пряжение на конденсаторе С/с прямо пропорционально времени, прошедшему с момента замыкания ключа.

Пример 6.5. Вычнсчить, чему равно напряжение иа конденсаторе в схеме рис. 6.5, а через 5 с после замыкания ключа.

Решение. Из (6.5в) получим

1 мкА

График на рис. 6.5,6 показывает зависимость С/с от времени. Точка А на этом графике - решение примера 6.5. Чтобы вычислить скорость роста или спада С/вых, можно преобразовать уравнение (6.5в):

Uc I

Для данных примера 6.5

Uc У t ~ С

С

1 икА

(6.5г)

1 мкФ

= 1 в/с.

Значение С/с непрерывно показывает, какой величины заряд накоплен на конденсаторе. Например, через 1 с после замыкания ключа С/с=1 В. Каждую следующую секунду напряжение на конденсаторе становится на 1 В больше. Таким образом. С/с фактически суммирует напряжение за весь исследуемый период времени и является суммарным напряжением. Вот почему такая схема называется интегратором. Форма Uc с постоянным наклоном (нарастанием или спадом) является основой для генерации многих полезных для управления сигналов. Для получения генератора одиночного сигнала линейно-изменяющегося напряжения мы будем использовать ОУ.

6.3.2. Схема генератора линейно-изменяющегося напряжения.

Заменим источник тока на рис. 6.5, а генератором входного напряжения Еък, резистором Rk и операционным усилителем, как показано на рис. 6.6. Напряжение вх и резистор /?вх задают ток / = =EbxIRbx. Подставив это значение / в (6,5в), получим С/вых, выраженное через Евх. и время t:

RbxCb

(6.6)

где Rbx измеряется в омах, Свх-в фарадах, / - в секундах, а С/вых и iBx - в вольтах. Знак минус е этом уравнении отображает тот факт, что iBx приложено через Rbx ко входу (-) ОУ. Следует отмстить, что напряжение на конденсаторе С/с равно

Mi !

Время, с S Ю 15

Наклон определяется

Рис. 6.6. Генератор линейио-изменяющегося напряжения на ОУ.

С/вых, так что ток в нагрузку в этой схеме будет поступать с выходного зажима ОУ, а не через конденсатор.

Схема рис. 6.6 обладает двумя недостатками. Первый, и наиболее очевидный, заключается в том, что С/вых может изменяться в отрицательном направлении только до уровня -С/нас. Второй, не столь явный недостаток схемы - то, что С/вых не остается равным О В при £вх=0 В. Причиной тому является неизбежное наличие небольших токов смещения, которые будут заряжать конденсатор (эти токи рассматриваются в гл. 9). Один из способов предотвратить заряд конденсатора - замкнуть его накоротко. При этом С/с и С/вых будут оставаться на уровне О В. Чтобы повторить процесс получения линейно-спадающего сигнала, нужно просто разомкнуть эту короткозамкнутую цепь.

Если нам необходим сигнал с положительным наклоном (линейно-нарастающий сигнал), достаточно изменить полярность Евх.

Описанный выше принцип работы генератора одиночного сигнала с линейно-изменяющейся формой понадобится нам при создании схем с регулируемым интервалом выдержки.

6.4. Таймер с регулируемым временем отсчета

6.4.1. Описание схемы. Генератор одиночного линейно-изменяющегося сигнала по рис. 6.6 генерргрует напряжение, зависящее от времени в соответствии с уравнением (6.6). Если известно С/вых, до которого должен зарядиться конденсатор с момента начала заряда, можно вычислить время которое на это требуется. Этот принцип положен в основу схемы таймера, показанного на рис. 6.7, а. Операционный усилитель А здесь генератор линейно-изменяющегося напряжения, который генерирует линейно-спадающий сигнал при переключении переключателя в положение < пуок .

nijCH

Сброс

С =60 шФ {танталоВьш)

-S -10 -15

t, мин

Рис. 6.7. Таймер с регулируемым временем отсчета.

G-скеыа; б - формы и Ugb,.

Операционный усилитель В - компаратор, отрабатывающий это линейно-спадающее напряжение по входу (-). На >вход { + ) операционного усилителя В подается регулируемое положительное опорное напряжение. В момент перехода линейно-изменяющегося напряжения через уровень опорного напряжения выход компаратора быстро перебрасывается в состояние С/вых= + С/нас (это показано на рис. 6.7,6). В качестве Як можно использовать чувствительное реле или другое устройство, которое управляет мощной цепью, включая, например, звуковую сигнализацию или выключая освещение. Включенный последо.вательно Rk диод пропускает ток

только при положительном [/вых.

6.4.2. Анализ работы схемы. Начнем анализ схемы с примера.

Пример 6.6. а) Найти, чему равна скорость изменения напряжения на выходе генератора линейио-изменяющегося сигнала А на схеме рис. 6.7, а в В/с. 6) Выразить эту скорость спада в вольтах в минуту.

Решение, а) Перепишем (6.6) так, чтобы получить скорость спада напряжения <7л к:

t RbxC

Rb-lC= \ МОм-60 мкФ = 60 с. Подставим Ех и НъхС в (6.6):

б) Переведем секунды в минуты: t/лин IB

60с

60с 1 мин

= -1 В/мии.

Из примера 6.6 .видно, что можно при помощи вх регулировать скорость спада С/лии. Если, например удвоить вх, то С/ин будет спадать ©двое быстрее, со скоростью 2 В/мин.

Пример 6.7. Если в схеме рис. 6.7 Lon=-10 В, то сколько времени пройдет с момента размыкания переключателя (перевода его в положение пуск )

до достижения иых уровня -Ьнас?

Решение. Из разд. 2.4 следует, что компаратор переключается при 1/лин= = t/on. Время выдержки (интервал отсчета) можно определить из выражения

, оп 10В

TW =ТВАЙГ = 10- -

Теперь, Когда компаратор подключен к генератору линейно-изменяющегося напряжения, естественно возникает вопрос: нельзя ли сделать так, чтобы выход компаратора свою очередь управлял входом этого генератора? На это следует утвердительный ответ, и такая схема используется для построения генератора напряжения треугольной формы.

6.5. Генератор напряжения треугольной формы

6.5.1. Введение. Для генератора напряжения треугольной формы необходимо как минимум два ОУ. Сразу проанализировать работу всей схемы генератора достаточно сложно. Дело упростится если выполнить анализ в три логически следующих друг за другом этана. Покажем, во-нервых, как можно при ручном управлении создать сигнал треугольной формы в схеме, содержащей один операционный усилитель, резистор, конденсатор и переключатель. Затем подберем компаратор, который заменит переключатель с ручной манипуляцией. На третьем этапе соединим вместе этот компаратор с генератором напряжения треугольной формы. Начнем с применения принципов работы генератора одиночного линейно-изменяющегося сигнала, которые мы рассмотрели в разд. 6.3.

6.5.2. Принцип работы. Добавив к схеме генератора одиночного линейно-изменяющегося сигнала (рис. 6.6) переключатель и еще один источник управляющего постоянного напряжения, можно получить генератор напряжения треугольной формы, управляемый вручную (рис. 6.8, а). Когда переключатель находится в верхнем по схеме положении, Евх=-15 В и напряжение (/вых нарастает; при нижнем положении переключателя £вх = + 15В, и С/вых спадает. Скорость изменения С/вых находится из уравнения (6.6) и для £Bx=-f 15 В

С/вых вх 5 в .с .

t ~ /?вхС ~ 1МОм-1мкФ~

При £вх = -15 в С/вых/=15 в/с.

Чтобы понять, как линейно-изменяющиеся напряжения образуют сигнал треугольной формы, обратимся к рис. 6.8,6. В момент г=0 на схему подается питание; переключатель при этом находится в нижнем положении ( спад ). Евх положительно, так что С/вых

спадает со скоростью -15 В/с. При достижении напряжением С/вых заданного нижнего порогового напряжения С/п.н переключаем ключ в положение подъем . При этом Евх становится равным -15 В и С/вых нарастает со скоростью +15 В/с. В момент, когда С/вых достигнет выбранного нами верхнего порогового напряжения С/п.в, вернем ключ в положение сиац . С этого времени мы должны изменять положение переключателя всякий раз, когда линейно-изменяющееся напряжение С/лин пересекает один из этих пороговых уровней.

Чтобы добиться автоматического переключения, можно заменить управляющий переключатель компаратором. Необходимый для генератора сигнала треугольной формы тип компаратора в гл. 4 не рассматривался, поэтому мы опишем его здесь.

6.5.3. Компаратор с гистерезисом и управлением по входу (-f).

Подадим напряжение С/лин с выхода схемы рис. 6.8 на вход ком-

Ларастание

Нарастание

Лолоокение ключа

Спад

Ключ перебрасывается Вниз, когда С достигает 1/ g

\Ключ nepeipacы6aemcя j достигает

\Вверх, когда

0.5- 1

Время, с

Н-Врет, с

Рис. 6.8. Генератор сигналов треугольной формы с ручной манипуляцией (а) и форма выходного напряжения (б).