Генерування пилоподібних сигналів.

Мета: набути навичок розрахунку, складання і аналізу роботи генераторів лінійно-змінної напруги.

Устаткування: Емулятор електричних кіл Electronics Workbench

Додаткові відомості:

Генератори пилоподібних сигналів, або, вірніше, генератори лінійно-змінної напруги (ГЛІН-и) знаходять використання, наприклад, у колах сканування променя (розгортки) в електронно-променевих засобах відображення інформації (осцилографи, телевізори та ін.). Також ГЛІН-и використовуються у модуляторах, що використовують широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ). Сигнали з напругою, що змінюється лінійно можуть використовуватись для задач вимірювання чи порівняння.

ГЛІН можна створити використовуючи наявний генератор послідовності „прямокутних” імпульсів, додавши до нього інтегратор. Оскільки імпульси – це послідовність з проміжків, на яких напруга є константою, інтегрування констант призведе до лінійних функцій.

Використаємо генератор меандру з попередньої лабораторної роботи і додамо до нього інтегратор (рис. 12.1).

При розрахунку інтегратора слід пам’ятати про його інерційність, – постійну часу, – часову міру накопичення та усереднення вхідного сигналу. Тобто постійна часу має бути достатньою для інтегрування меандру з періодом Т ( ). Оскільки період меандру задається співвідношенням опору та ємності у генераторі, в інтеграторі можна використати збільшені значення опору чи ємності (або і того, і іншого). Як видно з рис. 12.1 використане збільшене значення ємності в колі інтегратора по відношенню до кола генератора меандру.

На рис. 12.2 наведена осцилограми роботи генератора. В каналі А спостерігається послідовність імпульсів – меандр, в каналі В – інтеграл від меандру. Слід зазначити, що інтегратор зібраний по схемі з інвертуванням (вхідний сигнал подається на інвертувальний вхід), тобто насправді вихідний сигнал відповідає інтегралу з додатковим знаком „-”.

Як видно з рис. 12.2, протягом дії постійної напруги на вході інтегратора, на його виході спостерігається лінійна зміна напруги. В моменти перемикання вхідної напруги, вихідна напруга змінює характер з наростання на спадання і навпаки. Позитивна вхідна напруга відповідає спаду вихідної, негативна – зростанню, оскільки інтегратор є інвертувальним. Нескладно визначити період сигналу Т = 45 мс = 0,045 с.

Друга принципова можливість створення напруги, що лінійно змінюється, обумовлюється процесом заряду конденсатора постійним струмом. Напруга на конденсаторі пропорційна заряду, що накопичений конденсатором. Заряд, в свою чергу, є інтегральним значенням сили струму, що протікає конденсатором. Отже, при постійному струмі заряд на конденсаторі, а разом з ним і напруга, будуть змінюватись лінійно.

Одним з найпростіших стабілізаторів струму є польовий транзистор. При з’єднанні затвора з витоком транзистор буде обмежувати максимальний струм насичення (відносний потенціал затвора нуль).

Оскільки польовий транзистор не є симетричним приладом, слід використовувати схему з розділенням ланок заряду і розряду конденсатора і двома транзисторами, включеними „дзеркально-симетрично” у ланки з різним напрямом електричного струму.

На рис. 12.3 наведена схема, що реалізує постійний струм як заряду, так і розряду конденсатора через однакові польові транзистори. Діоди розділюють ланки з різним напрямом руху струму – заряду та розряду. Тригер Шмідта забезпечує перемикання режимів заряду та розряду, а також додатково покращує стабільність напруги на виході операційного підсилювача.

Вихід напруги в ГЛІН (рис. 12.3) слід брати з конденсатора, а не з виходу операційного підсилювача. Необхідно зазначити, що відбір вихідного сигналу може вплинути на процес заряду/розряду, тобто на саму роботу генератора. Особливо дане зауваження суттєве при створенні сигналів великої потужності.

В ГЛІН на рис. 12.2 вихідна напруга відбиралась з виходу інтегратора, роботу якого забезпечує операційний підсилювач. Хоча, сам по собі операційний підсилювач не є дуже потужним приладом, але, принаймні, він є підсилювачем і призначений для відносно потужних вихідних сигналів.

За необхідності потужних вихідних сигналів від схеми за рис. 12.3, вихідну напругу ГЛІН можна підсилити додатковим підсилювальним каскадом (або кількома каскадами).

За осцилограмою на рис. 12.3 визначаємо період сигналу Т = 110 мс = =0,110 с.

До генераторів лінійно-змінної напруги відносять також генератори сигналів, в яких тривалості зростання та спаду напруги відрізняються. Зокрема, популярні сигнали в яких час спадання сигналу набагато менший, ніж час його зростання. В ідеальному випадку спадання сигналу відбувається миттєва. За формою, такі сигнали нагадують пилу, за що і здобули назву „пилоподібні”. Такі сигнали, зокрема, використовуються у схемах сканування променя по екрану. Ділянка відносно повільного зростання напруги відповідає прямому ходу променя і рисуванню лінії. Ділянка миттєвого зменшення напруги відповідає зворотному ходу і поверненню променя до початку нового рядка.

Для генерування пилоподібних сигналів використовують або сигнал з великою шпарністю з наступним інтегруванням, або розділені ланки заряду та розряду конденсатора.

На рис. 12.4 наведена схема генератора „пилоподібного” сигналу та осцилограма його роботи. Як видно зі схеми, заряд конденсатора відбувається постійним струмом через стабілізуючий польовий транзистор, розряд відбувається лише через діод і операційний підсилювач. За умови ідеальності цих елементів розряд буде миттєвим. В реальний елементах швидкість розряду буде набагато більшою, ніж заряду, що і спостерігається на осцилограмі. За осцилограмою роботи генератора нескладно визначити період сигналу Т = 290 мс = 0,290 с.

Параметри сигналів, що генеруються ГЛІН-ами, визначаються часовими параметрами заряду/розряду конденсатора, властивостями транзистора щодо стабілізації струму, показниками ідеальності (чи неідеальності) діодів та операційних підсилювачів.

Оскільки в основі будови ГЛІН-ів лежить тригер Шмідта, саме ним будуть задаватись визначальні параметри сигналу. Можна використати формулу для періоду сигналу з л.р. № 11 для схеми за рис. 12.1.

, (1)

Для схем з стабілізацією струму польовими транзисторами параметр R визначається моделлю самого транзистора і вилучається з формули. Залишається

. (2)

Коефіцієнти α і β можуть бути розраховані, але з урахуванням відхилень реальних значень деталей від ідеальних, набагато простіше визначити ці коефіцієнти практично для заданої комбінації операційного підсилювача, діодів та транзисторів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЗАВДАННЯ	\|	ЗАВДАННЯ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.02 сек.