Генераторы линейно-изменяющегося напряжения

Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) служат для создания развертки электронного луча по экрану ЭЛТ, получения временных задержек, модуляции импульсов по длительности и т. д. Линейно-изменяющееся напряжение характеризуется максимальным значением U m, длительностью прямого хода t _Р, временем обратного хода t о и коэффициентом нелинейности:

(2.31)

где , и скорости изменения напряжения во времени (производные) соответственно в начале и в конце рабочего участка.

Формирование линейно-изменяющегося (пилообразного) напряжения основано на чередовании во времени процессов заряда и разряда конденсатора. Простейший ГЛИН рис. 2.20, а содержит формирующую RC -цепь и транзисторный ключ для разряда емкости С.

Рис. 2.20. Простейший ГЛИН: а – схема; б – временные диаграммы работы

Схема работает следующим образом. Uвых возрастает по экспоненциальному закону, стремясь к напряжению + Е (рис.2.20, б), с постоянной времени τ з = RC. Через время t р входной импульс, длительностью tи, открывает ключ VT и емкость С быстро разряжается большим током транзистора за время t ₀ £ tи. При t = tр Uвых(t) = U_m.

(2.32)

где τ = RC – постоянная времени зарядной цепи, выбираемая много больше времени t р. Поскольку для конденсатора dUс/dt = i c/ C, коэффициент нелинейности (2.31) может быть найден по значениям тока конденсатора в начале и в конце рабочего участка:

(2.33)

Для рассматриваемого случая I (0) = E / R, I (t р) = (E – U m)/ R, откуда находим, что δ = U m/ E.

Таким образом, коэффициент нелинейности γ тем меньше, чем меньше U mпо сравнению с напряжением Е.

Причины появления нелинейности:

1. Уменьшение тока заряда емкости во время заряда.

2. Разряд емкости С через нагрузку.

Для повышения линейности выходного напряжения применяют различные методы.

На рис. 2.21, а приведена схема ГЛИН с отрицательной обратной связью.

Рис. 2.21. ГЛИН с ООС: а – схема; б – временные диаграммы работы; в – схема электронного ключа

Для получения требуемого значения U m, максимальное значение напряжения U ~ на входе ОУ должно быть меньше, чем U m, в К раз, что позволяет увеличить постоянную составляющую также в К раз по сравнению с простой RC – цепью в основном за счет увеличения емкости С и таким образом существенно уменьшить коэффициент нелинейности γ.

В качестве ключа КЛ можно использовать электронный ключ на транзисторе или ключ на ЛЭ с открытым коллектором, схема которого показана на рис. 2.21, в. Сопротивление R ₀ ≥ U m/ I m вых ограничивает ток логического элемента.

На рис. 2.22 приведена схема ГЛИН с положительной обратной связью. В схеме используется операционный усилитель со 100% ООС Кu ≈ 1 (повторитель напряжения). За счет положительной обратной связи через большую по номиналу емкость С ₀, напряжение на сопротивлении R постоянно, поэтому емкость С заряжается постоянным током.

На рис. 2.23 п ри ведена схема ГЛИН со стабилизатором тока. Роль стабилизатора тока выполняет транзистор, включенный в схему с общей базой. В схеме резистор R см и стабилитрон VD – это стабилизатор напряжения, который обеспечивает постоянство тока эмиттера транзистора: I _Э = (U ст – U бэ)/ R _Э ≈ U ст/ R _Э. Известно, что в схеме с общей базой при постоянном токе эмиттера, ток коллектора не зависит от напряжения на коллекторе. Поэтому конденсатор С заряжается постоянным током: I _з = I _к = α I _Э.

Недостатком данной схемы является ее низкая нагрузочная способность. При увеличении тока нагрузки уменьшается ток заряда емкости. Для устранения этого недостатка нагрузку следует подключать через эмиттерный повторитель.