Что такое линейно изменяющееся напряжение
Перейти к содержимому

Что такое линейно изменяющееся напряжение

  • автор:

3.3. Генератор линейно изменяющегося напряжения

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (генераторы пилообразного напряжения) – это устройства, формирующие периодический импульсный сигнал в виде линейно нарастающего (спадающего) напряжения на интервале времени, близком к периоду следования импульсов. Примерный вид линейно изменяющегося напряжения (ЛИН) приведен на временной диаграмме (рис.3.14).

Линейно изменяющееся напряжение (рис.3.14) характеризуется:

  • максимальным (амплитудным) значением ;
  • периодом Т;
  • длительностью рабочего хода ;
  • длительностью обратного хода ;
  • коэффициентом нелинейности , (3.19)

где и – соответственно, скорости изменения напряжения в начале и конце рабочего хода (рис.3.14).

3.3.1. Простейший глин

Схема простейшего ГЛИН приведена на рис.3.15,а. Временные диаграммы, поясняющие его работу приведены на рис.3.15,б.

Пусть на интервале времени – напряжение управления и ток базы транзистора VT так же близок к нулю. Транзистор VT закрыт и конденсатор С заряжается током, проходящим по цепи: источник питания – резистор – конденсатор – общий провод схемы, и к моменту времени напряжение на конденсаторе и равное ему выходное напряжение достигают амплитудного значения .

В момент времени на выходе генератора импульсов (ГИ) появляется импульс и напряжение управления становится больше нуля ( ). Появляется ток базы транзистора VT. Транзистор открывается и конденсатор С разрежается через открытый транзистор до напряжения близкого к нулю ( ).

В момент времени импульс на выходе ГИ заканчивается. Ток базы транзистора VT прекращается и транзистор закрывается. Начинается уже рассмотренный процесс заряда конденсатора С. Напряжение на конденсаторе С изменяется согласно выражению:

где – постоянная времени.

Определим коэффициент нелинейности напряжения на выходе ГЛИН. Рассмотрим интервал времени – . Момент времени соответствует началу рабочего хода, а момент времени – концу рабочего хода. Поэтому выражение (3.19) следует записать:

Поскольку напряжение на выходе ГЛИН равно напряжению на конденсаторе, то с учетом известного выражения , можно записать:

Подставив (3.22) в (3.21) и домножив числитель и знаменатель на С получим:

Ток конденсатора на интервале времени – равен току резистора :

где – напряжение на резисторе . Поскольку , а , то, пренебрегая напряжением на транзисторе в режиме насыщения, подставив значения напряжения на конденсаторе в (3.24) получим:

где – амплитудное значение ЛИН. Подставив последние выражения в (3.23) определим коэффициент нелинейности через параметры элементов схемы.

Лабораторный практикум по радиоэлектронике
на персональном компьютере

Лабораторная работа №12 Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения

Цель работы: Построение схем и изучение принципа работы генераторов линейно изменяющегося напряжения.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое линейно изменяющееся напряжение? Какие типы ГЛИН вам известны?
2. Расскажите об области применения линейно изменяющегося напряжения.
3. Перечислите основные параметры линейно изменяющегося напряжения.
4. Как определить коэффициент использования напряжения источника питания?
5. Расскажите о принципе работы ГЛИН, сипользуя единую эквивалентную схему.
6. Нарисуйте схему ГЛИН на биполярном транзисторе. Опишите принцип ее работы.
7. Нарисуйте схему ГЛИН на логическом элементе И-НЕ. Опишите принцип ее работы.
8. Нарисуйте схему ГЛИН на операционном усилителе. Опишите принцип ее работы.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему генератора линейно изменяющегося напряжения, изображенную на рисунке 49.

Рисунок 49 – Генератор линейно изменяющегося напряжения на биполярном транзисторе

2. Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой.
3. Установить параметры функционального генератора в соответствии с рисунком 50.

Рисунок 50 – Настройка функционального генератора

4. Включить схему.
5. Развернуть и настроить осциллограф, изменяя чувствительность и длительность развертки. На экране можно наблюдать изменение выходного сигнала (Рисунок 51)

Рисунок 51 – Осциллограмма выходного напряжения

6. Изменяя параметры схемы наблюдать за изменением выходного напряжения.
7. Собрать схему генератора линейно изменяющегося напряжения, изображенную на рисунке 52.

Рисунок 52 – Генератор линейно изменяющегося напряжения на логическом элементе И-НЕ

8. Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой.
9. Развернуть и настроить осциллограф, изменяя чувствительность и длительность развертки. На экране можно наблюдать изменение выходного сигнала.
10. Изменяя параметры схемы наблюдать за изменением выходного напряжения.
11. Собрать схему генератора линейно изменяющегося напряжения, изображенную на рисунке 53.

Рисунок 53 – Генератор линейно изменяющегося напряжения на операционном усилителе
12. Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой.
13. Установить параметры функционального генератора в соответствии с рисунком 54.

Рисунок 54 – Настройка функционального генератора

14. Развернуть и настроить осциллограф, изменяя чувствительность и длительность развертки. На экране можно наблюдать изменение выходного сигнала.
15. Изменяя параметры схемы наблюдать за изменением выходного напряжения.
16. Сделать вывод.

Широкодиапазонные генераторы линейно изменяющегося напряжения

Для построения генераторов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) обычно используют генератор стабильного тока, заряжающий конденсатор, а также ключевое пороговое устройство, периодически сбрасывающее заряд конденсатора. Чаще всего такие генераторы работают в ограниченном диапазоне частот, поскольку сложно согласовать момент достижения требуемого напряжения на обкладках конденсатора и момент разрядки (сброса) этого напряжения.

На Рисунках 1–4 приведены несколько схем широкодиапазонных генераторов линейно изменяющегося напряжения.

Рисунок 1. ГЛИН на диапазон частот от 1 до 7.6 кГц.

ГЛИН, Рисунок 1, содержит генератор прямоугольных импульсов на элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы CD40106, токовое зеркало на транзисторах VT1 и VT2 BC557B, модулятор зарядного тока на транзисторе VT3 BC547C, накопительный конденсатор C3, а также схему синхронизации сброса заряда на транзисторе VT4 BC547C.

Рисунок 2. ГЛИН на диапазон частот от 100 до 700 кГц.

Частоту генерации плавно регулируют потенциометром R1.1 в пределах от 1 до 7.6 кГц. С выходов элементов DD1.1 и DD1.2 микросхемы CD40106 противофазные управляющие сигналы поступают на базу модулятора зарядного тока на транзисторе VT3 BC547C. Величина зарядного тока регулируется одновременно с изменением частоты генерации потенциометром R1.2. Выходной ток токового зеркала заряжает конденсатор C3 по линейному закону.

Сигнал с выхода элемента DD1.1 генератора прямоугольных импульсов через дифференцирующую цепочку C4R6 подается на базу транзистора VT4 BC547C, предназначенного для сброса заряда конденсатора C3. Сброс заряда происходит в момент появления очередного импульса прямоугольного напряжения на выходе элемента DD1.1.

Амплитуда выходного сигнала пилообразной линейно нарастающей формы достигает 7.5 В и остается постоянной во всем диапазоне частот.

ГЛИН, Рисунок 2, выполнен на ТТЛ микросхеме DD1 SN7414. Этот генератор выполнен по аналогичной схеме, но питается от источника питания напряжением 5 В. Амплитуда выходного сигнала равна 1.5 В в диапазоне частот перестройки генератора от 100 до 700 кГц.

Третий генератор, Рисунок 3, также выполнен на микросхеме DD1 SN7414. Он работает в диапазоне частот от 10 до 22.4 кГц, амплитуда выходного сигнала 2.5 В.

Рисунок 3. ГЛИН на диапазон частот от 10 до 22.4 кГц.

ГЛИН, Рисунок 4, выполнен по принципиально иной схеме. Он также содержит ряд элементов предыдущих конструкций: токовое зеркало на транзисторах VT1 и VT2 BC558B, модулятор зарядного тока на транзисторе VT3 BC547C, накопительный конденсатор C2 и схему синхронизации сброса заряда на транзисторе VT4 BC547C. Кроме того, в состав генератора входит ключевое пороговое устройство на элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы CD40106 и транзисторе VT4 2N7000.

Рисунок 4. ГЛИН на диапазон частот от 20 Гц до 10 кГц.

Величина зарядного тока накопительного конденсатора C2 и, следовательно, частота генерации задается регулировкой потенциометра R1. Резистор R3 ограничивает минимальное значение частоты генерации. Таким образом, конденсатор C2 заряжается по линейно нарастающему закону. Когда напряжение на обкладках конденсатора C2 превысит напряжение переключения логического элемента DD1.1, произойдет мгновенное переключение состояния логических элементов DD1.1 и DD1.2, транзистор VT4 откроется и разрядит конденсатор C2, после чего процесс заряда/разряда этого конденсатора будет периодически повторяться.

Частота пилообразных импульсов на выходе генератора регулируется от 20 Гц до 10 кГц; максимальное напряжение на выходе генератора 7.0 В.

Частоту генерации ГЛИН, Рисунок 4, можно регулировать также потенциометром, включенным в цепь эмиттера транзистора VT3.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD40106B
  2. Datasheet Texas Instruments SN7404
  3. Datasheet Texas Instruments SN7414
  4. Datasheet Microchip 2N7000
  5. Datasheet Fairchild BC547C
  6. Datasheet Fairchild BC557B
  7. Datasheet Fairchild BC558B

Генератор линейно изменяющегося сигнала

Техника

Генера́тор лине́йно изменя́ющегося сигна́ла, электронное устройство, обеспечивающее формирование электрических сигналов (например, напряжения или тока ), величина которых изменяется во времени по линейному закону; разновидность генератора электрических колебаний . Генераторы линейно изменяющегося сигнала подразделяются на автогенераторы и генераторы с внешним возбуждением , в которых формирование выходного сигнала инициируется поступающим на вход импульсом запуска. Генераторы линейно изменяющегося сигнала с самовозбуждением формируют периодическую последовательность импульсов, содержащих интервалы нарастания и спада; переключение (переход от одного интервала к другому) осуществляется в момент достижения сигналом заданного фиксированного уровня. Генераторы линейно изменяющегося сигнала с внешним возбуждением (в ждущем режиме) формируют линейно изменяющиеся сигналы (как правило, треугольной формы) в ответ на запускающий импульсный сигнал.

Генераторы линейно изменяющегося сигнала выполняются аналоговыми или цифровыми. В аналоговых генераторах линейный закон изменения напряжения достигается при заряде (разряде) конденсатора от источника постоянного тока либо на выходе интегратора при подаче на его вход знакопеременных прямоугольных импульсов. Линейное изменение тока создаётся в индуктивном элементе при приложении к нему постоянного напряжения. В цифровых генераторах линейно изменяющегося сигнала линейное изменение цифрового кода формируется счётчиком импульсов при постоянстве частоты повторения импульсов, подаваемых на его вход; при поступлении каждого импульса цифровой код на выходе счётчика увеличивается (или уменьшается) на единицу. Основные параметры генератора линейно изменяющегося сигнала: минимальная и максимальная величи́ны формируемого сигнала, скорость его нарастания (спада), частота повторения, максимально достижимое отношение длительностей нарастания и спада, отклонение формируемого сигнала от линейного закона. Генераторы линейно изменяющегося сигнала широко применяются в устройствах автоматического управления и системах отображения информации в качестве генераторов развёртки (например, в электронно-лучевых приборах осуществляют отклонение электронного луча по горизонтали и вертикали для развёртки изображения), а также в импульсных модуляторах , в том числе в системах управления устройствами силовой электроники .

Редакция технологий и техники

Опубликовано 1 мая 2023 г. в 09:20 (GMT+3). Последнее обновление 1 мая 2023 г. в 09:20 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Техника

Области знаний: Техника

  • Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
    Создан при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации.
    Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
    ISSN: 2949-2076
  • Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
    Главный редактор: Кравец С. Л.
    Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
    Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru
  • © АНО БРЭ, 2022 — 2024. Все права защищены.
  • Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
    Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
  • Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
    Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *