Характеристика, виды и принцип работы генераторов линейно изменяющегося напряжения и тока

При подаче на вход схемы отрицательного импульса его длительность должна быть равна длительности формируемого пилообразного напряжения. Так как импульс отрицательный, транзистор закрывается, следовательно, в последовательной схеме конденсатор С медленно разряжается через резистор R3. На выходе формируется линейно падающее напряжение. В параллельной схеме конденсатор С медленно заряжается от источника +Е. На выходе формируется линейно возрастающее напряжение.

Когда заканчивается действие входного импульса, транзисторы открываются и схемы быстро возвращаются к исходному состоянию.

Т.о., простейший генератор формирует линейно-падающее и линейно-возрастающее напряжение.

Достоинство схем - простота.

Недостатком схем является то, что формируется не линейное напряжение, а напряжение, изменяющееся по экспоненте (как заряжается конденсатор С). В экспоненте линейный участок занимает только 10% от Uмах

Поэтому использовать такие ГПН энергетически невыгодно. Так, например, для импульсов с амплитудой 10 В необходим источник 100 В.

Для устранения недостатков таких простейших схем используют ряд способов, благодаря которым и созданы более широко используемые ГПН, которые лишены указанных недостатков.

Генератор пилообразного напряжения с токостабилизирующим элементом.

Эта схема повторяет схему простейшего ГПН последовательного типа, но вместо сопротивления R3, через который разряжается конденсатор С, включён транзистор VT2 с резистором R. В результате, линейность формируемого пилообразного напряжения резко возрастает.

Рис. 5

Работа ГПН с токостабилизирующим элементом.

Для получения линейно-падающего напряжения необходимо, чтобы ток разряда конденсатора был постоянен (Iразр=const). Это достигается путём включения в цепь разряда конденсатора С транзистора VT2, работающего в активном режиме. В начале разряда, когда Iразр большой, через цепь разряда стремиться протекать тоже большой ток. Но при этом на Rэ появиться относительно большое напряжение. Транзистор VT2 подзакрывается и конденсатор будет разряжаться медленнее. В конце разряда конденсатора С, когда ток разряда маленький, транзистор VT2 приоткрывается, ток Iразр конденсатора остаётся постоянным. Т.е. выполняется условие Iразр=const.

Сказанное поясняется вольтамперной характеристикой биполярного транзистора.

Источник +-Есм позволяет в исходном состоянии выбрать значение Iб транзистора VT2.

Работа схемы в целом заключается в следующем.

В исходном состоянии транзистор VT1 открыт за счёт малого Rк, т.к. Uвых=Uс=Е. (Т.е. Rб<Rк ).

При запускающем импульсе транзистор закрывается и конденсатор С разряжается, транзистор VT2 открывается. Транзистор VT2, Rэ, Есм - стабилизатор тока с ООС. Сопротивление Rэ, осуществляющее ООС, достаточно велико.

Чтобы не использовать второй источник Есм, применяют схему автоматического смещения с делителем напряжения и Rэ.

Генератор пилообразного напряжения компенсационного типа.

Рассмотрим схему такого ГПН, собранного на ОУ.

Рис. 6

Рассматриваемая схема генератора относится к схемам линейно изменяющегося напряжения компенсационного типа.

В таких схемах имеется источник (компенсирующий), который "следит" за изменением напряжения на конденсаторе Uс и компенсирует его, т.е.

Uс-Uк=0.

В данной схеме, когда ключ замкнут, конденсатор разряжен. Когда ключ разомкнут, появляется возможность его заряда. Ключ может представлять собой обычный транзисторный ключ, который управляется видеоимпульсами. На схему подаётся напряжение питания Е. В результате заряжается конденсатор С и на выходе появляется линейно-возрастающее напряжение отрицательной полярности.

В результате ООС через конденсатор С это напряжение также приложено к данному конденсатору, но с обратным знаком, т.е. Uс=_Uвых.(т.е. Uвых старается поддерживать Uвх=0, что является особенностью ОУ). В результате ток разряда конденсатора iразр будет определяться по формуле:

Iразр=(Е-Uc+Uвых)/R.

Так как Uс=Uвых, то Iразр=E/R=const.

Т.к. напряжения конденсатора и выхода -Uc и Uвых одинаковы по величине, но противоположны по знаку, имеем постоянство тока разряда конденсатора С, а, следовательно, линейность выходного напряжения.

Т.о. генераторы пилообразного напряжения позволяет формировать пилообразное напряжение только, если в их состав входит схема стабилизации (повышения) линейности формируемого напряжения.

Рассмотрим некоторые параметры ГЛИН.

1) Амплитуда выходного импульса Um=Uc;

2) Коэффициент нелинейности - оценивает отклонение ЛИН от линейного:

Кн=(Iс нач-Iс кон)/Iс кон

Iс нач=E/R;

Iс кон=(E-Uс)/R;

Считая, что Uc<<Е, для простейшей схемы получим:

Кн=Uc/Е=tи/tц=tпр.х./tц.

3) Коэффициент использования ИП - показывает, на сколько амплитуда пилообразного напряжения Аm меньше предельно возможной, т.е.

Ки=Uс/(Е-Uо),

т.к. Uо можно пренебречь, то:

Ки=U/Е=Аm/Е.

Т.о., для простейшей схемы:

Кн=Ки,

т.е., если нужно получить Кн=1%, то Uс=0.01Е.

4) Время прямого хода импульса tпр.х.и.;

5) Время обратного хода импульса tоб.х.и.

ГПН могут применяться для получения сигналов отклонения луча в электронно-лучевой трубке с электростатическим отклонением. Использовать их в электронно-лучевой трубке с электромагнитным отклонением нельзя. Следовательно, необходимо использовать генераторы пилообразного тока.

3. Генераторы линейно изменяющегося тока

Как уже сказано выше, генераторы постоянного тока применяется (ГПТ) в электронно-лучевой трубке с электромагнитным отклонением луча. В отличии от ГПН в ГПТ имеется "развязка" выхода ГПН с отклоняющей катушкой. Это или эмиттерный повторитель (ЭП) или усилитель (УС). Отсюда, в состав ГПТ входят ГПН и ЭП (УС), нагрузкой которого является отклоняющая катушка.

ЭП применяется для согласования с малым сопротивлением отклоняющей катушки.

В данной схеме имеется ГПН, собранный по параллельной схеме. Здесь диод VD предназначен для ускорения разряда конденсатора С и возврата схемы в исходное состояние. Когда конденсатор С заряжается, напряжение с него подаётся на транзистор VT2. Транзистор VT2 открывается и через отклоняющую катушку Lок начинает протекать ток.

В результате луч отклоняется. Чтобы через катушку протекал линейно возрастающий ток, необходимо на базу транзистора VT2 подавать трапециидальное напряжение:

U=Uc+UR4,

где UR4 называется пьедесталом.

В схеме сопротивление шунта Rш служит для срыва колебаний в Lок.

Недостаток рассмотренной схемы генератора линейно изменяющегося тока является нелостаточная линейность получаемого выходного сигнала.

В нескольких словах необходимо указать на применение генераторов линейно изменяющихся импульсов (ГПИ).

Применение линейно изменяющихся импульсов (ГПИ).

В аппаратуре связи - при перестройки станции с одной частоты на другую.