модификациях и под различными наименованиями (в СССР К554СА2 и 521СА2).

Читайте также: