занной на рис. 6.93. Когда положительное выходное напряжение (/вых достигает амплитудного значения, через диод Д и стабилитрон Ст на инвертирующий вход подается большой сигнал обратной связи, в результате чего фиксируется амплитудное значение выходного напряжения. Поскольку угол, соответствующий проводящему состоянию диода Д, вследствие большой добротности Q становится очень малым, искажения, вносимые цепью фиксации амплитуды, практически всегда пренебрежимо малы. Амплитуда выходного напряжения генератора определяется общим падением напряжения на Ст и Д в цепи обратной связи.

На частотах, значительно превышаю-. щих резонансную, двойной Т-образный мост ведет себя как цепь с единичным коэффициентом передачи. Следовательно, частотную коррекцию ОУ следует рассчитывать из условия получения 11=

= 1. При fnfo режим работы генератора существенно изменяется.

В диапазоне частот fo<f<AuJo коэффициент усиления петли определяется выражением

- (6.257)

Рж. 6.93. Стабилизация амплитуды в генераторе с двойным Т-обраным мостом

со (4-b2e)/(l-}-e)-f e-fJT]

на основании которого условие- баланса фаз и амплитуд можно соответственно записать

СОо е[(4-Ь2е)/(1-Ье)]+ 1

со {(i + 2e)nl+e)+e]+rf (4 + 2s)/(l+e)

СОо

= 0.

со [(4-b2 8)/<l-l-e)-l-E]-f г]2 Можно показать, что

е ~4 [3-4-(Л„ о„/о) -4 (СО;,/4 {Do)S

Таким образом,

. . (0, C0;, [I-2сО;?/(Л„ (Оо)].

(6.258) (6.259)

(6.260) (6.261)

(6.262)

Диаграмма Найквиста для функции Т представляет собой параболу, которая пересекает действительную ось в точке +1, а вершина лежит на мнимой оси (см. рис. 6.926).

Вследствие того, что необходимая степень рассогласования обычно столь мала, что даже разброса параметров в пределах допуска достаточно для выполнения условий возбуждения, нет необходимости специально вводить рассогласование в значения RI2 и 2С. На практике возбуждение колебаний обеспечивается простой подстройкой либо первого, либо второго параметра. В генераторах низкой частоты.предусматривается подстройка резистора RI2 при помощи последовательно^ включенного потенциометра. Б генератарах высокой частоты для этой цели параллельно конденсатору 2С подключается подстроечный конденсатор.

6.13.3. Двухфазный генератор

Показанный на рис. 6.94 генератор, выходные напряжения которого сдвинуты по фазе на 90°, состоит из инвертирующего усилителя и двух интеграторов. Он генерирует одновременно напряжения {7вых51п(о^ и 17выхС05(о/. ОСНОВНЫМ его назначением является генерирование низкочастотных (10~-=-10 Гц) сигналов.

Рис. 6.94. Двухфазный генератор на основе ОУ

На низких частотах каждый ОУ с частотной коррекцией имеет коэффициент усиления Ли(5).=Л„ . При этом передаточную-функцию интегратора можно записать ос2(*)~- [1 + +sRC{\+Au )].

Для инвертирующего усилителя Л^, (s) =-аЛи„/(И-а-Ь +Аи )-а. Следовательно,

- 7(s) = a&Л„ /[I-fs?C(l-f-Л„J]~aЛ^ /[l-s?C(l + Л„J] ,

\ . , . . . (6.263)

откуда имеем условия баланса^ фаз и амплитуд соответственно

(o/?C(l-f Л' )(2-а&Л„ ) = 0, (6.264)

1-аЛ -а&Л„ -co/?C2(I-f Л„ )2 = 0. (6.265)

Из первого условия получим

6 = 2/аЛ . . (6.266) 297

Подстановка выражнеия (6.266) в (6.265) дает

RC Аи +1 -

Обычно а=1 и Ли >1, в результате имеем b = 2/4 и (ог=? = 1/RC. Для стабилизации амплитуды генерируемых колебаний можно использовать цепь на основе стабилитрона, показанную на рис. 6.94 пунктиром.

Несмотря на то, что частота колебаний может быть весьма низкой, выходное напряжение легко измерить с помощью выпрямителя действующего значения (см. § 9.6) и соотношения

= С/вых sin(О, f-f СЯвыхСОЗ (О, f.

6.14. Генер-аторы напряжений специальной формы

Соединяя генераторы, рассмотренные в § 6.7, с компараторами, имеющими гистерезис, можно получить генераторы напряжет нйй различной формы (прямоугольной, треугольной, пилообразной, импульсной и д|р.).

В области относительно низких частот эти генераторы, выполненные на элементах с почти идеальными характеристиками, обеспечивают большие стабильность частоты и точность .формы напряжения по сравнению с аналогичными схемами на дискрет-ных элементах. Однако частотный диапазон их применения ограт ничен зависящими от частоты и скорости изменения сигналов погрешностями, рассмотренными в § 6.7, 6.П.

Схемы большинства генераторов напряжения специальной формы на основе ИС сводятся к базовой схеме, приведенной на рис. 6.95а. Ее принцип действия можно понять с помощью рис. 6.956. Начнем анализ работы генератора с момента, когда выходное напряжение компаратора, т.- е. входное напряжение интегратора.

ffuxr

Р-ис. 6.95. .Генератор напряжений треугольной и ирямо.угольвой формы на

основе ОУ

равно f/+Ebixmax. Это напряжениб интегрируется с постоянной времени RiCi. Когда напряжение <7вых1 достигнет порога сравнения U-h=R3U+Bbixmax/Ri, компа|ратор срабатывает и входное напряжение интегратора становится равным <7 Еыхтах. Оно интегрируется до тех пор, пока напряжение <7еых1 не достигнет 0+h= =/?з[/+выхтах/4- В ЭТОТ момент компаратор снова арабатывает и начинается новый цикл работы генератора с периодом

у у -t-T =/? С / вы! max U вых max j

4 \ t+Bbixmax

1 и вых max - Uвых max

(6.268)

вых max

Если [/+выхтах = -/~выхтах=С/выхтах, ЭТО ВЫражеНИё МОЖНО

упростить:

T=ARjCiRs/Ri. (6.269)

. Период и амплитуду треугольного напряжения можно регулировать путем подбора номиналов R\ и Ri соответственно (период зависит также от сопротивления Ri). При правильном выборе параметров элементов частота следования импульсов будет весьма стабильной. На практике это означает, что сопротивление R\ должно быть малым (при этом ток интегратора будет значительно превышать - ток смещения), а напряжения U+вых тах= = и вых max должны быть возможно более стабильными. Последнее требование можно выполнить за счет введения диодной фиксации выходного напряжения компаратора. Примером может служить генератор (рис. 6.96), частоту которого можно регулировать от 25 Гц до 2,5 кГц. Базовая схема на рис. 6.95а обеспечивает получение прямоугольного напряжения, так как конденсатор Ci заряжается и разряжается через резистор Ri. В генераторе, схема которого показана на рис. 6.97а, используются два различных резистора. Это позволяет регулировать относительную длительность импульсов: TJ(Т1 + Т2) =Ra/{Ra+Rb). Поскольку при таком управлении сумма Ra и Rb остается .неизменной, оно не влияет на частоту следования импульсов

f = l/TR,{Rsl2 {Ra + Rb) С,]Г\ (6.270) ,

Однако стабильность частоты ограничивается температурной зависимостью падения напряжения на диодах Д1 и Дг.

Более точное регулирование ширины импульсов можно обеспечить при помощи показанной на рис. 6.98а схемы, в которой частота и относительная длительность импульсов независимы друг от друга. Частота задается генератором треугольного напряжения (усилители У1 и Уг), а относительная длительность - дополнительным компаратором. Уровни срабатывания компаратара Уз изменяются под воздействием внешнего управляющего напряжения f/вх. Схему можно использовать в качестве широтно-импульсного модулятора с линейной характеристикой преобразования.

Рис. 6.96. Гшератор йапряжегаий .треугольнюй и .црямоугальиой формы с. piery-лируемой часгготой следования импульсов

lBtixl

Рис. 6.97. Гевератор импульсов с регулируемой отнюсительвой длительностью

импульсов

Выхтох Щыхтох

выхз

Рис! 6.98. Ширютйо-импульоный гмодулятор с фиксираваниой частотой

При помощи схемы на рис. 6.97 нетрудно показать, что длительности импульсов Ti и Гг можно сделать независимыми, если подвести управляющие напряжения от независимых источников через резисторы Ra и Rb- Для приведенной на рис. 6.99с схемы, в которой для этого применяются диоды и внешние источники напряжений, имеем

= RaCi выхшах-/выхшах . (6.271)

- -- : 4 о^-д . -

- Га = Rb Ci ~ . (6.272)

Недостаток этой схемы заключается в том, что длительности импульсов Г; и Гг зависят от падения напряжения на диодах. Эту зависимость можно исключить поаредством использования схемы, приведенной на рис. 6.100, в которой внешние источники напряжений коммутируются при помощи полевых транзисторов. Если входные напряжения генератора симметричны, частота следования импульсов может быть линейной функцией входного напряжения +Ех=-f/-Bx=f/Bx:

f = -l- = -J- - - . (6.273)

ГхЧ- Га 2RiCi Rs U вых max-выхтах

Аналогичные генераторы можно применять для получения пилообразных напряжений. На рис. 6.101а показана одна из схем такого генератора. Когда нарастающее по линейному закону в отрицательном направлении напряжение {7еых1=-UEt/RiCi достигнет порога сравнения U-k=Rs-J{Rs-i-R4), компаратор переключится, транзистор Ti перейдет в проводящее состояние и ин-. тегратор на усилителе начнет интегрировать ток iKUu/Ri-Когда получающееся в результате этого линейно нарастающее в положительном направлении напряжение {7еых1=-(J-ntlRnCi jxo-стигнет предельного значения и~к=1кКл^0, компаратор снова переключится, транзистар Ti закроется и начнется новый цикл.

Поскольку' Г,=-/?,С,/?з(-f/-n)/(3+/?4)f/BX и Г2=?4№/(/?3+

+ R4) то полный период колебаний

T = T, + T, = -(R,-RlУ (6.274)

До тех пор пока -f/~n/?i/f/Bx>-R4, частота следования импульсов будет линейной функцией входного напряжения:

Условие (6.274) всегда можно выполнить с помощью соответствующего подбора сопротивлений Ri и Rt, но при этом следует обратить внимание на то, чтобы выполнялись соотношения

RlBX см fBx И /?4/вых max - f/n-

На рис. 6.102а показан управляемый током генератор импульсов, в котором интегратор построен на основе второго каскада

овыхг

Fkc. 6.99. Генератор ммпуяьсав с яезаюисимюй .регулировкой длительности положительных и отрицательных импульсов

Рис. 6.100. Генератор с регулируемой напряжением частотой следования импульсов

Рис. 6.101. Генератор пилообразного напряжения с регулируемой апряжени-ем частотой следования импульсов

ОУ типа (лА776 с внутренней коррекцией. Скорость иэменения напряжения t/вых определяется скоростью нарастания выходного напряжения ОУ, которая, в свбю очередь, изменяется в широком диапазоне вследствие изменения тока первого - дифференциального каскада (см. подразд. 5.7.6).

Г

10Н

ftSB

6 10Н

IJBbix

т \ %к I-(=11--С=1

-rSB

го да*

/е^ ю^го 70* W40%

Рис. 6.102. Генератор л|ря1М.оугольного иадРЯжения с регулируемой током частотой следования имггулйоов

Интегратор управляется усилителем (д,А740. Поскольку в нем применены полевые транзистары, компаратор хорошо согласуется с очень большим выходным сопротивлением усилителя (iA776 при малых значениях внешнего управляюшего тока h- В связи с тем, что выходное сопротивление управляюшего каскада имеет разные значения при положительном и отрицательном входном . токе, интервалы нарастания напряжения в положительном и отрицательном направлениях составляют соответственно 41 и 59% . периода пилообразного напряжения. Для симметрирования прямоугольного напряжения можно применить делитель.

Из диаграммы на рис. 6.1026 видно, что частота следования импульсов является линейной функцией внешнего тока управления в диапазоне его изменения, равного пяти декадам. При подключении преобразователя напряжение-ток к выводу 8 усилителя цА776 схема может работать в качестве управляемого напряжением источника импульсов. .

Цростой мультивибратор, показанный на рис. 6.103, построен

на одном ОУ. Пусть в начальный момент С/вых=/ * выхтах. Про-

текаюший через резистор 7? ток заряда конденсатора С вызывает увеличение напряжения на инвертируюшем входе от

= -1/-выхтах/(1-Ь^2) ДО [/+вых max, ПОКа [/вхи НС ДОСТИГНСТ

и-и=Я\1]-ъъ1ххаь.т1\К\Л-Ч2)- После ЭТОГО компараторпереключается, конденсатор разряжается через резистор и напряжение на ин-Бертируюшем входе начинает уменьшаться, стремясь к предельному С/ выхтах. Когда оно достигнет С/вхи={/~й, компаратор снова

переключится и начнется новый цикл работы. Длительности соответствующих частей периода определяются выражениями

yi (.Ri + Rj) и^выи max - RU вых max

R2 1/+вых max rp (Rx ~\~ a) ВЫХ max - 1 вых max

(6.276)

(6.277)

Rz и вых max

Если (/+выхтах=-С/-выхтах= С/вых, ТО интсрвалы Ti И Гг не зависят от напряжения насыщения и полный период становится равным

T = 2RClnl{2R + R.;)/R]. (6.278)

Частоту следования импульсов можно регулировать путем изменения значений или R, или С, или отношения RjRz- При использовании ОУ в качестве компаратора не требуется применять частотную коррекцию. Это позволяет получать довольно малые длительности фронтов импульсов. При значениях параметров элементов, приведенных на рис. 6.103, частота следования импульсов, амплитуда напряжения и длительность фронтов составляют соответственно Ч),7 кГц, ±13 В и примерно 1 мкс.

Vffuxmair

Вых

Вхн

г max

О Вых max

в

Рис. 6.103. Мультивибратор на ОУ

Если напряжения источников питания постоянны или изменяются одинаково и отношение R\\Ri не очень велико, то рабочая частота мультивибратора весьма стабильна. Кроме того, необходимо выполнять условие R=RARi. В противном случае влияние тока дрейфа не будет минимальным. При выборе типа ОУ необходимо учитывать, что синфазная составляющая входного напряжения соответствует ± С/, а максимальное напряжение между обоими входами - 2C/ft.

Для того чтобы исключить влияние изменений напряжений насыщения на рабочую частоту, желательно стабилизировать выходное напряжение с помощью пары встречно включенных стабилитронов, как показано на рис. 6.104.

В такой цростой схеме можно применять различные способы для управления как частотой, так и относительной длительностью импульсов. Один из удобных способов показан на рис. 6.105. Здесь диапазоны регулирования, осуществляемого при помощи потенциометров П1 и Щ, составляют 10-90% и 0,5-5 кГц соответственно. Синхронизацию генератора можно осуществлять посредством подачи импульсов на неинвертирующий вход.

Некоторые модели ОУ имеют управляющий вход, который позволяет создать стробируемые мультивибраторы. Например, -запуск показанного на рис. 6.106а мультивифатора может осуществляться дри помощи управляющего напряжения, подводимого к выводу 8 усилителя типа д,А748.

Рис. 6.104. Мультиеибратар со стэ-6илизи|рова1няы1М выходным напряжением

Рис. 6.105. Мультивифатор с регу-лируемы-ми относительной длительностью .и частотой следования им-

ОТУ|ЛЬ00В

6 maf

BSbixmax

%ixmm

Рис. 6.106. Стробируемый 1мульти.ви6ратор 305