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
Доброго дня уважаемые радиолюбители! Приветствую вас на сайте “ “
Собираем генератор сигналов – функциональный генератор. Часть 1.
На этом занятии Школы начинающего радиолюбителя мы с вами продолжим наполнять нашу радиолабораторию необходимым измерительным инструментом. Сегодня мы начнем собирать функциональный генератор . Данный прибор необходим в практике радиолюбителя для настройки различных радиолюбительских схем – усилителей, цифровых устройств, различных фильтров и множества других устройств. К примеру, после того как мы соберем этот генератор, мы сделаем маленький перерыв в ходе которого изготовим простое светомузыкальное устройство. Так вот, что бы правильно настроить частотные фильтры схемы, нам как раз очень пригодится этот прибор.
Почему данный прибор называется функциональный генератор, а не просто генератор (генератор низкой частоты, генератор высокой частоты). Прибор, который мы изготовим, генерирует на своих выходах сразу три различных сигнала: синусоидальный, прямоугольный и пилообразный. За основу конструкции мы возьмем схему С. Андреева, которая опубликована на сайте в разделе: Схемы – Генераторы .
Для начала нам необходимо внимательно изучить схему, понять принцип ее работы и собрать необходимые детали. Благодаря применению в схеме специализированной микросхемы ICL8038 которая как раз предназначена для построения функционального генератора, конструкция получается довольно-таки простой.
Конечно, цена изделия зависит и от производителя, и от возможностей магазина, и от многих других факторов, но в данном случае мы преследуем одну цель: найти необходимую радиодеталь, которая была бы приемлемого качества и главное – по карману. Вы наверное заметили, что цена микросхемы сильно зависит от ее маркировки (АС, ВС и СС). Чем дешевле микросхема, тем хуже ее характеристики. Я бы порекомендовал остановить свой выбор на микросхеме “ВС”. У нее характеристики не очень сильно отличаются от “АС”, но намного лучше чем у “СС”. Но в принципе, конечно, пойдет и эта микросхема.
Собираем простой функциональный генератор для лаборатории начинающего радиолюбителя
Доброго вам дня уважаемые радиолюбители! Сегодня мы продолжим собирать наш функциональный генератор . Чтобы вам не скакать по страницам сайта, еще раз выкладываю принципиальную схему функционального генератора , сборкой которого мы и занимаемся:
А так же выкладываю даташит (техническое описание) микросхем ICL8038 и КР140УД806:
(151.5 KiB, 6,245 hits)
(130.7 KiB, 3,611 hits)
Я уже собрал необходимые детали для сборки генератора (часть у меня была – постоянные сопротивления и полярные конденсаторы, остальные куплены в магазине радиодеталей):
Самыми дорогими деталями оказались микросхема ICL8038 – 145 рублей и переключатели на 5 и 3 положения – 150 рублей. В общей сложности на эту схему придется потратить около 500 рублей. Как видно на фотографии, переключатель на пять положений – двухсекционный (односекционного не было), но это не страшно, лучше больше, чем меньше, тем более, что вторая секция нам возможно пригодится. Кстати, эти переключатели абсолютно одинаковые, а количество положений определяется специальным стопором, который можно установить на нужное число положений самому. На фотографии у меня два выходных разъема, хотя по идее их должно быть три: общий, 1:1 и 1:10 . Но можно поставить небольшой переключатель (один выход, два входа) и коммутировать нужный выход на один разъем. Кроме того хочу обратить внимание на постоянный резистор R6. Номинала в 7,72 МОм в линейке мегаомных сопротивлений нет, ближайший номинал – 7,5 МОм. Для того, чтобы получить нужный номинал придется использовать второй резистор на 220 кОм, соединив их последовательно.
Хочу обратить ваше внимание также на то, что сборкой и наладкой этой схемы собирать функциональный генератор мы не закончим. Для комфортной работы с генератором мы должны знать какая частота генерируется в данный момент работы, или нам бывает необходимо установить определенную частоту. Чтобы не использовать для этих целей дополнительные приборы, мы оснастим наш генератор простым частотомером.
Во второй части занятия мы с вами изучим очередной способ изготовления печатных плат – методом ЛУТ (лазерно-утюжный). Саму плату мы будем создавать в популярной радиолюбительской программе для создания печатных плат – SPRINT LAYOUT .
Как работать с этой программой, я вам пока объяснять не буду. На следующем занятии, в видео файле, покажу как создать нашу печатную плату в этой программе, а также весь процесс изготовления платы методом ЛУТ.
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 ]
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Департамент образования, науки и молодежной политики
Воронежской области
ГОБУ СПО ВО «Борисоглебский техникум промышленных и информационных технологий»
Курсовой проект
по дисциплине: «Проектирование цифровых устройств»
Тема: «Генератор пилообразного напряжения»
Борисоглебск 2015.
Введение
В наши дни большое место в мире радиоэлектронной аппаратуры занимают телевизионные приемники. Телевидение самая широкая область радиоэлектроники. Сейчас в каждом доме есть телевизор, и он является самым основным источником информации. При конструировании телевизионного приемника согласуются с десятками наук и тем радиоэлектроники. А одной из основных наук является «Импульсная техника» и тема: «Генераторы пилообразного напряжения или тока». В телевизоре это блоки развертки - строчной и кадровой. Генераторы пилообразного напряжения (ГПН) используются также в развертывающих устройствах осциллографа. Генераторы данного вида используются также при ремонте настройке и наладке различного оборудования оргтехники. Тема курсового проекта «Генератор пилообразного напряжения» крайне важна и актуальна, так как данное устройство необходимо на каждом рабочем месте наладчика электронной аппаратуры.
1 . Анализ аналогов генератора пилообразного напряжения.
1.1 Анализ аналога генератора пилообразного напряжения 1
1.1.1 Принципиальная схема
В качестве первого аналога рассмотрим генератор пилообразного напряжения на транзисторах
Рис. 1 - Принципиальная схема ГПН
Генератор (см. рис 1) обеспечивает получение пилообразного напряжения с хорошей линейностью. Пилообразное напряжение снимают непосредственно с конденсатора С2. На резисторе R2 в моменты разряда конденсатора возникают импульсы, которые могут быть использованы для синхронизации.
1.1.2 Принцип работы схемы ГПН
Транзистор Т1 генератора с резистором R1 в цепи эмиттера представляет собой источник тока с выходным сопротивлением, равным нескольким мегомам. Током этого источника заряжается конденсатор С2.
Ввиду большого выходного сопротивления источника тока обеспечивается хорошая линейность напряжения заряда.
Когда напряжение на конденсаторе С2 достигает величины, при которой открывается однопереходный транзистор Т2, происходит быстрый разряд конденсатора.
Частота повторения колебаний регулируется резистором R3 (регулировкой тока заряда конденсатора С2). Эта частота не зависит от колебаний напряжения питания, поскольку и напряжение, при котором открывается транзистор Т2, и ток заряда при этом изменяются пропорционально, компенсируя влияние друг друга на частоту повторения.
Пилообразное напряжение снимают непосредственно с конденсатора С2. На резисторе R2 в моменты разряда конденсатора возникают импульсы, которые могут быть использованы для синхронизации.
При номиналах деталей, указанных на схеме, частота повторения может изменяться в пределах 0,1--4 кГц; размах пилообразного напряжения составляет 10 В, амплитуда синхронизирующих импульсов -- 5 В.
1.1.3 Функциональная схема ГПН
Анализируя принципиальную схему, функционально ее можно разбить на 3 основные части.
Рис. 2 - Части принципиальной схемы
Рис. 3 - Функциональная схема ГПН
РЧК - Регулировка частоты колебаний
ИТ - Источник тока с вых. сопротивлением несколько МОм
1.2 Анализ аналога генератора пилообразного напряжения на микроконтроллере
1.2.1 Принципиальная схема ГПН
Принципиальная схема индикатора выглядит следующим образом:
Рис. 4 - Принципиальная схема ГПН
1.2.2 Принцип работы ГПН
Формирование пилообразного напряжения происходит на конденсаторе C1, зарядный ток которого определяется резисторами R1-R2 и (в гораздо меньшей степени) параметрами транзисторов токового зеркала VT1-VT2. Довольно большое внутреннее сопротивление источника зарядного тока позволяет получить высокую линейность выходного напряжения (фото ниже; масштаб по вертикали 10В/дел).
Основной технической проблемой в таких схемах является цепь разряда конденсатора C1. Обычно для этой цели используются однопереходные транзисторы, туннельные диоды и пр. В приведенной схеме разряд производится... микроконтроллером. Этим достигается простота налаживания устройства и изменения логики его работы, т.к. подбор элементов схемы заменяется адаптацией программы микроконтроллера.
Рис. 5 - Осциллограммы импульсов ГПН
Напряжение на C1 наблюдается компаратором, встроенным в микроконтроллер DD1. Инвертирующий вход компаратора подключен к C1, а не инвертирующий к источнику опорного напряжения на R6-VD1. По достижении напряжения на C1 значения опорного (примерно 3.8В) напряжение на выходе компаратора скачком изменяется от 5В до 0.
Этот момент отслеживается программно и приводит к переконфигурированию порта GP1 микроконтроллера с входа на выход и подачи на него уровня логического 0. В результате конденсатор C1 оказывается замкнутым на землю через открытый транзистор порта и достаточно быстро разряжается. По окончании разряда C1 в начале следующего цикла вывод GP1 вновь конфигурируется на вход и производится формирование короткого прямоугольного синхроимпульса на выводе GP2 амплитудой 5В.
Рис. 6 - Печатная плата ГПН обр. сторона
Длительность разрядного и синхронизирующего импульсов устанавливается программно и моет изменяться в широких пределах, т.к. микроконтроллер тактируется внутренним генератором на частоте 4 МГц. При варьировании сопротивления R1+R2 в пределах 1К - 1М частота выходных импульсов при указанной емкости C1 меняется примерно от 1 кГц до 1 Гц.
Пилообразное напряжение на C1 усиливается ОУ DA1 вплоть до уровня напряжения его питания. Желаемая амплитуда выходного напряжения устанавливается резистором R5. Выбор типа ОУ обусловлен возможностью его работы от источника 44В.
Напряжение 40В для питания ОУ получается из 5В с помощью импульсного преобразователя на микросхеме DA2 включенной по стандартной схеме из ее даташита. Рабочая частота преобразователя 1.3 мГц.
Генератор собран на плате размером 32х36 мм.
Все резисторы и большинство конденсаторов типоразмера 0603. Исключение составляют C4 (0805), C3 (1206), и C5 (танталовый, типоразмер А). Резисторы R2, R5 и разъем J1 установлены на обратной стороне платы (рис 6).
Рис. 7 - Печатная плата ГПН лиц. сторона
Верхний предел частоты в данной схеме ограничен временем разряда C1, что в свою очередь определяется внутренним сопротивлением выходных транзисторов порта. Для ускорения процесса разряда желательно разряжать C1 через отдельный МОП транзистор с малым сопротивлением открытого канала.
При этом можно значительно уменьшить время программной задержки для разряда, которая необходима для обеспечения полной разрядки конденсатора и, соответственно, падения выходного напряжения пилы практически до 0В.
Для терм стабилизации работы генератора желательно в качестве VT1-VT2 применить сборку из двух PNP транзисторов в одном корпусе. При низкой частоте генерируемых импульсов (менее 1 Гц) начинает сказываться конечное сопротивление генератора тока, что приводит к ухудшению линейности пилообразного напряжения. Ситуация может быть улучшена путем установки резисторов в эмиттеры VT1 и VT2.
1.2.3 Функциональная схема ГПН
Анализируя принципиальную схему, функционально ее можно разбить на 4 основные части.
Рис. 8 - Функциональные части принципиальной схемы ГПН
генератор напряжение микроконтроллер индикатор
Исходя из анализа схемы (ГПН) можем составить функциональную схему устройства.
Рис. 9 - Функциональная схема ГПН
ФПН - Формирователь пилообразного напряжения
М - Микроконтроллер
УН - Усилитель напряжения
ИП - Импульсный преобразователь
2 . Разработка структурной функциональной схемы цифрового устройства
2.1 Построение функциональной схемы
На основание анализа существующих приборов, составим собственную схему. Функциональная схема будет выглядеть следующим образом
Рис. 10 - Функциональная схема ГПН
ДН - Делитель напряжения
ТГ - Триггер Шмита
ДЦ - Диодно-резисторная цепь
ИТ - Интегратор
2.2 Ф ункциональные части устройства
Делитель напряжения
Рис. 11 - Делитель напряжения
Делить напряжения состоит из 2 резисторов R1 и R2. На инвертирующий вход ОУ DA1 и прямой вход ОУ DA2 подаётся половина напряжения питания с делителя напряжения. Благодаря нему не требуется дополнительный источник питания
Триггер Шмита
Триггер Шмита собран на операционном усилителе. И играет роль формирователя пилообразного напряжения
Рис. 12 - Триггер Шмита
Диодно-резисторная цепь
С помощью Диодно-резисторной цепи можно задать нужную форму и частоту импульсов.
Рис. 13 - Диодно-резисторная цепь
Интегратор собран на операционном усилителе
Рис. 14 - Интегратор
3 . Принципиальная схема генератора пилообразного напряжения
3.1 Принципиальная схема генератора ГПН
Исходя из рассмотренных выше функциональных узлов можно составить принципиальную схему генератора ГПН.
Рис. 15 - Принципиальная схема ГПН
Элементы на схеме
R1, R2 - Делитель напряжения
R4, R5, D1, D2 - Диодно-резисторная цепь
R6 - С помощью него схема охвачена обратной связью
C1 - Конденсатор обратной связи
C2 - Фильтр
3.2 Описание схемы ГПН
Этот генератор пилообразного напряжения может найти применение в различных схемах, например, в ШИМ, в качестве генератора развёртки, в устройствах сравнения напряжений, временной задержки и расширения импульсов.
Схема генератора изображена на рисунке 15. Он состоит из триггера Шмита на операционном усилителе DA1, и из интегратора, собранного на операционном усилителе DA2. Оба ОУ соединены последовательно через диодно-резисторные цепи D1, D2, R4, R5 и с помощью резистора R6 схема охвачена обратной связью.
На инвертирующий вход ОУ DA1 и прямой вход ОУ DA2 подаётся половина напряжения питания с делителя напряжения, собранного на резисторах R1, R2, что позволяет обойтись одним источником питания.
Номиналы элементов
3.3 Принцип работы ГПН
При включении питания конденсатор С1 разряжен, он начинает заряжаться через цепочку D2R5 и выход усилителя DA1, на котором установилось низкое напряжение, другой вывод конденсатора С1 подключён к выходу ОУ DA2, на котором напряжение растёт. Как только это напряжение достигнет порога переключения триггера Шмита DA1, то триггер переключится и на его выходе установится некоторое напряжение, которое через диод D1 и резистор R4 будут вначале разряжать, а затем заряжать до другой полярности конденсатор С1. Далее процесс повторяется, и схема переходит в автоколебательный режим.
Поскольку резисторы R4 и R5, через которые происходит заряд и разряд конденсатора С1 имеют разный номинал, то и время заряда и разряда конденсатора будет разным, соответственно пилообразное напряжение на выходе ОУ DA1 будет долго нарастать и быстро спадать.
Расчет частоты колебаний
Частота пилообразного сигнала на выходе генератора определяется по формуле
где F - частота в Герцах;
R3, R6, R4, R5 - сопротивления в Омах;
C1 - ёмкость в Фарадах.
Заключение
В соответствии с заданием был разработан проект устройства: «Генератор пилообразного напряжения», который полностью удовлетворяет требуемым параметрам.
Данный прибор состоит из:
ДН - Делитель напряжения.
ТГ - Триггер Шмита.
ДЦ - Диодно-резисторная цепь.
ИТ - Интегратор.
В одном из узлов произведен расчет частоты RC контура.
Целью курсового проекта на тему «Генератор пилообразного.
напряжения» достигнута путём решения поставленных задач, а именно:
Анализ существующих аналогов.
Разработка структурной схемы.
Разработка принципиальной схемы устройства.
Решение поставленных задач достигалась с использованием технической и справочной литературы, а также интернет ресурсов.
Список литературы
1. Справочник. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги». Под редакцией Нефёдова А.В. - М. Радиософт. 1994 г.
2. Справочник. «Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы общего назначения». Воронеж. 1994г.
3. «Электроника» В.И. Лачин, Н.С. Савёлов. Феникс 2000 г.
4. Жмурин Д.Н. Математические основы теории систем: уч. пос. - Новочеркасск, 1998.
5. Генерация и генераторы сигналов. Дьяконов В.А.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Устройство и механизм действия простейшего генератора пилообразного напряжения. Принципиальная схема простейшего ГПН. Классификация устройств со стабилизаторами тока. Разработка принципиальной схемы генератора. Алгоритм и программа функционирования.
курсовая работа , добавлен 09.06.2011
Характеристика, параметры и принципы построения генераторов пилообразного напряжения с зарядным транзистором и стабилизатором тока. Исследование зависимости амплитуды выходного сигнала от напряжения питания для схем с биполярным и полевым транзисторами.
курсовая работа , добавлен 27.02.2012
Принципы построения генераторов. Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора пилообразного напряжения (ГПН). Расчёт элементов устройства, выбор типов и номиналов. Классификация ГПН со стабилизаторами тока, применение дискретных элементов.
курсовая работа , добавлен 29.06.2012
Основные характеристики импульса. Генераторы линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения, их назначение и область применения. Методы линеаризации пилообразного напряжения. Требования к устройству. Основные характеристики и принцип построения ГПН.
курсовая работа , добавлен 07.08.2013
Электронная вычислительная техника. Описание схемы устройства, расчет фантастронного генератора пилообразного напряжения. Генераторы прямоугольных импульсов, линейно-изменяющегося напряжения, ступенчато-изменяющегося напряжения, синусоидальных колебаний.
дипломная работа , добавлен 17.04.2009
Проектирование цифрового генератора аналоговых сигналов. Разработка структурной, электрической и функциональной схемы устройства, блок-схемы опроса кнопок и работы генератора. Схема делителя с выходом в виде напряжения на инверсной резистивной матрице.
курсовая работа , добавлен 05.08.2011
Разработка структурной схемы свип-генератора. Схема генератора качающейся частоты. Основные характеристики и параметры усилителей. Нелинейные искажения усилителя. Входное и выходное напряжения. Расчёт коэффициента усиления по мощности усилителя.
курсовая работа , добавлен 28.12.2014
Схема генератора сигнала треугольной формы. Принципиальная схема устройства. Описание работы программного обеспечения. Внутренний тактовый генератор, работающий от внешнего кварцевого резонатора. Фильтр низких частот. Внешняя цепь тактового генератора.
курсовая работа , добавлен 19.01.2012
Методика проектирования генератора на основе микроконтроллера, его технические характеристики. Выбор и обоснование технического решения. Разработка принципиальной и электрической схемы устройства. Эмуляция программы в пакете VMLAB, оценка погрешностей.
курсовая работа , добавлен 13.06.2010
Расчет сетевого выпрямителя, силовой части, выбор элементов однотактного конвертора. Расчет предварительного усилителя, генератора пилообразного напряжения. Схема сравнения и усиления сигнала ошибки. Вспомогательный источник питания, емкость конденсатора.
Кадровая развертка. Задающий генератор пилообразного напряжения (рис. 11.4) собран на транзисторахVT1 иVT2. При включения питающего напряжения конденсаторыС1 иС2 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 транзистораVT1 закроет транзисторVT2. В результате конденсатор С1, включенный в цепь ООС, будет медленно разряжаться через коллекторную цепь транзистораVT1. Так как отрицательно заряженная обкладка конденсатораС1 подключена к базе транзистораVT1, 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 резисторыR1 иR2 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 конденсатораС1, 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 транзистораVT2 значительно уменьшается закрывающий сигнал. ТранзисторVT2 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 иR8 соответственно. РезисторR1 меняет частоту задающего генератора.
Генератор двухполярного пилообразного сигнала. Генератор пилообразного сигнала с регулируемым наклоном (рис. 11.5) состоит из двух интегрирующих цепочекR5, С1 иR2, С2 и порогового элемента, построенного на транзисторахVT1 иVT2. При включении питания на базе транзистораVT2 возникает сигнал 10 В. По мере заряда конденсатораС1 напряжение уменьшается. В это время напряжение на базе транзистораVT1 увеличивается. На разных концах потенциометра существуют сигналы с различными фронтами. Когда напряжение на базах транзисторовVT1 иVT2 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 гдеh 21э - коэффициент передачи тока транзистораVT1. ТранзисторVT1 медленно открывается: конденсаторС1 включен в цепь ООС. Напряжение в цепи коллектора уменьшается. В некоторый момент открывается диодVD2 и шунтирует вход транзистораVT2. ТранзисторVT2 закрывается. Для ускорения процесса закрывания в его коллектор включена динамическая нагрузка - транзисторVT3. Через эмиттер транзистораVT3 конденсаторС1 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 транзистораVT1 (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 делителемRl, 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 , гдеh 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 конденсатораС2. 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 иVT4 являются сбрасывающими,a VT1 иVT3 - активными элементами, в коллекторах которых формируются выходные сигналы. После включения питания напряжение на коллекторе транзистораVT3 не может скачком измениться. Этому препятствует ООС через конденсаторС2. Напряжение на коллекторе будет медленно нарастать. Скорость увеличения напряжения определяется постоянной времени т=Л 2 1ЭCz(Ru-{- +Rт), гдеhzi Э - коэффициент передачи тока транзистора. РезисторR7 является ограничивающим. В другом каскаде в первый момент появляется напряжение 100 В. Далее напряжение уменьшается и стремится к нулю. Сброс напряжения в коллекторе транзистораVT1 происходит в тот момент, когда приходит входной импульс. В это время открывается транзисторVT4. Импульсный сигнал с конденсатораС4 проходит на базу транзистораVT2 и открывает его. Происходит одновременный сброс конденсаторовС1 иС2.
Рис. 11.8
Генератор пилообразного сигнала с регулируемой линейностью. В основу генератора (рис. 11.9) положен принцип заряда конденсатораС2 стабилизированным током. Стабилизатор тока построен на транзистореVT2. Сигнал с конденсатораС2 поступает на вход эмиттерного повторителя. При формировании пилообразного сигнала напряжение на конденсаторе увеличивается. Одновременно с повышением напряжения на конденсаторе увеличивается ток базы транзистораVT3. 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 транзисторовVT2 иVT3. С увеличением выходного сигнала эмиттерного повторителя увеличивается эмнттерный ток транзистораVT2. Меняя сопротивление резистораR9 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, конденсаторС2 разряжается через диодVD1. Амплитуда выходного сигнала регулируется резисторомR5, а частота - резисторомR1. Максимальная амплитуда равна 15 В.
