Генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН)

Генераторы линейно изменяющихся напряжений (ГЛИН) формируют напряжения пилообразной формы. Для создания линейной зависимости напряжения от времени чаще всего используют заряд (разряд) конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис.4.20., временные диаграммы напряжений приведены там же.

 

Рис.4.20.

 

При разомкнутом ключе КЛ. конденсатор С заряжается от источника тока и напряжение на нем нарастает

 

Где t = 0 – момент начала заряда.

В момент t=t₁ замыкается ключ КЛ. и конденсатор экспоненциально разряжается через ключ и резистор , который введен в схему для ограничения разрядного тока. После разряда конденсатора до напряжения U_с(0)=0 ключ, может быть, разомкнут, тогда начнется вновь процесс формирования линейно нарастающего напряжения.

Наиболее просто этот процесс может быть получен при использовании ИМС. Рассмотрим схему с использованием интегратора. При подачи на вход U_вх*>0 напряжение на выходе уменьшается по линейному закону

 

При подачи U_вх= - U_вх* выходное напряжение нарастает также по линейному закону

На рис.4.20. приведена схема ГЛИН с внешним управлением и временные диаграммы на рис. Схема состоит из компаратора и интегратора. Длительность t_и положительного входного импульса U_у определяет длительность стадии спада выходного напряжения U_глин , длительность стадии нарастания равна паузе t_п между импульсами U_у.

При поступлении входного напряжения, амплитуда которого U_ум>E₀ , компаратор переходит в состояние положительного насыщения. Открывается диод V1 и напряжение убывает по линейному закону. Крутизна напряжения ГЛИН на интервале спада

 

S_c=dU_глин/dt=U_выхмах/R₁C

 

При прекращении импульса компаратор под воздействием напряжения на инвертирующем входе переходит в состояние отрицательного насыщения U'= - U_выхмах . Открывается диод V2 и интегратор формирует линейно нарастающее напряжение. Крутизна нарастания на интервале

 

S_н=dU_глин/dt=U_выхмах/R₂С

 

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

- t_и S_c = t_п S_н

Учитывая возможную нестабильность крутизны и длительности t_и, t_п получить устойчивую работу невозможно без дополнительных элементов.

В схему вводят стабилитроны, их задача ограничивать область изменения напряжения. Работа стабилитронов показана на рис. Помимо ГЛИН с внешним управлением часто применяют ГЛИН, работающий в автогенераторном режиме, т.е. без управляющего сигнала. Схема такого ГЛИНа приведена на рис.4.21..

Эта схема отличается от приведенной раннее тем, что в ней есть цепь ОС (R₃,R₄), которая связывает прямой вход компаратора с выходами компаратора и интегратора. Найдем напряжение методом суперпозиции

 

Временные диаграммы приведены на рис.4.21. Начнем рассмотрение в момент t₁ . когда компаратор переходит в состояние отрицательного насыщения . При этом открывается диод V2 и на интеграторе начинается процесс формирования нарастающего напряжения. Напряжение обратной связи на интервале также линейно нарастает. Для момента t₂ получим

 

 

В момент t₂ компаратор переключается, напряжение на его входе скачком изменяется до значения U'=U_выхмах, это значит, что и U_ос изменяется скачком.

На интервале t₂ – t₃ открыт диод V1. Интегратор формирует линейно убывающее напряжение U_глин . Напряжение U_ос также линейно убывает и при t=t₃

 

Компаратор вновь регенеративно переключается. Начинается формирование линейно нарастающего участка. Полученные выражения позволяют определить значения напряжений, длительность нарастания и спада напряжения, показать связь параметров резисторов с вышеуказанными величинами

ГЛИН находят широкое применение в технике.

 

 

.

 

Рис. 4.21.

 

В качестве примера рассмотрим импульсное устройство, структурная схема, которого приведено на рис.4.22.Временные диаграммы на рис. 4.23.

 

Рис.4.22.

 

 

Рис. 4.23.

 

Устройство состоит из ГЛИН, связанного с компаратором К, на второй вход которого подается входной (преобразуемый) сигнал u_вх. Компаратор через диод связан с первым выходом схемы R_н1 и с управляющей цепью ключа КЛ., который подключает мультивибратор МВ ко второму выходу R_н2. Компаратор К фиксирует равенство u_глин(t)=u_вх(t). В момент t₂ u_глин=S_н(t₂-t₁), где t₂-t₁=t_и . Отсюда t_и=u_вых/S. При переключениях компаратора на его выходе формируются прямоугольные импульсы, длительность которых прямо пропорционально текущему значению u_вх. При u_вых1>0 замыкается КЛ. и в нагрузку R_н2 поступает пачка импульсов с выхода мультивібратора, число которых пропорционально интервалу t_и и напряжению u_вх.. Таким образом, устройство является преобразователем напряжения в число импульсов.