2. Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формируют напряжение пилообразной формы (рис. 26.3, а). Напряжение пилообразной формы используется для создания разверток на экранах осциллографов, телевизоров и др. индикаторов, для преобразователей аналоговых величин в цифровые, преобразователей амплитуда - время и для др. целей. Рассмотрим принцип формирования такого напряжения.

Для формирования линейно изменяющегося напряжения чаще всего используют заряд или разряд конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 26.3, б. Она включает в свой состав идеальный источник тока I. При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается от источника тока I и напряжение на нем нарастает по линейному закону:

(26.8)

В момент времени t = t₁ ключ К замыкается и конденсатор разряжается через резистор R и ключ К по экспоненциальному закону.

Разработано много схем ГЛИН. Большими преимуществами обладают схемы на ОУ. В них в качестве источника постоянного тока применяются интеграторы на ОУ, а в качестве ключа – компараторы.

Схема интегратора на ОУ приведена на рис. 26.3, в. Очевидно, что ; . Так как , то , причем,

.

Мы уже установили, что для ОУ напряжение между входами . Поэтому U_вых = U_C, причем,

.

Если напряжение на входе оу постоянное, то на его выходе формируется линейно изменяющееся напряжение

,

причем знак приращения обратный знаку входного напряжения.

Схема ГЛИН с внешним управлением приведена на рис. 26.4, а. На рис. 26.4, б приведены диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Схема состоит из компаратора и интегратора. Допустим, что в исходном состоянии напряжение на входе отсутствует: U_вх = 0. Под воздействием напряжения Е₀ компаратор находится в состоянии отрицательного насыщения – U_вых.m. Это напряжение поступает на вход интегратора и вызывает заряд конденсатора С до напряжения .

Пусть в момент времени t₁ на прямой вход поступает прямоугольный импульс, амплитуда которого U_m > E₀. Компаратор переходит в положительное насыщение, т. е. напряжение на его выходе . Это напряжение является входным для интегратора. Открывается диод D₁, начинается перезаряд конденсатора С до . Напряжение U_ГЛИН убывает по линейному закону в соответствии с выражением:

По окончании импульса компаратор регенеративно переходит в отрицательное насыщение (под воздействием Е₀). Диод D₁ закрывается. Открывается диод D₂. Начинается перезаряд конденсатора С до напряжения . Напряжение U_ГЛИН возрастает по линейному закону

Максимального значения оно достигает за время t = R₂C. Если пауза , то ГЛИН переходит в устойчивое состояние ( ) до поступления следующего импульса управления.

Кроме рассмотренной схемы, часто применяются ГЛИН в автоколебательном режиме. Чтобы получить такой ГЛИН, достаточно в схему рис. 26.4, а ввести ОС – R₃, R₄ на прямой вход компаратора с выходов компаратора и интегратора (пунктирная линия на рис. 26.4, а). Напряжение обратной связи U_ОС будет определяться напряжением на выходе компаратора и напряжением на выходе интегратора U_ГЛИН. На рис. 26.4, в приведены графики напряжений, поясняющие работу генератора.

Пусть в момент времени t₁ = 0 компаратор перешел в состояние отрицательного насыщения. Его . Открывается диод D₂, и на интеграторе начинается формирование линейно нарастающего напряжения U_ГЛИН. Напряжение обратной связи U_ОС найдем методом суперпозиции:

(26.9)

где - линейно нарастающее напряжение U_ГЛИН.

Видим, что U_ОС также линейно нарастает. В момент времени t₂ наступает равенство U_OC = Е₀. Компаратор переключается, напряжение его на выходе скачком изменяется до . Напряжение интегратора скачком измениться не может. Поэтому напряжение обратной связи скачком увеличивается до U_OCm, причем

(26.10)

Напряжением открывается диод D₁. На интеграторе начинается формирование линейно падающего напряжения. Напряжение U_OC также