Низкочастотный генератор для радиолюбительской лаборатории. Генераторы сигнала пилообразной формы Генератор пилообразного напряжения простейшая схема работа

Делаем несложный функциональный генератор своими руками.

Каждый радиолюбитель, который изготавливает или повторяет радиоэлектронные устройства, рано или поздно сталкивается с необходимостью настройки и наладки собранных изделий.

В свою очередь, процесс настройки предполагает наличие соответствующих измерительных приборов. В наше время, безусловно, можно приобрести измерительные приборы промышленного изготовления, благо сейчас приборы стали широкодоступны.

Но, несложные приборы можно изготовить самостоятельно.

Вашему вниманию предлагается описание несложного функционального генератора, изготовленного мною много лет тому назад, который до сих пор находится в отличном работоспособном состоянии.

Функциональный генератор, это генератор колебаний, работающий в низкочастотном диапазоне (1Гц-100 кГц) и формирующий на выходе сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы. Описание этого функционального генератора было опубликовано в журнале Радио №6 за 1992 год.

Данный генератор значительно упрощает ремонт узлов и устройств низкочастотной аппаратуры. Внешний вид изготовленного мною функционального генератора.

На переднюю панель выведены:

Переключатель диапазонов генератора;

Переключатель режима работы генератора;

Ручка установки частоты генерируемых колебаний;

Регулятор уровня выходного напряжения;

Выключатель питания;

Гнездо выхода;

Предлагаемый функциональный генератор имеет следующие технические характеристики:

— диапазон генерируемых частот 1 Гц-100 кГц, разделен на пять поддиапазонов:

1) 1 Гц-10 Гц;

2) 10 Гц-100 Гц;

3) 100 Гц-1 кГц;

4) 1 кГц-10 кГц;

5) 10 кГц-100 кГц;

— максимальный размах сигналов прямоугольный формы -10 В;

— максимальный размах сигналов треугольной формы -6 В;

— максимальный размах сигналов синусоидальной формы -3,3 В;

Краткое описание схемы функционального генератора.

Принципиальная схема функционального генератора представлена ниже:

Задающий генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3. На выходе элемента DD1.1 формируются треугольные импульсы. Прямоугольные импульсы формируются узлом на элементах DD1.2, DD1.3.

Преобразователь сигналов треугольной формы в синусоидальную собран на элементах VD1-VD6 и R10-R12.

Данный генератор обеспечивает получение «белого шума», источником которого является стабилитрон VD9. Напряжение «белого шума» усиливается до уровня 5В усилителем на элементе DD1.4.

Частота генерируемых колебаний устанавливается переменным резистором R3.

Для контроля частоты генерируемых функциональным генератором колебаний мною был применен частотомер, описание которого опубликовано в брошюре «В помощь радиолюбителю» №99. Схема частотомера была немного доработана: добавлен еще один разряд индикации и заменены люминесцентные индикаторы типа ИВ-3 на светодиодные типа АЛС314А. Частотомер размещен в одном корпусе с функциональным генератором.

Принципиальная схема частотомера, с учетом вышеизложенных доработок приведена ниже:

Конечно же, в наши дни «городить» такой частотомер нет никакой необходимости. Все гораздо проще и компактнее получается на микроконтроллерах. Схема предоставлена в ознакомительных целях.

Настало время проверить работоспособность генератора.

Форму и размах колебаний проверяем при помощи осциллографа.

Синусоидальные колебания . Синусоида чистая, частота около 1000 Гц. Параметры каналов вертикального и горизонтального отклонения указаны на фото.

Треугольные колебания также имеют правильную форму:

Прямоугольные колебания выглядят не менее достойно. Меандр ровный и четкий, без выбросов, с крутыми фронтами.

Реальные технические характеристики функционального генератора практически соответствуют заявленным в авторской статье.

Небольшое видео, демонстрирующее работу цифровой шкалы функционального генератора:

Наглядно видно, как происходит подсчет количества импульсов.

Аналоговый генератор с пассивным интегратором (пилообразного напряжения) представляет собой низкочастотный генератор повторяющихся сигналов, линейно нарастающих во времени с периодическим сбросом до нуля или минимального уровня. Состоит из конденсатора с линейным зарядом от источника постоянного напряжения и усилителя выходного сигнала. Схема генератора пилообразного напряжения пассивным интегратором, ведомого синхроимпульсами, показана на рис. 2.51, а , диаграмма изменения сигналов показана на рис. 2.52, а.

Рис. 2.51. Схемы аналоговых ГПН: а - с пассивным интегратором; б - с активным интегратором

Рис. 2.52. Диаграммы преобразования сигналов аналоговыми ГПН: а - с пассивным интегратором; б - с активным интегратором

Заряд конденсатора С1 происходит от источника питания +15 В через резистор R3 по экспоненциальному закону:

Сброс пилообразного напряжения производится транзистором VT1, отпираемым синхроимпульсом м си. Постоянная времени цепи заряда конденсатора С1 выбирается так, чтобы использовать линейную часть функции изменения напряжения заряда (R3C1

Отрицательное смещение характеристики усилителя DA1 (цепь резистора R4) обеспечивает компенсацию падения напряжения Щ на эмиттер-коллекторном переходе транзистора VT1. Требуемая амплитуда пилообразного напряжения U njl устанавливается коэффициентом усиления выходного усилителя DA1. Подобные генераторы используются в блоках фазового управления БФУ-535 (БУВИП-133) и БРФ-176 (БУРТ-16) электровозов переменного тока ВЛ85, ВЛ80С.

Аналоговый генератор с активным интегратором предназначен для автоматического управления тиристорным импульсным преобразователем напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Схема генератора, ведомого синхроимпульсами, показана на рис. 2.51, б, а диаграмма изменения его сигналов - на рис. 2.52, б. Входной усилитель DA1 является компаратором с инверсной характеристикой переключения и положительным смещением. При положительном уровне выходного напряжения компаратора DA1 усилитель DA2 интегрирует это напряжение, формируя сигнал пилообразного вида. При подаче синхроимпульса на инвертирующий вход усилителя DA1 его выходное напряжение переключается с положительного уровня на отрицательный, сбрасывая пилообразный сигнал до уровня, близкого к нулю.

Напряжение на выходе усилителя DA2 линейно нарастает при отрицательном уровне, так как усилитель DA2 инвертирует входной сигнал. Необходимая амплитуда пилообразного напряжения устанавливается величиной входного резистора R5:

При отрицательном импульсе входного напряжения усилителя DA2 происходит переключение сопротивления входного резистора диодом VD1 на малую величину R4«R5, при которой постоянная времени интегратора существенно уменьшается, обеспечивая быстрый сброс выходного напряжения. Диод VD2 в обратной связи усилителя DA2 ограничивает выходное напряжение на уровне порогового напряжения диода Щ.

При переключении входного сигнала DA2 на положительный уровень постоянная времени интегратора изменяется на большую величину, когда входное напряжение превышает пороговое напряжение обоих диодов. При этом выходное напряжение генератора скачком возрастает на величину 2 t/ Q .

Цифровой генератор пилообразного напряжения состоит из триггерного счетчика тактовых импульсов DD1, цифроаналогового преобразователя в виде резисторного цепного делителя напряжения и выходного аналогового усилителя DA1. Схема четырехразрядного цифрового генератора пилообразного напряжения показана на рис. 2.53.

Рис. 2.53.

Диаграмма изменения сигналов генератора пилообразного напряжения показана на рис. 2.54. На каждый такт генератора тактовых импульсов -П-С выходное напряжение усилителя DA1 дискретно увеличивается на Vj6 максимального выходного напряжения усилителя DA1. Необходимая амплитуда пилообразного напряжения U njl устанавливается посредством коэффициента усиления выходного усилителя DA1. Сброс пилообразного напряжения производится мгновенно на 16-й такт при обнулении триггерного счетчика DD1. После обнуления процесс дискретного нарастания вы-

ходного напряжения повторяется. Изменение частоты следования сигналов пилообразного напряжения можно выполнить только посредством изменения частоты тактовых сигналов С, подаваемых на вход генератора.

Схема низкочастотного генератора.

Низкочастотный генератор является одним из необходимейших приборов в радиолюбительской лаборатории. С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты. Генератор НЧ может быть источником НЧ сигнала, необходимого для работы других приборов (измерительных мостов, модуляторов и др.).

Принципиальная схема генератора показана на рисунке 1. Схема состоит из низкочастотного синусоидального генератора на операционном усилителе А1 и выходного делителя на резисторах R6, R12, R13, R14.

Схема синусоидального генератора традиционная. Операционный усилитель, при помощи положительной обратной связи (С1-СЗ, R3, R4, R5, С4-С6) выполненной по схеме моста Винна, переведен в режим генерации. Избыточная глубина положительной обратной связи, приводящая к искажению выходного синусоидального сигнала, компенсируется отрицательной ОС R1-R2. Причем, R1 подстроечный, чтобы с его помощью можно было установить величину ОС такой, при которой на выходе операционного усилителя неискаженный синусоидальный сигнал наибольшей амплитуды.
Лампа накаливания Н1 включена на выходе ОУ в его цепи обратной связи. Вместе с резистором R16 лампа образует делитель напряжения, коэффициент деления которого зависит от протекающего через него тока (лампа Н1 выполняет функции терморезистора, увеличивая свое сопротивление от нагрева, вызванного протекающим током).

Частота устанавливается двумя органами управления, - переключателем S1 выбирают один из трех поддиапазонов «20-200 Гц», «200-2000 Гц» и «2000-20000 Гц». Реально диапазоны немного шире и частично перекрывают друг друга. Плавная настройка частоты производится сдвоенным переменным резистором R5. Желательно чтобы резистор был с линейным законом изменения сопротивления. Сопротивления и законы изменения составных частей R5 должны быть строго одинаковыми, поэтому, применение самодельных сдвоенных резисторов (сделанных из двух одиночных) недопустимо. От точности равенства сопротивлений R5 сильно зависит коэффициент нелинейных искажений синусоидального сигнала.

На оси переменного резистора закреплена ручка со стрелкой (как у галетных приборных переключателей) и простая шкала для установки частоты. Для точной установки частоты лучше всего использовать цифровой частотомер.
Выходное напряжение плавно регулируют переменным резистором R6. С этого резистора поступает НЧ напряжение на выход. Понизить установленное значение в 10 и 100 раз можно при помощи аттенюатора на резисторах R12-R14.
Максимальное выходное напряжение НЧ генератора, - 1,0V.
Контролировать величину выходного напряжение удобнее всего по низкочастотному милливольтметру, делая поправку на значение аттенюатора на резисторах R12-R14.

Выключают генератор тумблером на два направления S2, отключающим генератор от источника двуполярного напряжения ±10V.

Большинство деталей расположено на печатной плате. Все регуляторы-резисторы, переключатели и разъемы расположены на передней панели. Многие детали смонтированы на их выводах.

Переключатель S1 галет-ный на три направления и три положения. Используются только два направления. Выключатель S2 -тумблер на два направления. Все разъемы - коаксиальные разъемы типа «Азия» от видеотехники. Дроссели L1 и L2 - от модулей цветности старых телевизоров УСЦТ (можно использовать любые дроссели индуктивностью не менее 30 мкГн). Лампа накаливания Н1 - индикаторная, с гибкими проволочными выводами (похожа на светодиод), на напряжение 6,3V и то 20 тА. Можно использовать и другую лампу на напряжение 2,5-13,5V и ток не более 0,1 А.

Налаживать генератор желательно используя частотомер и осциллограф. В этом случае, подстройкой резистора R1 добиваются максимального и неискаженного переменного синусоидального напряжения на выходе генератора, во всем диапазоне частот (это, обычно, соответствует величине выходного переменного напряжения 1V). Затем, более точным подбором R4 и R3 (эти сопротивления должны быть одинаковы) устанавливают диапазоны перестройки частоты. Если используются недостаточно точные конденсаторы С1-С6 может понадобиться их подбор или включение параллельно им «достроечных» конденсаторов.

Иванов А.

Литература:
1. Овечкин М. Низкочастотный измерительный комплекс, ж. Радио №4, 1980.

Радиоконструктор 08-2016

Кадровая развертка. Задающий генератор пилообразного напряжения (рис. 11.4) собран на транзисторах VT1 и VT2. При включения питающего напряжения конденсаторы С1 и С2 заряжаются. Через базовые цепи транзисторов протекают токи, которые выводят транзисторы в режим насыщения. Спустя некоторое время зарядный ток конденсаторов уменьшится и достигнет такого значения, при котором один из транзисторов выйдет из насыщения. Изменение напряжения в цепи коллектора транзистора VT1 закроет транзистор VT2. В результате конденсатор С1, включенный в цепь ООС, будет медленно разряжаться через коллекторную цепь транзистора VT1. Так как отрицательно заряженная обкладка конденсатора С1 подключена к базе транзистора VT1, при разряде конденсатора уменьшается ток базы и в результате автоматически устанавливается такое соотношение между токами коллектора и базы, которое точно равно коэффициенту передачи тока транзистора. За все время разряда конденсатора ток базы и напряжение на базе меняются незначительно. Ток через резисторы R1 и R2 остается постоянным и не зависит от процессов, протекающих в устройстве. Таким образом, во время прямого хода в генераторе имеется глубокая ООС, поддерживающая постоянным ток разряда конденсатора С1, а следовательно, и высокую линейность пилообразного напряжения. Поскольку коэффициент передачи тока транзистора меняется в зависимости от приложенного напряжения (в первоначальный момент на 1 - 2%), то и нелинейность сигнала будет характеризоваться таким же значением. Процесс разряда конденсатора прекращается при таких напряжениях на коллекторе, которые требуют для управления током коллектора значительного увеличения тока базы. Коэффициент передачи тока транзистора резко падает. В этом случае на базе транзистора VT2 значительно уменьшается закрывающий сигнал. Транзистор VT2 открывается. В его коллекторе появляется положительное напряжение, открывающее транзистор. Возникает лавинообразный процесс. Оба транзистора открыты. Цикл работы повторяется.

Рис. 11.4

Приведенные на схеме номиналы элементов формируют на выходе сигнал с амплитудой больше 10 В и с частотой 50 Гц. Для регулирования амплитуды выходного сигнала и его линейности служат резисторы R7 и R8 соответственно. Резистор R1 меняет частоту задающего генератора.

Генератор двухполярного пилообразного сигнала. Генератор пилообразного сигнала с регулируемым наклоном (рис. 11.5) состоит из двух интегрирующих цепочек R5, С1 и R2, С2 и порогового элемента, построенного на транзисторах VT1 и VT2. При включении питания на базе транзистора VT2 возникает сигнал 10 В. По мере заряда конденсатора С1 напряжение уменьшается. В это время напряжение на базе транзистора VT1 увеличивается. На разных концах потенциометра существуют сигналы с различными фронтами. Когда напряжение на базах транзисторов VT1 и VT2 сравняется, они откроются и произойдет разряд конденсаторов. После этого начнется новый цикл работы генератора. Наклон выходного пилообразного сигнала можно регулировать с помощью потенциометра в широких пределах.

Рис. 11.5

Рис. 11.6

Управляемый генератор. Генератор пилообразного сигнала (рис. 11.6, а) построен по схеме интегратора с большой постоянной времени, которая определяется выражением т = h 21 Э C 1 R 4 где h 21э - коэффициент передачи тока транзистора VT1. Транзистор VT1 медленно открывается: конденсатор С1 включен в цепь ООС. Напряжение в цепи коллектора уменьшается. В некоторый момент открывается диод VD2 и шунтирует вход транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается. Для ускорения процесса закрывания в его коллектор включена динамическая нагрузка - транзистор VT3. Через эмиттер транзистора VT3 конденсатор С1 быстро заряжается. В результате обратный ход пилообразного сигнала сведен к минимуму. Его длительность составляет менее 5 икс. Длительность пилообразного сигнала можно регулировать с помощью базового тока транзистора VT1 (рис. 11.6,6).

Генератор пилообразного сигнала на интеграторе. В основу генератора (рис. 11.7) положен интегратор на транзисторе. В качестве порогового и усилительного элементов используется интегральная микросхема К122УД1. Порог срабатывания микросхемы, равный 3 В, устанавливается делителем Rl, R2. При включении питания в коллекторе транзистора напряжение не может измениться скачком. Отрицательная обратная связь через конденсатор формирует на выходе линейно нарастающий сигнал. Постоянная времени равна т=h 21Э R 3 С 2 , где h 21Э - коэффициент передачи тока транзистора. Когда напряжение на коллекторе достигнет 3 В, интегральная микросхема переключится. Положительное напряжение на выводе 5 пройдет через диод и откроет транзистор. Произойдет разряд конденсатора С2. На коллекторе вновь появится нулевой потенциал.

Рис. 11.7

Схема начнет новый цикл работы. Схема с указанными номиналами элементов формирует выходной сигнал с амплитудой 3 В, частотой следования 100 Гц и длительностью заднего фронта 0,1 мс.

Запускаемый генератор двухполярного сигнала. Для получения высоковольтного сигнала пилообразной формы в генераторе (рис. 11.8) применяют два каскада, на выходах которых формируются падающий и нарастающий сигналы. Каждый каскад состоит из двух транзисторов. Транзисторы VT2 и VT4 являются сбрасывающими, a VT1 и VT3 - активными элементами, в коллекторах которых формируются выходные сигналы. После включения питания напряжение на коллекторе транзистора VT3 не может скачком измениться. Этому препятствует ООС через конденсатор С2. Напряжение на коллекторе будет медленно нарастать. Скорость увеличения напряжения определяется постоянной времени т=Л 2 1Э Cz(Ru-{- +Rт), где hzi Э - коэффициент передачи тока транзистора. Резистор R7 является ограничивающим. В другом каскаде в первый момент появляется напряжение 100 В. Далее напряжение уменьшается и стремится к нулю. Сброс напряжения в коллекторе транзистора VT1 происходит в тот момент, когда приходит входной импульс. В это время открывается транзистор VT4. Импульсный сигнал с конденсатора С4 проходит на базу транзистора VT2 и открывает его. Происходит одновременный сброс конденсаторов С1 и С2.

Рис. 11.8

Генератор пилообразного сигнала с регулируемой линейностью. В основу генератора (рис. 11.9) положен принцип заряда конденсатора С2 стабилизированным током. Стабилизатор тока построен на транзисторе VT2. Сигнал с конденсатора С2 поступает на вход эмиттерного повторителя. При формировании пилообразного сигнала напряжение на конденсаторе увеличивается. Одновременно с повышением напряжения на конденсаторе увеличивается ток базы транзистора VT3. В результате конденсатор заряжается не постоянным током, как того требует линейное нарастание напряжения, а током, уменьшающимся во времени. На заряд конденсатора влияет входное сопротивление эмиттерного повторителя. Для получения пилообразного напряжения необходимо скомпенсировать ток базы транзистора. Этого можно достигнуть цепью ОС, связывающей эмиттеры транзисторов VT2 и VT3. С увеличением выходного сигнала эмиттерного повторителя увеличивается эмнттерный ток транзистора VT2. Меняя сопротивление резистора R9 в цепи ОС, мы можем добиться возрастающей или убывающей формы выходного сигнала.

Рис. 11.9

Для разряда конденсатора в схеме применяется блокинг-генера-тор. Во время заряда конденсатора диод закрыт питающим напряжением. Когда транзистор VT1 открыт, конденсатор С2 разряжается через диод VD1. Амплитуда выходного сигнала регулируется резистором R5, а частота - резистором R1. Максимальная амплитуда равна 15 В.

УПРАВЛЯЕМЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Генератор на полевом транзисторе. В основу генератора (рис. 11.10) положен заряд конденсатора-постоянным током, который задается полевым транзистором VT4. Скорость заряда конденсатора определяется резистором R10. Нарастающее напряжение подается на базу транзистора эмиттерного повторителя, выход которого подключен к триггеру - транзисторы VT1 и VT2. Выходной сигнал триггера поступает на базу транзистора VT3 для сброса напряжения на конденсаторе.

В исходном состоянии транзисторы VT2 и VT3 закрыты. Как только напряжение на конденсаторе достигнет б В, срабатывает триггер и открывается транзистор VT3. Конденсатор разряжается через открытый транзистор. При уменьшении напряжения на конденсаторе до 1 В триггер возвращается в исходное состояние. Начинается новый цикл заряда конденсатора.

Приведенные на схеме номиналы элементов позволяют регулировать частоту выходного сигнала от 15 до 30 кГц. Если поставить конденсатор емкостью 0,033 мкФ, то частота выходного сигнала равна 1 кГц.

Рис. 11.10 Рис. 11.11

Генератор сигнала треугольной формы на ОУ. В схеме рис. 11.11 на конденсаторе С формируется сигнал треугольной формы с амплитудой 0,6 В. Заряд и разряд конденсатора осуществляются выходным сигналом ОУ, который автоматически меняется в тот момент, когда напряжение на конденсаторе достигает порога открывания. Порог открывания устанавливается делителем R2 и R3. Частота следования выходного сигнала определяется выражением f=l/4R 1 C. Для выравнивания наклонов фронта и спада выходного сигнала служит резистор R6.

Формирователь треугольного сигнала. Формирователь рис. 11.12 позволяет получить на выходе сигнал треугольной формы. Амплитуда сигнала достигает 90% напряжения питания при достаточно высокой линейности фронтов.

В основу формирователя положен принцип заряда и разряда конденсатора через генераторы тока, построенные на транзисторах. Коллекторные токи транзисторов определяются опорными напряжениями стабилитронов и эмиттерными резисторами. При отсутствии входного сигнала через транзисторы должны протекать равные токи. Если равенство токов не выполняется из-за разброса номиналов стабилитронов и резисторов, то следует подстроить резистор R4. Появление входного сигнала с амплитудой больше напряжения пробоя стабилитронов вызовет разбаланс коллекторных токов. Положительная полуволна входного сигнала уменьшит ток транзистора VT2. Ток транзистора VT1 останется без изменения. Разностный коллекторный ток будет заряжать конденсатор. С приходом отрицательной полуволны уменьшится коллекторный ток транзистора VT1. Ток транзистора VT2 установится номинальным. Конденсатор будет разряжаться током транзистора VT2. Если амплитуда входного сигнала меньше напряжения питания, то наблюдается прямая зависимость между амплитудами входного и выходного сигналов, а если больше напряжения питания, то амплитуда выходного сигнала постоянна.

Емкость конденсатора рассчитывается по формуле С= 10 3 I/2fU m ах (мкФ), где I - ток транзистора; f - частота входного сигнала; U max - амплитуда выходного сигнала.

Рис. 11.12 Рис. 11.13 Рис. 11.14

Рис. 11.15

Широкодиапазонный генератор сигнала треугольной формы. Генератор сигнала треугольной формы (рис. 11.13) позволяет получить частоту от 0,01 Гц до 0,1 МГц. Выходной сигнал 20 В формируeтся на конденсаторе С4 коллекторными токами транзисторов VT4, VT6. При заряде конденсатора транзисторы VT4 и VT5 открыты, а транзисторы VT3 и VT6 закрыты. Когда напряжение на кон-денсаторе возрастет до уровня, определяемого делителем R1 - R3 транзистор VT1 откроется. Следом за ним откроются транзисторы VT3 и VT6, которые закрывают транзисторы VT4 и VT5 Начнется процесс разряда конденсатора через транзистор VT6 По достижении нижнего уровня откроется транзистор VT2. Этот процесс воз-вращает схему в первоначальное состояние. Вновь начинается заряд конденсатора. Частота выходного сигнала может линейно меняться с помощью резистора R5 с перекрытием в 20 раз. Для конденсатора емкостью 1 нФ и при R5 = 510 кОм частота равна 001 Гц

Формирователь ступенчатого сигнала. В исходном состоянии (рис. 11 14) конденсатор заряжен до напряжения питания Все транзисторы закрыты. Входной импульс положительной полярности открывает транзистор VT1. Через этот транзистор протекает ток который разряжает конденсатор. Напряжение на конденсаторе уменьшается. Второй входной импульс также разрядит конденсатор на дискретное значение напряжения. В результате этого каждый импульс будет ступеньками уменьшать напряжение на конденсаторе Как только напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением на делителе R4, R5, открывается транзистор VT2 и наступает релаксационный процесс в составном каскаде. Транзисторы VT2 и VT3 открываются. Происходит процесс заряда конденсатора После этого начинается новый цикл разряда конденсатора.

Генератор трапецеидального сигнала с регулируемой длительностью фронта. В основу генератора (рис. 11.15) положен мультивибратор который управляет работой токозадающих транзисторов VT3 и VT4. Когда транзистор VT2 открыт, через транзистор VT3 протекает зарядный ток конденсатора СЗ. Скорость нарастания напряжения на конденсаторе (или фронт выходного сигнала) зависит от зарядного тока, который регулируется резистором R12 Максимальное напряжение на конденсаторе ограничено стабилитроном VD2. При переключении транзисторов мультивибратора в другое состояние начинается процесс разряда конденсатора. Транзистор VT3 закрывается, а транзистор VT4 открывается. Разрядный ток транзистора VT4 регулируется с помощью резистора R15. Значение этого тока определяет спад выходного сигнала. Частота и скважность выходного сигнала регулируются резисторами R2 и R4. Генератор может работать в широком диапазоне частот, вплоть до 1 МГц. При больших изменениях частоты выходного сигнала необходимо менять номиналы емкостей конденсаторов С1 и С2.

ГЕНЕРАТОРЫ НА ОУ

Управляемый генератор сигнала пилообразной формы. Генератор (рис. 11.16) состоит из порогового устройства и интегратора. Выходное напряжение отрицательной полярности порогового устройства, построенного на ОУ DA1, подается на вход интегратора. Конденсатор С, включенный в цепь ООС, постепенно заряжается. На выходе ОУ DA2 формируется линейно нарастающий сигнал. Когда на неинвертирующем входе ОУ DA1 будет нулевой потенциал, произойдет ее переключение. Выходной сигнал положительной полярности проходит через диод и разряжает конденсатор. Когда конденсатор полностью разрядится, ОУ DA1 вновь вернется в исходное состояние и начнется новый цикл формирования выходного сигнала. Частота следования выходного сигнала определяется выражением f = 3/C(R 3 + R 4).

Генератор на ОУ К153УД1. Генератор треугольных импульсов (рис. 11.17, а) построен на двух ОУ. Первый ОУ выполняет функции интегратора, а второй является пороговым элементом. Напряжение на выходе ОУ DA1 линейно возрастает (убывает). Когда оно сравняется по абсолютному значению с выходным напряжением ОУ DA2, переключится второй ОУ и на делителе R5, R6 изменится полярность напряжения. В этом случае выходной сигнал ОУ DA1 будет линейно убывать (возрастать). В последующий момент произойдет сравнение выходного сигнала ОУ DA1 с порогом закрывания ОУ DA2. Произойдет вторичное переключение ОУ DA2. Зависимость периода сигнала треугольной формы от коэффициента передачи ОУ DA2 показана на рис. 11.17,6.

Генератор на однопереходном транзисторе с усилителем. Генератор пилообразного сигнала (рис. 11.18, а) построен на ОУ, который выполняет функции интегратора. Скорость нарастания выходного сигнала зависит от входного напряжения. Когда напряжение на выходе ОУ достигнет 8 В, открывается однопереходный транзистор. Положительный импульс на резисторе R2 проходит через диод, и разряжается интегрирующий конденсатор. Зависимость частоты выходного сигнала от напряжения на входе показана на рис. 11.18, б.

Рис. 11.16 Рис. 11.17

Генератор с двойной ПОС. Генератор (рис. 11.19, а) состоит из интегратора, выполненного на ОУ DA2. Когда ОУ DA2 переключается, на его неинвертирующий вход подается напряжение ПОС, которое определяет порог срабатывания схемы. С потенциометра R4 на неинвертирующий вход ОУ DA1 действует вторая ПОС. Если величина этой связи меньше порога открывания ОУ DA2, то передний фронт импульсного сигнала на выходе ОУ DA1 пройдет через конденсатор С1 на инвертирующий его вход. С этого момента начинается процесс заряда конденсатора С1. Напряжение на выходе ОУ DA1 медленно увеличивается. Когда оно достигнет порога открывания ОУ DA2, происходит переключение ОУ DA2. Начинается процесс разряда конденсатора С1. Частота следования импульсов выходного сигнала определяется выражением f=K 2 /4RC(K 1 -K 2);

Рис. 11.18

Рис. 11.19

Рис. 11.20

K 1 = R 2 /(R 2 +R 3); K 2 = R" 4 /(R" 4 +R" 4). В зависимости от уровня сигнала ПОС в ОУ DA1 можно регулировать ступеньку выходного сигнала. Максимальное значение, ДE определяется напряжением на делителе R2, R3. На рис. 11.19,6 приведены эпюры напряжения в гонках схемы.

Запускаемый генератор сигнала. Выходное напряжение (рис. 11.20, а), формируемое на конденсаторе СЗ, равно U 3 = = (t/C 3)I 2 . Конденсатор заряжается линейно возрастающим током I 2 = U 2 /R 5 транзистора VT2. Управление коллекторным током транзистора VT2 осуществляется напряжением на конденсаторе С2 (U 2 = (t/С 2)I 3). Это напряжение зависит от тока транзистора VT3 (l 3 =U Б /R 4). В результате U 3 = U б t 2 /C 2 C 3 R 4 R 5 . Для указанных на схеме номиналов элементов частота выходного сигнала равна 5 кГц. Сброс конденсаторов С2 и СЗ осуществляется внешним сигналом через транзисторы VT4 и VT1. На рис. 11.20,6 приведены эпюры напряжения в разных точках схемы.

Формирователь сигнала вида sec x . Формирование функции secx осуществляется от входного гармонического сигнала. Схема (рис. 11.21, а) может работать от единиц герц до сотен килогерц. В первом транзисторе происходит ограничение входного сигнала с амплитудой 2,5 В. Второй транзистор увеличивает крутизну фронтов прямоугольного сигнала и меняет его фазу. Сигнал на коллекторе транзистора VT2 суммируется с входным сигналом на резисторе R6. Выходной сигнал выбирается в определенной точке потенциометра так, чтобы можно было установить определенное значение глубины впадины функции sec я. Следует заметить, что эта схема формирования может давать погрешность в некоторых точках до 10%. При увеличении амплитуд меандрового и гармонического сигналов погрешность уменьшается. Для увеличения точности формирования функции sec а; можно поставить на входе схему диодного ограничения (рис. 11.21,6). Роль этой схемы заключается в том, чтобы сгладить вершины гармонического сигнала. С пом-ощью дополнительной схемы точность моделирования может быть повышена до 5%.

Рис. 11.21

ГЕНЕРАТОРЫ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ

Диодный генератор сложных сигналов. Сигналы сложной формы образуются (рис. 11.22) в результате изменения коэффициента усиления дифференциального усилителя. При малых входных сигналах все диоды закрыты. Коэффициент усиления, определяемый резисторами R2, R3 и R11, R12, близок к единице. С увеличением уровня входного сигнала начинают проводить диоды в эмиттерных цепях транзисторов. Это приводит к увеличению коэффициента усиления. Выходной сигнал становится более крутым. Три уровня изменения коэффициента усиления используются как для положительной, так и для отрицательной полярностей входного сигнала. Каждая цепь, состоящая из диодов и потенциометра, определяет разный порог открывания. Точная форма выходного сигнала подстраивается соответствующим потенциометром.

Дискретный формирователь сигналов специальных форм. В основе генератора (рис. 11.23) лежит многофазный мультивибратор, который запускается импульсом положительной полярности. В схеме поочередно будут открываться транзисторы VT3. В открытом состоянии находится лишь один транзистор. В проводящее состояние перейдет транзистор VT2, который в эмиттер транзистора VT1 направит ток, определяемый резистором R5. Если сопротивления резисторов меняются по определенному закону, то амплитуда выходного сигнала меняется по этому же закону. С помощью резисторов R5 можно получить любой закон изменения выходного сигнала. Частота переключения каналов определяется постоянной времени R 6 C 2 .

Рис. 11.22 Рис. 11.23

Рис. 11.24

Генератор функций. На вход генератора (рис. 11.24) подается импульсный сигнал положительной полярности. Логическая схема 2И - НЕ интегральной микросхемы К133ЛАЗ закрывается. На выходе 1 появляется сигнал отрицательной полярности с длительностью, равной длительности входного сигнала. Этот сигнал на RС-цепочке дифференцируется, и положительный импульс закрывает вторую логическую схему. На выходе этой схемы появляется импульс отрицательной полярности длительностью 5 мкс. Все последующие цепочки работают аналогичным образом. На выходах 1 - 7 последовательно друг за другом возникают импульсные сигналы. Все эти сигналы суммируются через определенные весовые резисторы на входе ОУ. В зависимости от последовательности принятых сопротивлений весовых резисторов на выходе ОУ можно сформировать сигнал любой сложности. Амплитуда выходного сигнала определяется сопротивлением резистора R4. Для балансировки ОУ сопротивление резистора R3 подбирается под суммарное сопротивление весовых резисторов.

Вашему вниманию подборка материалов:

Применение в релаксационных генераторах транзисторных аналогов динистора является типичным, так как для расчета и точной работы этого генератора необходимы строго определенные параметры динистора. Некоторые из этих параметров у промышленных динисторов либо имеют большой технологический разброс, либо вообще не нормируются. А сделать аналог со строго заданными параметрами не составляет труда.

Показан пилообразный сигнал показан выше. Время восстановления всегда меньше времени развертки. Пилообразный сигнал получается, когда время обратного хода становится равным нулю. Скорость развертки пилообразных волн зависит от используемого в контуре конденсатора. Скорость развертки контролируется резистором, помещенным в цепь.

Заряд и разряды конденсатора генерируют сигнал, показанный на рисунке ниже. Транзистор обеспечивает низкое сопротивление, через которое конденсатор становится разрядом. Мгновенное напряжение и напряжение питания измеряются в вольтах, время измеряется во втором, сопротивление измеряется в оме, а конденсатор измеряется в Фараде.

Схема генератора пилообразного напряжения

Релаксационный генератор выглядит так:

(A1) - релаксационный генератор на диодном тиристоре (динисторе), (A2) - в схеме A1 динистор заменен на транзисторный аналог. Рассчитать параметры транзисторного аналога в зависимости от используемых транзисторов и номиналов резисторов можно.

Термин «пилообразный» относится к форме сигнала и поэтому может иметь любое время подъема или спада, если форма волны сохраняет основную форму пильного диска. Пилотный генератор. представляет собой схему, которая генерирует сигнал пильного диска либо от внешнего входа, либо от автоколебаний, как в релаксационном генераторе. Схема, предназначенная для создания пилообразной функции, будет иметь очень медленный линейный скачок, который поднимается от стационарного уровня до пика. Когда достигнуто пиковое напряжение рампы, напряжение будет очень быстро возвращаться к начальному уровню.

Резистор R5 выбирается небольшим (20 - 30 Ом). Он предназначен для ограничения силы тока через динистор или транзисторы в момент их открытия. В расчетах влиянием этого резистора мы пренебрежем и будем считать, что на нем практически не падает напряжение, а конденсатор через него разряжается мгновенно.

Параметры динистора, применяемые в расчетах, описаны в статье вольт-амперная характеристика динистора.

Работа цепи однополярного транзистора

Время падения намного короче, чем время нарастания, но не мгновенное, хотя оно выглядит таким же образом по сравнению со временем нарастания. Время падения также упоминается как обратный ход, когда сигнал используется в качестве генератора развертки. Схема функционирует как осциллятор и отключает зарядку и разрядку конденсатора. Конечно, вы также можете сделать частотную переменную, добавив триммер, как текущую настройку. Верхняя сторона триммера остается подключенной к напряжению питания. В то время как другой конец триммера остается несвязанным, как в конфигурации.

[Минимальное напряжение на выходе, В ] =

[Максимальное напряжение на выходе, В ] =

Расчет сопротивления резистора R4

Для резистора R4 должны выполняться два соотношения:

[Сопротивление R4, кОм ] > 1.1 * ([Напряжение питания, В ] - [Напряжение запирания динистора, В ]) / [Ток удержания, мА ]

Это необходимо для того, чтобы динистор или его аналог надежно запирались, когда конденсатор разрядится.

Это время зарядки - это нарастающий наклон пилообразного вала, а также время развертки в конкретных приложениях. Время наклона зависит от значений резистора и конденсатора. Время падения - это время, необходимое для разрядки конденсатора через транзистор. Схема вакуумной трубки справа является еще одним примером схемы, которая выводит пилообразную форму сигнала. Эта схема использовалась как генератор развертки в осциллографе или другом дисплее. Рампа или часть развертки выхода используются для перемещения электронного луча слева направо по дисплею, в то время как часть обратного хода или обратного хода возвращает пучок в исходную точку.

[Сопротивление R4, кОм ] Напряжение питания, В] - [Напряжение отпирания динистора, В ]) / (1.1 * [Ток отпирания, мА ])

Это необходимо для того, чтобы конденсатор мог зарядиться до напряжения, необходимого для отпирания динистора или его аналога.

Коэффициент 1.1 выбран условно из желания получить 10% запас.

Если два этих условия вступают в противоречие друг с другом, то это означает, что выбрано слишком низкое напряжение питания схемы для данного тиристора.

Эта схема используется в качестве примера, чтобы показать вакуумную трубку, используемую в качестве пилообразного генератора, и второй способ изменения времени развертки. Переключатель используется для изменения времени времени развертки, так же как переменный резистор используется в цепи над ним.

Это показатель времени, основанный на величине изменения напряжения. Другим важным соображением является использование линейной части времени нарастания конденсаторов. Только в первый раз константа является линейной рампой или некоторой линейной. По мере того как конденсатор может заряжаться дополнительно, время зарядки замедляется все больше и больше. Разумеется, рампа пилы линейна по времени нарастания. То же самое относится к времени разряда конденсатора. Чем дольше время разряда, тем меньше будет линейный разряд.

Расчет частоты релаксационного генератора

Приблизительно оценить частоту генератора можно из следующих соображений. Период колебаний равен сумме времени заряда конденсатора до напряжения отпирания динистора и времени разряда. Мы договорились считать, конденсатор разряжается мгновенно. Таким образом, нам нужно оценить время заряда.

Не могли бы вы показать мне, как сделать пилообразный генератор с переменной частотой? Пилообразная волна характеризуется положительным линейным разворотом напряжения, заключенным с резким падением до нуля. Один из способов генерировать пилообразную поверхность - медленно заряжать конденсатор через источник постоянного тока , а затем быстро разряжать конденсатор, замыкая его.

Повторяя этот процесс, создается пилообразная волна. Но источники постоянного тока могут быть сложными, особенно если вы хотите настроить его. Вместо постоянного источника тока часто используется фиксированный резистор для ограничения тока зарядки крышки. Однако напряжение на зарядном конденсаторе с использованием фиксированного резистора не является линейным. Но, выбирая участок кривой, более или менее линейный, как показано красными пунктирными линиями, мы можем создать псевдопилос. Таймер 555 - это нестабильный генератор, который использует зарядку и разрядку конденсатора.

Второй вариант: R1 - 1 кОм, R2, R3 - 200 Ом, R4 - подстроечный 3 кОм (установлен на 2.5 кОм), Напряжение питания - 12 В. Транзисторы - КТ502 , КТ503 .

Требования к нагрузке генератора

Приведенные релаксационные генераторы могут работать с нагрузкой, имеющей высокое входное сопротивление, чтобы выходной ток не влиял на процесс зарядки и разрядки конденсатора.

Не идеальный, но достаточно хороший для большинства моделей электроники. Форма волны затем буферизируется и кондиционируется. Частотный банк изменяет частоту, а управление формой волны настраивает волну, чтобы верхняя и нижняя части формы волны не были обрезаны.

Более линейный пилообразный сигнал может быть сгенерирован с использованием цифрового счетчика с взвешенными выходами. Посмотрите на пилообразный генератор на рисунке 3. Это похоже на номер 3? Эти токи суммируются в узле неинвертирующего операционного усилителя и выхода в качестве напряжения.

[Сопротивление нагрузки, кОм ] >> [Сопротивление резистора R4, кОм ]