Аналоговые устройства. Устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах. Ампер-вольтная характеристика полупроводникового диода, страница 14

Рис. 4.5. Схема и временные диаграммы напряжений на входах ИОУ  и выходе генератора синусоидальных колебаний

Соотношение между R₁ и R₂ выбирается из условия 

                                                                       1     R¹ + R² =1+ R² ,                         (4.11)

                                                         K =     = 3 =

                                                                    γ0                       R1                      R1

1

При этом ^R₂ >>^R_вых, а ^R₁ << ^R_вх, а затем определив τ= RC = ( по

2πf₀ τ

заданной частоте f₀ ) и задавшись значением C , находят R =  .

C

При практическом расчете генератора рис. 4.5а дополнительно применяются элементы автоматической стабилизации амплитуды.

1.4. Генератор прямоугольных импульсов (симметричный мультивибратор) на ИОУ

На рис. 4.6а приведена схема генератора прямоугольных импульсов с частотнозадающей RC-цепью и широкополосной (частотнонезависимой) резистивной цепью ПОС рис. 4.4.

R u+вх , u-вх а)U-нас

Рис. 4.6. Схема (а) и временные синхронизированные диаграммы напряжений  на входах и выходах симметричного мультивибратора (б)

Мультивибратор рис 4.6а работает в автоколебательном режиме, т.е. непрерывно формирует импульсные сигналы без внешнего воздействия. При этом частота генерируемых импульсов

1

f =,                                (4.12) 

                                                                                                 ⎛     R¹ ⎞⎟^⎟

2RCln⎜⎜⎝1+ _{R2 ⎠}

Генератор работает следующим образом. Пусть в момент времени t₁ = 0 включается напряжение питания ИОУ, напряжение u_C = 0, а u_вых случайно возросло. Тогда через R₂  это напряжение подается на прямой вход ИОУ, усиливается, и в результате в момент времени t₁ = 0 на выходе скачком устанавливается u_вых =U ⁺_нас рис.

4.6б. C этого момента t₁ конденсатор С заряжается напряжением U_нас⁺ через резистор R по экспоненте

u_c (t ) = u_вх⁻ (t ) =U_нас⁺ (1− e^−tτ ),                        (4.13) где τ= RC - постоянная времени RC-цепи.

В момент времени t₂ , когда u_c(t ) достигнет значения 

                                                                  U ₀⁺ = U ⁺_нас ^R1                             ,                                 (4.14)

R1 + R2

произойдет лавинообразное переключение компаратора, т.е. u_вых скачком изменится от U ⁺_нас до U ⁻_нас. Далее в период времени t₂ < t < t₃ будет происходить перезаряд конденсатора через резистор R от U ₀⁺ до U ₀⁻ по соотношению 

u_c (t ) =U_нас⁻ −(U_нас⁻ −U ₀ )e^−tτ,                     (4.15) В момент времени t₃ , в результате нового переключения аналогового компаратора начнется процесс перезаряда конденсатора в интервале t₃ < t < ^t₄ по экспоненте

u_c (t ) =U_нас⁺ −(U_нас⁺ +U ₀ )e^−tτ,                   (4.16) и т.д.

Поскольку цепь каждого перезаряда конденсатора одна и та же в обоих интервалах, то длительность импульса t_u положительной полярности равна длительности t_n импульса отрицательной полярности,

T

и следовательно скважность генерируемых импульсов Q = = 2. Из

t_n (4.15), (4.16), с учетом (4.14) следует соотношение (4.12).

1.5. Генератор прямоугольных импульсов (несимметричный мультивибратор) на ИОУ

Для получения прямоугольных импульсов с большей скважностью (когда t_u << t_n ) применяется несимметричный мультивибратор рис. 4.7а, в котором вместо резистора R (рис. 4.6а) применяются две параллельные R-D цепи (R_u -VD1 и R_n -VD2).

Рис. 4.7. Схема (а) и временные синхронизированные диаграммы напряжения (б) на входах и выходе несимметричного мультивибратора

В этом генераторе длительности импульса t_u и t_n связаны с τ_и = R_иС и ^τ_п = R_пС соотношениями 

                                                         t^u                                                             tⁿ

τ_u == R_uC; τ_n == R_nC,        (4.17)   

⎛⎝ R¹ ⎞⎟⎟ ln⎛⎜⎜1+ 2 RR¹₂ ⎞⎟⎟⎠ ln⎜⎜1+ 2 R₂ ⎠   ⎝