Генераторы линейно-изменяющегося напряжения. Компараторы

 

Генераторы линейно-изменяющихся напряжений (ГЛИН) формируют периодические сигналы, изменяющиеся по линейному закону. ГЛИН широко применяются в электронной технике: в устройствах горизонтальной развертки луча в осциллографах, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) и других преобразовательных устрой­ствах.

Генераторы линейно изменяющихся напряжений формируют напряжения пилообразной формы (рис. 50). Пилообразные импульсы характеризуются длительностью рабочего хода t_р, длительностью обратного хода t_о и амплитудой U_m.

Для создания линейной зависимости напряжения от времени чаще всего используют заряд (или разряд) конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 51.

 

Рисунок 50 – Временная диаграмма импульсов

пилообразной формы

 

Когда транзистор VT закрыт, конденсатор С заряжается от источника питания Е_к через резистор R2. При этом напряжение на конденсаторе, а значит и на выходе линейно возрастает. При поступлении на базу положительного импульса транзистор открывается, и конденсатор быстро разряжается через его малое сопротивление, чем обеспечивается быстрое спадание выходного напряжения до нуля – обратный ход.

 

 

 

 

Рисунок 51 – Простейшая схема для формирования линейно изменяющегося напряжения

 

В электронных устройствах используются различные типы ГЛИН на транзисторах и микросхемах. Среди них широкое распространение получили схе­мы на ОУ.

В качестве примера рассмотрим простой ГЛИН на двух микросхемах ИОУ, схема которого приведена на рис. 52. Генератор состоит из двух функциональных блоков - интегратора и триг­гера Шмитта.

Рисунок 52 – Схема ГЛИН на ОУ

Интегратор - схема, при подаче на вход которой постоянного напряжения U₀ выходное напряжение изменяется по линей­ному закону, пока не достигнет напряжения U_нас. Интегратор собран на микросхеме DA1, ре­зисторе R и конденсаторе С. Напряжение u₁ на выходе интегратора уве­личивается по линейному закону под воздействием U₀.

Триггер Шмитта собран на микро­схеме DA2 и резисторах R₁ и R₂, обеспечивающих ПОС. Здесь использу­ется триггер Шмитта с управлением по току - при равенстве li₁l = lI₂l происходит переключение триггера Шмитта из одного состояния в другое. Для обеспечения периодического перезаряда кон­денсатора установлена цепочка R₃ - VD, по которой протекает ток I₃ пе­резаряда емкости С. На рис. 51 показаны временные диаграммы работы ГЛИН.

 

Рисунок 53 – Временные диаграммы работы ГЛИН на ОУ

 

Пусть в момент t = 0 ем­кость С перезаряжена до напряже­ния u₁ = -U_1max. При этом триггер Шмитта переключился в положение, когда u₂ = -U_2нас. Отрицательным напряжением -U_2нас диод VD за­крыт, т. е. не пропускает ток I₃ =0. Емкость С заряжается током I₀. Следовательно, напряжение u₁ увеличивается с постоянной скоростью (по линейному закону). При этом ток i₁ также увеличивается по линейному закону. При достижении равенства li₁l = l-I₂l триггер Шмитта переключается в другое состояние, при котором u₂ = +U_2нас. При этом диод VD открывается и начинает протекать ток I₃ - емкость С начинает перезаряжаться током I_пз = I₃ -I₀, а напряжение u₁ - уменьшаться по линейному закону.

В момент равенства l-i₁l = I₂ триггер Шмитта скачком перехо­дит в положение, когда u₂ = -U_2нас и далее цикл повторяется. Таким об­разом, ГЛИН одновременно формирует напряжение u₁ пилообразной формы и напряжение u₂ прямоугольной формы.