4.2. Электронные генераторы

4.2.1. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (глин)

на транзисторе

Схема простейшего транзисторного гене­ратора линейно возрастающего напряжения (а) и вре­менные диаграммы ее входного и выходного на­пряжений (б) приведены на рис.4.6.

VT

Рис.4.6. Схема транзисторного ГЛИН (а) и временные диаграммы ее входных и выходных напряжений (б)

Схема генератора включает в себя интегрирующую RC-цепь, ключевой транзистор VT и разделительный конденсатор C_P, связывающий генератор с источником управляющих сигналов U_ВХ.

При отсутствии входных импульсов транзистор VT насыщен. Входное напряжение близко к нулю.

Отрицательный входной импульс, поступая через разделительный конденсатор С_Р на базу транзистора VT, выводит транзистор из режима насыщения. Через малый интервал времени (t^`₁-t₁), соответствующий процессу рассасывания, транзистор VT оказывается заперт. Начинается заряд конденсатора С от источника питания Е_К через коллекторный резистор R_К.

Предельный уровень, к которому стремится напряжение на конденсаторе, равен

,

где I_К0 – обратный ток запертого транзистора.

Напряжение на конденсаторе будет изменятся по экспоненциальному закону

.

После окончания входного импульса транзистор VT отпирается и происходит быстрый разряд конденсатора С: обратный ход выходного напряжения.

Преимуществом данной схемы является простота. Однако схеме присущ и ряд недостатков. Основным из них является большой коэффициент нелинейности.

Для улучшения линейности пилообразного напряжения применяются специальные меры.

2. Генераторы прямоугольных импульсов на операционном

усилителе (ОУ)

На рис.4.7,а представлена схема генератора прямоугольных импульсов или симметричного мультивибратора на ОУ. ОУ выполняет в схеме роль компаратора, на прямой вход которого подается опорное напряжение U_ОП с делителя R₂R₃, а на инвертирующий вход – напряжение конденсатора U_C интегрирующей цепочки C₁R₁. Рассмотрим процессы при возникновении колебаний в схеме.

Рис.4.7. Симметричный мультивибратор на ОУ (а) и временная диаграмма его работы (б)

Предположим (рис.4.7, а), что конденсатор С₁ был разряжен U_C=0, а при включении напряжения питания выходное напряжение стало положительным. В таком случае из-за положительной обратной связи (U₀>0), осуществляемой цепью R₂R₃, прямой вход будет под положительным потенциалом, что приведет к дальнейшему увеличению выходного напряжения вплоть до U⁺_ВЫХ.

Начинается экспоненциальный процесс заряда конденсатора током, протекающим через резистор R₁. При t=0 (рис.4.7, б) напряжение на конденсаторе достигает опорного напряжения U_ОП, ОУ срабатывает как компаратор, а выходное напряжение U_ВЫХ и опорное напряжение U_ОП изменяются на противоположные. Конденсатор при t>0 начинает перезаряжаться, а напряжение на нем U_С стремится к напряжению U^(-)_ВЫХ.

При t=t₁ U_C=-U₀, поэтому произойдет очередной переброс схемы, после которого напряжение U_С начинает стремится к U⁺_ВЫХ.

Выходное напряжение мультивибратора на ОУ представляет разнополярные прямоугольные импульсы с амплитудой, равной выходным напряжениям насыщения U⁺_ВЫХ и U^-_ВЫХ, и с периодом следования Т.

Процессы в схеме при t>0 можно считать установившимися.

Определим период следования импульсов Т=1/f. Положим U⁺_ВЫХ= U^-_ВЫХ= =U_ВЫХ. На интервале 0 – t₁ напряжение на конденсаторе изменяется от +U₀ до - U₀ в соответствии с выражением

.

При t=t₁=T/2 U_C=U₀, поэтому имеем

,

откуда , или с учетом того, что , имеем

,

где .

Нестабильность частоты мультивибратора при изменении температуры от 20 до 70⁰С и напряжении питания в пределах ±10% не превосходит ±1%.