19.4. Линейные формирующие цепи. Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Линейными формирующими цепями называются такие электрические или электронные устройства, распределенные или сосредоточенные параметры которых не зависят от амплитуды проходящих через них импульсов.

Частным случаем линейных формирующих устройств являются гене­раторы линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения (ГЛИН), получившие широкое распространение в счетно-решающей технике, авто­матике, технике измерений. Их применяют для получения пилообраз­ного напряжения, которое характеризуется следующими основными параметрами (рис. 19.16): периодом следования импульсов Т, длитель­ностью прямого хода t_и, длительностью обратного хода t_обр, амплитудой U_max, а также коэффициентом нелинейности ε, который определяется отношением разности производных напряжения в начале и конце прямого хода к производной напряжения в начале прямого хода:

(19.11)

Одним из требований, предъявляе­мым к ГЛИН, является максимально быстрый возврат сигнала в исходное состояние.

В основе получения пилообразного напряжения лежат процессы зарядки и разрядки конденсатора. Если обеспечить зарядку конденсатора стабильным током, то можно получить весьма высокую линейность пилообразного напряжения. Действительно, при неизменном постоянном токе зарядкиI напряжение на конденсаторе , т.е. линейно зависит от времени.

В качестве токостабилизирующей схемы можно, например, исполь­зовать выходную цепь транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером и охваченного отрицательной обратной связью по току (рис. 19.17, а). Используя рабочий участок выходной характеристики транзистора, на котором зависимость тока I_к от коллекторного напряжения U_k незначительна, и включая этот транзистор в цепь зарядки конденсатора C₁ последовательно с конденсатором С₂, можно получить режим источника тока по отношению к конденсатору C₁. В исходном состоянии Т₂ открыт и насыщен за счет соответствую­щего выбора значения R_Б. Точки а и б имеют почти одинаковый потенциал, а напряжение на C₁ практически равно нулю.

Напряжение между базой и эмиттером T₁ равно

(19.12)

Если ток эмиттера начинает снижаться, то для сохранения знака равенства в (19.12) U_БЭ должно повышаться. Ток базы транзистора T₁ следовательно, возрастает и препятствует уменьшению тока i_Э. Необходимо, чтобы в этой схеме конденсатор С₂ имел емкость, много большую емкости C₁, так чтобы за время разрядки конденсатора C₁ напряжение на С₂ не успевало заметно измениться.

При воздействии входного напряжения положительной полярности (рис. 19.17,б) транзистор Т₂ закрывается и конденсатор С₁ заряжается через токостабилизирующую цепь. На сопротивлении нагрузки Z_H напря­жение практически линейно нарастает. По окончании действия импульса входного напряжения транзистор Т₂ отпирается вновь и конденсатор C₁ разряжается через его малое сопротивление.

ГЛИН достаточно просто осуществляется на базе операционного усилителя. Структурная схема ГЛИН в интегральном исполнении при­ведена на рис. 19.18, а. На вход интегрирующего устройства подклю­чают генератор прямоугольных импульсов ГПИ. Временные диаграммы ГЛИН приведены на рис. 19.18,б. Для исключения постоянной состав­ляющей необходимо, чтобы площади разнополярных прямоугольных импульсов были равны: S₁ = S₂. Обычно ∆t₁ << ∆t₂. В этом случае получают линейно меняющееся напряжение «пилообразной» формы. Для обеспечения высокой линейности пилообразного напряжения необходимо, чтобы передние и задние фронты прямоугольных импульсов были отвесными, полка условно-отрицательного импульса ГПИ (под осью t) должна обладать особой стабильностью напряжения, ГЛИН на микро­схемах обладает высокой линейностью (ε = 10^-4).