Генератор пилкоподібної напруги
Параметри пилкоподібної напруги
Лінійно змінюється або пилкоподібна напруга має форму нерівносторонні трикутника, тобто протягом певного періоду часу наростає або спадає практично за лінійним законом до деякого амплітудного значення, а потім повертається до вихідного рівня. Тимчасові діаграми різних видів пилкоподібної напруги зображені нижче
Тимчасові діаграми пилкоподібної напруги: позитивно наростаюче (а), позитивно падаюче (б), негативно падаюче (в), негативно наростаюче (г).
Як і будь-який з генераторів імпульсів, генератор пилкоподібної напруги може працювати як в автоколебательном, так і в режимі очікування. але в будь-якому випадку можна виділити два основних періоди роботи: робочий період (ТР), коли напруга наростає або спадає і період зворотного ходу (ТО), в перебігу якого напруга повертається до початкового рівня. Тому період повторення пилкоподібних імпульсів буде дорівнює сумі робочого періоду і зворотного ходу
Дане рівність справедливо для автоколебательного генератора пилкоподібної напруги, в разі чекає генератора до вираження додається також період очікування імпульсу, що запускає (ТOZ), в перебігу якого вихідна напруга має певний постійний рівень UBbIX = const.
З огляду на те що практично неможливо забезпечити постійні параметри генератора пилкоподібної напруги для оцінки лінійності робочої ділянки напруги вводиться коефіцієнт нелінійності ξ. Під коефіцієнтом нелінійності розуміється відносна зміна швидкості наростання напруги під час робочого ходу
де kН. kК - відповідно швидкість наростання напруги на початку та в кінці робочого ходу.
Ефективність ГЛИН залежить від коефіцієнта використання напруги живлення ε, яке визначається, як відношення амплітуди вихідної напруги Um до значення напруги джерела живлення Е
- де Um - максимальна амплітуда імпульсів,
- Е - напруга джерела живлення.
Більшість параметрів генераторів пилкоподібної напруги є розрахунковими і залежать від номіналів елементів схеми і призначення генератора:
- максимальна амплітуда напруги Um - від одиниць до сотень вольт;
- тривалість робочого періоду ТР - від декількох мікросекунд до декількох сотень і тисяч мілісекунд;
- коефіцієнт нелінійності ξ: в осциллографии - до 10%, в телебаченні - до 5%, в електронно-променевих індикаторах - до 2%, в точних каскадах порівняння - 0,1 ... 0,2%;
- коефіцієнта використання напруги живлення ε - від 0,1 (в найпростіших генераторах) до 0,9 (у найбільш досконалих).
Принцип побудови генераторів пилкоподібної напруги
Принцип побудови генераторів пилкоподібної напруги заснований на проходженні імпульсу напруги через інтегруючу ланцюг. Тобто на заряді (або розряді) конденсатора деяким постійним струмом, а потім його швидкому розряді (або заряді). Таким чином, найпростіший генератор пилкоподібної напруги складається з зарядної (або розрядної) ланцюга, конденсатора і комутуючого елемента, через який відбувається швидкий розряд (або заряд) конденсатора, тобто приведення конденсатора в початковий стан. На малюнку нижче показані схеми найпростіших генераторів пилкоподібної напруги
Схематичне зображення генераторів пилкоподібної напруги: лінійно-зростаючого (зліва) і лінійно-падаючого (праворуч).
У схемі зліва в робочій стадії конденсатор заряджається, через зарядний ланцюг до деякої напруги, а в стадії зворотного ходу різко розряджається за допомогою комутуючого елемента. У разі лінійно падаючого напруги в робочий період відбувається розряд конденсатора постійним струмом, а потім різкий заряд. У більшості випадків в якості комутуючого елемента застосовуються транзистори, що працюють в ключовому режимі і входять до складу або генератора прямокутних імпульсів, або працюють від зовнішнього генератора.
Як зарядних (або розрядних) ланцюгів в найпростіших генераторах пилкоподібної напруги можуть застосовуватися резистори. але вони не дають низького коефіцієнта нелінійності, до того, ж такі схеми не забезпечують високого коефіцієнта використання напруги (ε ≤ 0,1). Кращі параметри генератора забезпечують зарядні (або розрядні) схеми з токостабілізірующімі елементами або джерелами (генераторами) струму. Ще кращі параметри забезпечують генератора пилкоподібної напруги, в яких застосовуються зворотні зв'язки в зарядних (або розрядних) ланцюгах.
Найпростіший генератор пилкоподібної напруги
Для отримання пилкоподібної напруги застосовують різні генератори, але у всіх схемах основним елементом є конденсатор, який заряджають і розряджають постійним струмом. Найпростішою є схема на основі конденсатора і зарядного резистора, яка зображена нижче
Найпростіші схеми генераторів пилкоподібної напруги: вгорі - лінійно зростаючого напруги, внизу - лінійно падаючого.
Розглянемо принцип роботи схеми лінійно зростаючої напруги. У початковий період часу на транзистор VT1 діє базовий струм, створюваний опором R1 і VT1 знаходиться в стані насичення, напруга на його колекторі UK. а отже і на конденсаторі С1 дорівнює нулю (UK = UС ≈ 0). Після того як на базу VT1 прийшов негативний вхідний імпульс (момент часу t0), транзистор закривається і конденсатор С1 починає заряджатися струмом IC. який обмежений опором R2
У міру того як конденсатор С1 заряджається на його обкладках напруга зростає за експоненціальним законом (див. RC- і RL-ланцюга) з постійною часу τЗ = С1R2 і досягає значення UМ.
У момент часу t1 (закінчення дії імпульсу) напруга на базі транзистора VT1 зростає і за рахунок резистора R1 стає вище напруги насичення. Це призводить до повного відкриття транзистора і під дією базового струму IВ ≈ EK / R1 через перехід колектор-емітер починається розряд конденсатора С1 з деякою постійною часу розряду τР
де RВИХ - вихідний опір транзистора.
Тривалість зворотного ходу пилкоподібної напруги визначається за такою формулою
в той же час * R2> = S "/>, де S - коефіцієнт насичення транзистора повинен перебувати в межах 1,5 ... 3 для надійного відкриття транзистора. Таким чином = \ frac>" />.Прі збільшенні коефіцієнта насичення збільшується затримка вихідного напруги .Даний тип генератора пилкоподібної напруги має два суттєвих недоліки обумовлених простотою конструкції:
- Високий коефіцієнт нелінійності γ = 5 ... 10%.
- Необхідність використання джерела живлення з напругою в десятки разів вище, ніж амплітуда вихідного імпульсу.
Розрахунок найпростішої схеми генератора пилкоподібної напруги
Розрахувати параметри елементів найпростішої схеми генератора пилкоподібної напруги, який забезпечує наступні характеристики вихідного сигналу: тривалість робочого ходу ТР = 500 мкс, амплітуда вихідної напруги Um = 2 В, коефіцієнт нелінійності γ = 10.
- Визначимо напруга живлення UК. яке забезпечить задані параметри Um і γ
= \ Frac> = \ frac = 20B "/> - Вибираємо тип транзистора VT1
\ Ge \ frac> = \ frac = 1kHz "/> Даним параметрам відповідає транзистори типу КТ315 з наступними параметрами = 30B, I_ = 100mA, I_ = 1mkA, f_ = 250MHz, h_ = 20. 90 "/>
>> "/>
Приймемо IC = 20 мА, тоді
= 1100Om "/>
Виберемо R2 = 1 кОм
* R2> = \ frac \ approx43,33kOm "/>
Приймемо R1 = 47 кОм.
Головним недоліком розглянутого найпростішого генератора пилкоподібної напруги, як зазначалося вище, є необхідність використання джерела живлення з досить високим потенціалом (в кілька десятків разів більше, ніж амплітуда імпульсу), тому схема даного типу застосовується досить рідко в апаратурі, де амплітуда імпульсу невелика, а вимоги до лінійності невеликі.
Теорія це добре, але теорія без практики - це просто струс повітря. Перейшовши за посиланням все це можна зробити своїми руками