ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГЕНЕРАТОРОВ

Генераторы линейно изменяющегося сигнала относятся к разновидностям релаксационных генераторов импульсов. В таких устройствах выходные параметры зависят от функции времени.

Для получения линейно изменяющегося напряжения используется процесс зарядки или разрядки конденсатора. При этом напряжение на конденсаторе будет изменяться линейно от времени тогда, когда ток, протекающий через него, будет постоянен:

.

Такие схемы называются генераторами линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения (ГЛИН или ГПН). Если в качестве рабочего элемента используется катушка индуктивности с линейным изменением тока через неё, то будет иметь место генератор линейно изменяющегося тока (ГЛИТ или ГПТ). Форма тока в таких генераторах определяется формой напряжения (линейностью), создаваемого на катушке индуктивности, поэтому для схем ГЛИТ используют различные схемы генераторов ЛИН.

По изменению формы пилообразного напряжения различают следующие их виды: положительное или отрицательное, нарастающее или спадающее напряжение.

Пилообразный сигнал используется для получения развёртки в осциллоскопических приборах, в устройствах измерительной техники в качестве преобразователей, например время – напряжение. Наибольшее применение генераторы ЛИН нашли в аналогово-цифровых преобразователях (АЦП).

Генераторы линейно изменяющегося сигнала работают в одном из режимов: автоколебательном или ждущем.

Форма и основные параметры линейно изменяющегося напряжения приведены на рис. 6.1.

Основными параметрами линейно изменяющегося напряжения (или тока) являются:

1. Время рабочего хода (прямого) - t_РАБ;

2. Время обратного хода (восстановления) - t_ОБР;

3. Время паузы - t_ПАУЗЫ (имеет место только для ждущего режима работы генератора);

4. Размах сигнала - U_МАКС (максимальная амплитуда);

5. Минимальная амплитуда - U_МИН (остаточное напряжение);

6. Коэффициент использования по напряжению источника питания:

.

7. Коэффициент нелинейности - К_Н. Характеризует непостоянство угла наклона изменяющегося параметра (напряжения или тока):

.

Значения коэффициента К_Н находятся в пределах 1>K_Н>0.

В зависимости от знака производной изменяющегося параметра на участке рабочего хода различают генераторы линейно нарастающего (производная положительная) или линейно падающего

напряжения (производная отрицательная).

Коэффициенты использования по напряжению источника питания ξ и нелинейности К_Н изменяются в одинаковых пределах (от 0 до 1), но на качество работы схемы оказывают противоположные влияния. В генераторе линейно изменяющегося сигнала должно быть максимальное значение и минимальное значение К_Н.

В общем случае структурная схема простейшего генератора линейно изменяющегося напряжения включает в себя (рис. 6.2):

- источник тока с его внутренним сопротивлением R_I;

- ключ для получения периодического сигнала;

- конденсатор С, на котором происходит изменение напряжения;

- разрядное устройство, как правило, это резистор с малым сопротивлением R_РАЗР.

Как упоминалось, в идеальном случае, при зарядке конденсатора постоянным током на его обкладках будет линейно изменяющееся напряжение. При этом крутизна изменения этого напряжения будет линейно зависеть от величины зарядного тока (рис. 6.3). Поэтому название схемы генератора – ЛИН, связано с обеспечением постоянного зарядного тока в процессе зарядки-разрядки конденсатора.

В реальной RC-цепи зарядка конденсатора во время рабочего хода будет осуществляться через сопротивление R_I. И если в качестве времени рабочего хода t_РАБ использовать небольшой начальный временной участок, то К_Н для реальной RC-цепи будет равно:

,

где изменение напряжения на конденсаторе (нарастающая экспонента) при зарядке от источника Е.

Различают два метода стабилизации тока зарядки-разрядки на конденсаторе: введением отрицательной обратной связи (ООС) и положительной обратной связи (ПОС).

Метод связанный с введением ООС иногда называют методом токостабилизирующего элемента, а с ПОС - методом с компенсирующей ЭДС или следящей ОС.