2.2.2 Генератор пилообразного напряжения

Генератор пилообразного напряжения реализован на микросхеме XR-2209CP. Напряжение питания +15, 0, -15 В. Амплитуда выходного напряжения 10 В. Частота выходного сигнала определяется величиной емкости С2 и сопротивления R1 по формуле:

f=1/(R1*C2)

Необходимым условием является равенство емкостей С1 и С3. Принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 2.

Рис. 2.7 Принципиальная электрическая схема генератора пилообразного напряжения

Общий вид генератора пилообразного напряжения представлен на рисунке 2.8.

Рис. 2.8 Общий вид генератора пилообразного напряжения

2.2.3 Генератор синусоидального и косинусоидального напряжений

На рис. 2.9 представлена общая фальшпанель генератора системы синхронных сигналов (ГСС).

Генератор ГСС является источником системы синхронных сигналов прямоугольной, треугольной, синусоидальной и косинусоидальной форм. Эти сигналы используются для формирования воздействий на объект.

Рис. 2.9 Фальшпанель генератора синусоидального и косинусоидального напряжений:

1 - перемычка режимов управления частотой генератора; 2 - переключатель поддиапазонов частоты генератора; 3 - ручка управления ча­стотой генератора

Амплитуду каждого из четырех синхронных сигналов можно регулировать независимо от остальных в пределах 0-10 В. Диапазон частот от 0,1 до 1100 Гц при регулировании вручную (перемычка 1) разбит на четыре поддиапазона: 0,1-1,1 Гц, 1,0- 11 Гц, 10-110 Гц и 100-1100 Гц. Последний получается при отключенном состоянии всех клавиш переключателя диапазонов 2. В каждом из поддиапазонов частоту колебаний можно регулировать плавно вручную ручкой 3 в отношении 1:11.

Для управления частотой от внешнего сигнала перемычку 1 надо удалить и подать на вход U_у напряжение, изменяющееся в пределах 0,1—10 В. Это обеспечит безынерционное управление частотой всей системы синхронных сигналов в пределах двух декад на любом из четырех подди­апазонов 0,01—1,0 Гц, 0,1—10 Гц, 1,0—100 Гц и 10—1000 Гц.

Структурная схема генератора показана на рис. 4. Релаксационный генератор, образованный нелинейным преобразователем 1, усилителем 2 и интегратором 3, формирует прямоугольные П(t) и треугольные ∆(t) импульсы с частотой f=kUm/4δ,

где U_m — амплитуда прямоугольных импульсов на выходе нелинейности с гистерезисной характеристикой 1; б — полуширина петли гистерезиса и k=k₁k_и1 — общий коэффициент дополнительного усилителя 2 и первого интегратора 3. Нелинейность 4 (формирует из треугольного сигнала сигнал косинусоидальной формы K(t). На выходе интегратора 6 из косинусоидального сигнала формируется синусоидальный сигнал С(t). Для подержания нулевого среднего значения последнего введена вторая обратная связь с выхода интегратора 6 на второй инвертирующий вход сумматора 7.

Рис. 2.10 Структурная схема генератора

1,4- нелинейные преобразователи, 2,5- усилители, 3,6- интеграторы

Амплитуда треугольного сигнала А (t) определяется полушириной петли гистерезиса б. Поэтому при изменении коэффициента усиления k₁ изменяется частота, а амплитуда треугольного сигнала остается постоянной. Для того чтобы при изменении частоты оставалась неизменной и амплитуда синусоиды C(t), коэффициент k₂ необходимо изменять синхронно с коэффициентом k₁. Синхронное плавное управление коэффициентами k₁ и k₂ вручную проще всего реализовать при помощи сдвоенного потен­циометра. Используя в качестве k₁ и k₂ аналоговые перемножители, ручное управление частотой генератора легко дополнить автоматическим. Коэффициенты усиления интеграторов k_и1 и k_и2 удобно использовать для дискретного переключения диапазонов.

Принципиальная электрическая схема генератора ГСС приве­дена на рис. 2.11.

Реле с гистерезисной характеристикой реализовано на ОУ DA1, интеграторы — на ОУ DA3 и DA5, переменные коэффициенты, управляемые напряжением, — на аналоговых перемножителях сигналов DA2 и DA4. Нелинейный функциональный преобразователь с синусоидальной статической характеристикой реализован на транзисторах VT1 и УТ2. Обратные связи заведены через резисторы R1 и R2.

Рис. 2.11 Принципиальная схема генератора

Использование в качестве DA1 быстродействующего ОУ типа КР544УД2, имеющего скорость нарастания выходного сигнала 20 В/мкс, обеспечивает крутые фронты прямоугольного сигнала. Для симметрирования характеристики реле на выходе DA1 поставлен двуханодный стабилитрон VD1 типа КС191А, имеющий малый разброс положительного и отрицательного напряжений стабилизации.

В качестве аналоговых перемножителей DA2, DA4 использованы перемножители типа КР525ПС2А. Управляющие входы перемножителей соединены, гнездо XS2 служит для управления частотой генератора от внешнего источника напряжения. Для ручного управления частотой необходимо установить перемычку между гнездами XS2 и XS3, которые выведены на переднюю панель генератора. Тогда управление частотой производят с помощью потенциометра RP5. Интеграторы выполнены на ОУ DA3 и DA5 типа КР140УД6 стандартным образом.

Нелинейный функциональный преобразователь с синусоидальной статической характеристикой реализован на полевых транзисторах VТ1 и VT2 типа КП103М и КП303Г. Статические характеристики «ток стока — напряжение сток-исток» транзисторов близки к у = sin х при напряжении сток-исток до 3 В. Потенциометр RP6 служит для ограничения входного сигнала преобразователя, а потенциометры RP7 и RP8 — для симметрирования результирующей нелинейной характеристики.

На рисунке 2.11 принципиальная схема генератора показана для одного поддиапазона, когда плавное изменение частоты осуществляют при помощи управляющего напряжения, которое подают на гнездо XS2.

Переход от одного поддиапазона к другому осуществляется синхронным включением в обратную связь DA3 и DA5 конденсаторов С₁, и С₂ соответствующей емкости (табл. 2.1) с помощью переключателя типа П2K.

Таблица 2.1 Диапазоны частот регулирования сигналов

Диапазон			Емкость C1 и C2, мкФ
Номер	Частота, Гц
1	0,1-1,1	1,0
2	1,0-11	1,0-10^-1
3	10-110	1,0-10^-2
4	110-1100	1,0-10^-3

Схема на рисунке 2.11 обеспечивает системы синхронных сигналов с постоянными амплитудами. Для независимой плавной регулировки амплитуды каждого из сигналов в генераторе использованы четыре усилителя, принципиальные схемы которых показаны на рис. 6. Кроме регулировки амплитуды они позволяют сформировать систему сигналов с желаемыми взаимными фазами. Поэтому для усилителя прямоугольного и косинусоидального сигналов применено неинвертирующее включение ОУ, а для треугольного и синусоидального сигналов — инвертирующее включение. Регулировка амплитуд сигналов осуще­ствляется потенциометрами RP1—RP4. Усилитель прямоугольных импульсов реализован на быстродействующем ОУ типа КР544УД2, остальные — на ОУ типа КР140УД6.

Настройка генератора имеет целью обеспечить соответствие параметров системы синхронных сигналов значениям, указанным на передней панели генератора, с погрешностью не хуже 1%.

Сначала настраивают схему формирования сигналов (рис. 2.11), затем — усилители (рис. 2.12).

Для симметрирования прямоугольных сигналов генератора измеряют напряжения стабилизации двуханодных стабилитронов КС191А при токе стабилизации I_CT = 0,5 мА и отбирают для установки те из них, в которых | U_ст| = | —U_CT| с точностью 1%.

Рис. 2.12 Принципиальные схемы усилителей генератора

Далее удаляют перемычки П1 и Т12 (рис. 2.11) и настраивают аналоговые перемножители DA2 и DA4. Цель настройки — мини­мизировать смещения нулей и пролезания по входам перемножителей, а также обеспечить идентичность чувствительности по входам, используемым для управления частотой генератора. Настройка осуществляется стандартным образом с помощью потенциометров RP1—RP4 для перемножителя DA2 и потенциометров RP9—RP12 для перемножителя DA4.

Затем настраивают ведущий генератор. Он состоит из соединенных в контур реле с гистерезисом на DAI, управляемого коэффициента передачи на DA2 и интегратора на DA3 (рис. 2.11).

Перед его настройкой необходимо вывод резистора R1 отсоединить от выхода микросхемы DA5 и подключить его к общей точке («земле»); установить перемычку III; установить коммутационную перемычку между гнездами XS2 и XS5. После выполнения этих операций на выходе DA1 возникают прямоугольных колебания напряжения, а на выходе DA3 — треугольные.

Настройку верхней частоты диапазона 1100 Гц проводят, когда ручка резистора RP5 повернута по часовой стрелке до упора. Частоту измеряют цифровым частотомером соответствующего класса точности (например, ЧЗ-57). Если она выше желаемой, то сопротивление резистора увеличивают, если ниже, то уменьшают. Настройку нижней частоты диапазона 100 Гц проводят, когда ручка резистора RP5 повернута против часовой стрелки до упора. Если частота выше заданной, то уменьшают сопротивление резистора R7, если ниже — увеличи­вают.

Затем приступают к настройке всей системы сигналов генератора на верхнем поддиапазоне. Перед настройкой соединяют перемычкой П2 вывод 7 микросхемы DA4 с истоком транзистора VT2. С помощью потенциометра RP6 устанавливают амплитуду напряжения, поступающего на преобразователь, равной 1,5—1,8 В и, подстраивая напряжения на затворах транзисторов VT1 и VT2 с помощью потенциометров RP7 и RP8, добиваются на выходе преобразователя (исток VT2) симметричной осциллограммы косинусоидального сигнала. Если в вершинах наблюдается излом осциллограммы, то следует уменьшить амплитуду входного сигнала с помощью RP6 и провести повторную настройку симметрии. Амплитуда входного сигнала не должна быть менее 1,3 В.

После настройки нелинейного преобразователя замыкают общую обратную связь в генераторе. Для этого резистор R1 отсоединяют от общей точки и подключают к выходу DA5 (вывод 6). На осциллографе наблюдают осциллограммы прямоугольного (стабилитрон VDI), треугольного (вывод 6 микросхемы DA3. косинусоидального (вывод 7 микросхемы DA4) и синусоидального (вывод 6 микросхемы DA5) сигналов генератора. При изменении частоты колебаний потенциометром RP5 амплитуда сигналов должна сохраняться постоянной.

Если конденсаторы C₁ и С₂ подобраны с десятикратным соотношением их емкостей с точностью 1%, то настройка генератора на других частотных поддиапазонах не требуется.

Максимальные значения амплитуд всех четырех сигналов ге­нератора устанавливают равными 10 В путем подбора резисторов, отмеченных на схеме (см. рис. 2.12) звездочкой, при вывернутых по часовой стрелке до упора ручках потенциометров RP1—RP4.