- •Функциональные устройства на операционных усилителях
- •1. Линейные аналоговые вычислительные схемы на оу
- •1.1. Схема суммирования
- •1.2. Схема интегрирования
- •1.3. Схема дифференцирования
- •2. Схемы линейного преобразования сигналов
- •2.1. Источники напряжения, управляемые током
- •2.2. Источники тока, управляемые напряжением
- •2.2.1. Источники тока с незаземленной нагрузкой
- •2.2.2. Источники тока с заземленной нагрузкой
- •2.2.3. Источники тока для нагрузки, один из полюсов которой имеет постоянный потенциал, отличный от потенциала общей точки
- •2.3. Преобразователь отрицательного сопротивления
- •3. Активные электрические фильтры на оу
- •3.1. Основные понятия
- •3.2. Фильтры нижних частот
- •3.3. Фильтры верхних частот
- •3.4. Полосовые фильтры
- •3.5. Заграждающие (режекторные) фильтры
- •3.6. Реализация фильтров на операционных усилителях
- •3.7. Реализация активных фильтров на основе метода переменных состояния
- •4. Измерительные усилители
- •4.1. Измерительный усилитель на одном оу
- •4.2. Измерительный усилитель на трех оу
- •5. Схемы нелинейного преобразования сигналов на оу
- •5.1. Логарифмирующие и экспоненциальные преобразователи
- •5.2. Прецизионные выпрямители на оу
- •6. Генераторы сигналов на оу
- •6.1. Релаксационные генераторы
- •6.1.1. Автоколебательный мультивибратор
- •6.1.2. Ждущий мультивибратор (одновибратор)
- •6.1.3. Генератор прямоугольного и треугольного напряжений
- •6.2. Генераторы синусоидальных колебаний
- •6.2.1. Условия возбуждения
6. Генераторы сигналов на оу
Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор каких-либо колебаний. Кроме генераторов испытательных сигналов, выполняемых в виде отдельных изделий, источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах, инициирующих измерения или технологические процессы,и вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими состояниями или периодическими колебаниями. Так, например, генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых измерительных приборах, осциллографах, радиоприемниках, телевизорах, часах, ЭВМ и множестве других устройств.
В зависимости от конкретного применения генератор может использоваться просто как источник регулярных импульсов (например, синхросигналов в цифровой системе); от него может требоваться стабильность и точность (опорный интервал времени в частотомере), регулируемость (гетеродин радиоприемника) или способность генерировать колебания в точности заданной формы (синусоидальной в звукотехнике или пилообразной в развертке осциллографа).
Схемотехнически электронный генератор представляет собой усилитель, охваченный положительной обратной связью. В качестве усилителя могут быть использованы схемы на дискретных транзисторах, цифровые ИМС, интегральные таймеры, а также операционные усилители. Использование ОУ позволяет построить стабильные генераторы с хорошим воспроизведением формы выходного сигнала.
6.1. Релаксационные генераторы
Релаксационными называют генераторы, у которых регулирующий (усилительный) элемент работает в переключательном (релейном) режиме. К ним относят автоколебательный и ждущий мультивибраторы, генераторы пилообразных и треугольных колебаний. Основой релаксационных генераторов на ОУ является обычно регенеративный компаратор, называемый также триггером Шмитта. Регенеративный компаратор представляет собой операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью (рис. 32).
Рис. 32. Триггер Шмитта неинвертирующий (а) и инвертирующий (б)
Переходная характеристика компаратора имеет гистерезис, ширина которого равна удвоенному пороговому напряжению 2Uп, причем для схемы на рис. 32а
, |
(36) |
а для схемы на рис. 32б
|
(37) |
где Uм – выходное напряжение насыщения усилителя.
6.1.1. Автоколебательный мультивибратор
Схема автоколебательного мультивибратора приведена на рис.33а. Он состоит из инвертирующего триггера Шмитта, охваченного отрицательной обратной связью с помощью интегрирующей RC-цепочки.
Рис. 33. Схема мультивибратора (а) и временнaя диаграмма его работы (б)
Когда напряжение uc достигает порога срабатывания триггера Шмитта, схема переключается и ее выходное напряжение скачком принимает противоположное значение. При этом конденсатор начинает перезаряжаться в противоположном направлении, пока его напряжение не достигнет другого порога срабатывания. Схема переключается в первоначальное состояние (рис. 33б).
Анализ схемы мультивибратора позволяет записать дифференциальное уравнение:
. |
(38) |
При начальных условиях uc(0) = –Uп решение этого уравнения имеет вид:
Значение напряжения, равное порогу срабатывания триггера Шмитта (условие uc(t)=Uп), будет достигнуто спустя время
t1 = RCln[1 + 2R1/R2].
Период колебаний мультивибратора, таким образом, равен
T = 2t1 = 2RCln[1 + 2R1/R2]. |
(39) |
Как видно из последней формулы, период колебаний мультивибратора не зависит от напряжения Uм, которое, в свою очередь определяется напряжением питания Uпит. Поэтому частота колебаний мультивибратора на ОУ мало зависит от питающего напряжения.