dR=20K0M

Рис. 6.9. Работа компаратора, предназначенного для включения в генератор напряжения треугольной формы.

-Vcvc,Raчac,zя на уровень -V когда f = t/n. ; б-при V =U ,

уровень выхода компаратора переключается с -С/дна +f нас

паратора (рис. 6.9,а). Для анализа работы компаратора предположим, что напряжение с его выхода f/комп зафиксировано на уровне + С/нас При любом положительном напряжении f/лин напряжение на входе ( + ) ОУ (рис. 6.9, а) будет положительно по отношению-к напряжению на входе (-) и f/комп остается на уровне + С/нас Чтобы изменить состояние компаратора на С/комп=-Снас, напряжение Улин на его входе должно стать ниже некоторого порогового напряжения f/п.н. Только тогда напряжение на входе ( + ) ОУ компаратора станет равно О В (потенциалу земли). В этот момент на резисторе R падает напряжение -Un.a, а на резисторе aR - напряжение -ЬСнас При этом можно записать

-и .и +и с R ~ aR

при Е ОВ.

(6.7а)

В этом состоянии при любом отрицэтельном входном напряжении, превышающем по абсолютной величине t/п.н, вход ( + ) имеет отрицательный по отношению ко входу (-) потенциал и t/комп фиксируется на уровне -С/нас. Чтобы С/комп переключилось обратно к + С/нас Улик ДОЛЖНО стзть положительным (как показано на рис. 6.9, б) и превысить верхнее пороговое напряжение С/п.в- Когда С/лин достигает С/п.в, все напряжение С/п.в падает на резисторе R, а напряжение -С/нас - на резисторе aR, так что ЕдхО В. Отсюда следует, что

Сп.п -с/нас

fn.B=-

при £ л; о в.

(6.76)

Напряжение ширины петли гистерезиса С/гист (разд. 4.3) будет равно разности между пороговыми напряжениями:

(6.7в)

пример 6.8. На рис. 6.9 /?=10 кОм, а aR = 20 кОм, так что а=2. Предположим, что (/ ас = 4-15 В, а -(/iiac = -15 В. Найти а) U .b, 6)(/d.h и в) Сгист.

Решение, а) В соответствии с (6.76)

-15В

б) Из уравнения (6.7а)

с/ =-

15 В

=7,5В.

г-7,5 в.

п.н 2

в) Сгист находим из (6.7в):

С/, =7,5В-(-7.5В) = 15В.

Форма сигналов в таком компараторе будет показана в следующем разделе.

6.5.4. Генератор напряжения треугольной формы. Подключим выход генератора линейно-изменяющегося напряжения (рис. 6.8) ко входу компаратора (рис. 6.9), а выход компаратора - йо входу генератора. При этом получается схема генератора напряжения треугольной формы, показанная на рис. 6.10, а.

Для анализа этой схемы обратимся к рис. 6.10,6, на котором представлены кривые напряжений на входах операционных усилителей. В течение времени от О до Л напряжение на выходе компа-

Генератор 1/j,uh (рас. 6.8)

Компаратор (рис. 6.S)

fOM/t

Un.t= 7,5 В

Время, с

Рис. 6.10. Генератор напряжения треугольной формы (а) и формы напряжении

на выходах ОУ {б).

ратора равно +С/нас. Это соответствует состоянию, показанному на рис. 6.8, а. В этот промежуток времени положительное напряжение с выхода компаратора вынуждает линейно спадать напряжение на выходе генератора линейно-изменяющегося напряжения, что соответствует на схеме рис. 6.8, с положению переключателя спад . Когда линейно-спадающее напряжение достигает уровня t/n.h, компаратор переключается в положение С/комп =-(/нас, что заставляет линейно нарастать выходное напряжение генератора. По достижении напряжением (/ин уровня (/ .в компаратор переключается обратно в положение (/комп=-f (/нас и напряжение на

пыходе генератора вновь начинает линейно уменьшаться. Описан-ый процесс повторяется вновь, и мы получаем, таким образом, I енератор напряжения треугольной формы.

Пример 6.9. Какое время требуется для завершения полного цикла работы генератора напряжения треугольной формы? Другими словами, чему равен интервал от Л до С на рис. 6.10,6?

Решение. Преобразуем уравнение (6.6) применительно к рис. 6.10. Назовем и.чторвал от Л до В временем нарастания и, подставив в указанное уравнение (/гист вместо (/вых, а вместо £вх - напряжение -(/нас, получим

-t/

15 В

-RC = - (1 МОм.1 мкФ) = 1 с. (6.8а)

Назовем интервал от В до С временем спада tc, заменим в (6.6) (/вых на (/гест и Евх на +(/нас. В результате имеем

с= -i?BxC= -(1МОм.1мкФ) = 1 С.

(6.86)

Интервал от Л до С есть период колебаний Т:

Т=/ + /,= 1с+1с=2с. Частота генерации / есть величина, обратная периоду 7:

/=+==0.5 Ги.

(6,8.в) (6.8г)

6.6. Генератор пилообразного напряжения (ГПН)

6.6.1. Введение, Мы исиользовали генератор одиночного линейно-изменяющегося сигнала (рис. 6.7) как таймер с выдержкой в несколько минут. Слегка видоизменив эту схему, мы можем получить генератор пилообразного напряжения, который представляет собой таймер с периодическим сбросом (рис. 6.И,а). Пусть, например, ключ в этой схеме разомкнут. Напряжение (/вых при этом растет со скоростью (см. пример 6.6)

х -IB -=о,1В/мс.

RbkC

100 кОм-0,1 мкФ

Отсюда следует, что каждые 10 мс (/вых увеличивается на 1 В. Если ключ замкнуть, конденсатор быстро разрядится через него и (/вых упадет до О В. При размыкании ключа конденсатор вновь начнет заряжаться и (/вых будет расти. Быстро замыкая и размыкая ключ всякий раз, когда (/вых достигает пикового напряжения (/пик (например, 5 В), мы получим сигнал пилообразной формы (рис. 6.11, б). Частота генерации f определяется выражением

-п, (6.9.а)

/Сугюч

Кугюч замыкается на 0,Sмс

Время, мс:

r=JO МО Ключ разомкнут

топа /aV/nnf пилообразного напряжения с ручным разрядом конденсатора (а; и форма сигнала на выходе схемы (б). Ключ Кл замыкается на 0,5 мс каждый раз, когда (/вых достигает уровня 5 В.

а период колебаний

f

(6.96)

Пример 6.10. Чему равны а) частота и б) период колебаний в схеме

рис 6.11?

Решение, а) Из (6.9а)

1 В ,

- Юме 5В

б) Уравнение (6.96) дает

Т- 1

--20Тц~ = °

Для автоматической генерации пилообразного сигнала нам нужно устройство, которое будет .выполнять четыре операции в V казанной последовательности:

1) фиксировать момент достижения напряжением на конден-аторе С требуемого пикового значения С/пик;

2) шунтировать конденсатор короткозамкнутой цепью;

3) фиксировать момент, когда конденсатор почти полностью разрядится;

4) размыкать цепь, шунтирующую конденсатор.

Такое устройство имеется. Оно недорого - это управляемый вен-гиль или триодный тиристор - тринистор (сокращенно КУВ - кремниевый управляемый вентиль).

6.6.2. Триодный тиристор (КУВ). КУВ представляет собой устройство с тремя выводами, работающее как чувствительный к напряжению .ключ (на рис. 6.12, а показано его схемное обозначение) . Ток через ключ течет только от анода А к катоду К, как показано стрелкой. В нормальном состоянии ключ работает как разомкнутая цепь. Чтобы сделать ключ в момент достижения требуемого уровня напряжения С/пик короткозамкнутой цепью, КУВ должен сравнивать это изменяющееся напряжение с фиксированным опорным напряжением. Отсюда следует, что необходим третий вывод, на который будет подаваться опорное напряжение. Этот вывод называется управляющим электродом (УЭ). На него подается напряжение, которое мы хотим фиксировать по анодному выводу. Когда анодное напряжение станет выше напряжения на управляющем электроде (на несколько десятых вольта), КУВ мгновенно включается и образует короткозамкнутую цепь, включенную между анодом и катодом, причем это состояние сохраняется теперь независимо от потенциала на выводе УЭ до тех пор, пока ток анод-катод не упадет ниже уровня тока г/с?ержан я> КУВ /уд (этот ток имеет типичное значение в несколько миллиампер), после чего тиристор мгновенно разрывает цепь между анодом и катодом. Катод тиристора следует подключать к земле (на рис. 6.12, а ею служит потенциально заземленная точка 2). В следующем разделе показано, как описанные характеристики КУВ используются в генераторе напряжения пилообразной формы.

6.6.3. Работа генератора пилообразного напряжения. Простейший генератор пилообразного напряжения показан на рис. 6.12, а. На УЭ тринистора подается напряжение С/пик, равное амплитудному значению пилообразного напряжения. Е-и вынуждает f/вых расти со скоростью 0,1 В/Мс до тех пор, пока оно не превысит на несколько десятых вольта напряжение С/пик- Промежу-

Ток выключения. - Прим. ред.