Релаксационные генераторы

Генераторы данной группы формируют на выходе напряжение, форма которого существенно отличается от синусоидальной. Основу их работы, как и любого генератора , составляет положительная обратная связь. Однако, в отличие от большинства генераторов синусоидальных колебаний, в релаксационных генераторах активные элементы или входят в режимы насыщения и отсечки, или приближаются к этим режимам. Простейшим генератором такого типа является обычный мультивибратор на транзисторах. Однако существенное отклонение формы выходного напряжения от прямоугольной и сложности регулировки частоты ограничивают использование мультивибратора в практических устройствах.

1.1 Широкодиапазонный генератор на транзисторах Генератор рис.1.1 выполнен на комплементарных транзисторах и его работа базируется на процессе заряда и разряда времязадающего конденсатора.
Рисунок 1.1 – Широкодиапазонный генераторна транзисторах
В исходном состоянии резисторы R3 - R4 формируют на базе транзистора VT2 запирающее напряжение и начинается заряд конденсатора от источника питания через резисторы R1 и R2. Как только напряжение на конденсаторе достигнет значения


транзисторы VT1 и VT2 входят в режим насыщения и конденсатор разряжается по цепи КЭ2 - ЭБ1, при этом на выходе формируются прямоугольные импульсы. Например, при величине емкости 360пФ и изменении резистора R1 от 10кОм до 50 Мом можно получить изменение частоты от 400 кГц до 100 Гц. Недостаток схемы состоит в том, что при изменении частоты изменяется скважность сигнала. 1.2 Генераторы на цифровых логических элементах Это довольно многочисленная группа генераторов прямоугольных импульсов, которые отличаются простотой схемной реализации, имеют низкую стоимость и малые весогабаритные показатели.
Рисунок 1.2 – Генератор на двух ТТЛ-элементах
В схеме рис.1.2 элемент DD1 при помощи резистора R вводится в линейный режим. Емкость С периодически перезаряжается через резистор R и выходное сопротивление одного из элементов. При достижении порогового напряжения (Uа на рис.1.3) DD1 меняет свое состояние на противоположное и на выходе формируется напряжение , форма которого близка к прямоугольной. Частота колебаний может быть подсчитана по формуле



Рисунок 1.3 – Эпюры напряжений на элементах генератора
Для улучшения формы выходного напряжения на выходе можно установить еще один цифровой элемент, однако данная схема имеет ограниченное применение. Прежде всего это связано с тем, что частота колебаний очень сильно зависит от температуры и нестабильности источника питания. Кроме того, возможности регулирования частоты в схеме ограничены, т.к. максимальное значение сопротивления R для ТТЛ схем ограничивается значением порядка 500 Ом,а минимальное допустимой токовой нагрузкой цифровой схемы по выходу.

Использование КМОП схем (рис.1.4) позволяет значительно расширить диапазон регулирования частоты генератора.
Рисунок 1.4 - Генератор на КМОП элементах
Однако проблемы стабильности частоты в данной схеме аналогичны генератору на ТТЛ.
Рисунок 1.5 – Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
На рис.1.5 приведен генератор с кварцевой стабилизацией частоты. Резисторы R1 и R2 вводят ТТЛ-инверторы в линейный режим, С3 предназначен для подстройки частоты, а DD3 используется в качестве буферного элемента для обеспечения прямоугольной формы выходного напряжения. При подаче питания схема рис.1.5 генерирует прямоугольные импульсы с частотой , обусловленной собственной частотой резонанса кварцевого резонатора. 1.3 Генераторы на операционных усилителях Используя операционные усилители можно получить достаточно стабильные генераторы прямоугольных колебаний . Простая схема такого генератора приведена на рис.1.6. Операционный усилитель в схеме работает в режиме компаратора, который сравнивает напряжение на емкости и напряжение


При этом напряжение на выходе может принимать только два значения:


Предположим, ОУ находится в режиме отрицательного насыщения , т.е. напряжение на выходе равно U-. Конденсатор С начинает заряжаться с постоянной времени (рис.1.7). Как только напряжение на емкости достигает значения U1, ОУ переключается до состояния положительного насыщения и начинается перезаряд емкости с той же самой постоянной времени.
Рисунок 1.6 – Генератор на ОУ

Рисунок 1.7 – Эпюры напряжений генератора на ОУ
Для случая , когда R1 = R2 период колебаний может быть рассчитан как T = 2,2 ROCC. Из рис.1.7 нетрудно увидеть, что генератор формирует разнополярные прямоугольные импульсы со скважностью 2. Стабилитроны VD1 и VD2,установленные на выходе , позволяют ограничить амплитуду напряжения до требуемых значений. При необходимости получить импульсы со скважностью, отличной от 2, цепи перезаряда емкости в каждый полупериод делают с разными постоянными времени , как показано на рис.1.8. Если сопротивления R3 и R4 сделать переменными , то скважность импульсов можно изменять по мере необходимости. Частоту колебаний в схеме рис.1.6 можно изменять , изменяя величину резистора ROC или коэффициент деления делителя R3 - R4 , причем от колебаний напряжения питания частота практически не зависит.

В схеме рис.1.6 заряд емкости идет по экспоненте. Для получения пилообразного напряжения с высокой линейностью можно использовать схему рис.1.9. Операционный усилитель DA1 работает в режиме интегратора, входным напряжением которого служит выходное напряжение DA2. На DA2 собран компаратор, который сравнивает выходное напряжение интегратора и выходное напряжение компаратора.
Рисунок 1.8 – Генератор с переменной скважностью импульсов
В соответствии с принципом работы интегратора, напряжение на его выходе изменяется линейно. При равенстве абсолютных значений напряжений на входе компаратора он срабатывает, полярность напряжения на его выходе изменяется и начинается перезаряд конденсатора до следующего срабатывания компаратора.
Рисунок 1.9 – Генератор треугольных импульсов
При помощи резистора R1 можно изменять частоту генерации в диапазоне более чем 100:1. Генератор может устойчиво работать в диапазоне частот от 0,1 Гц до 100кГц.







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.