ГЛИН (генератор на линейно изменящо се напрежение)

1

Т2/6. ГЕНЕРАТОРИ НА ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЩО СЕ НАПРЕЖЕНИЕ

1.ГЕНЕРАТОРИ НА ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЩО СЕ НАПРЕЖЕНИЕ, РАБОТЕЩИ В
ЧАКАЩ РЕЖИМ
.

Линейно изменящи се напрежения са такива, размахът на които
нараства равномерно (т. е. линейно) с течение на времето. С други думи,
размахът им носи информация за хода на времето. Ето защо линейно
изменящите се напрежения се използуват за преместване на електронния
лъч в осцилоскопите, в телевизионните тръби и в други развиващи
устройства. Освен това те се използуват за преобразуване на импулсни
сигнали в импулси със съответна амплитуда, т. е. за преобразуване на
период от време в амплитуда. Линейно изменящите се напрежения служат и
за обратни цели — за преобразуване на нивото на сигнала в информация за
време. Последното се използува например в цифровите волтметри за
измерване на постоянни напрежения. Това се пояснява на (фиг.1.) В
цифровите волтметри се измерва времето от началото на линейно
изменящото се напрежение u
л до момента на съвпадането му с нивото на
измервания сигнал u
с . Като се знае скоростта на нарастване на линейно
изменящото се напрежение, се определя нивото на измервания сигнал.
Линейно изменящото се напрежение може да бъде линейно
нарастващо (фиг.2.а) или линейно спадащо (фиг. 2.б). Важни параметри на
линейно изменящото се напрежение са:
• максималният размах U
max;
• времето на правия ход T
пр ;
• времето на обратния ход T
обр.
През времето на правия ход напрежението нараства или намалява
равномерно, а през времето на обратния ход то бързо се връща в

2

първоначалната си стойност. Обикновено времето на правия ход е много
по-продължително от времето на обратния ход и такъв сигнал се нарича
трионообразен. Когато времената T
пр и Т обр са равни, напрежението се
нарича триъгълно. За да се получи трионообразно напрежение, е
необходимо кондензатор да се зарежда, или пък ако той е зареден, да се
разрежда с постоянен ток- напрежението на кондензатора в този случай ще
се изменя линейно.

Фиг.1
При разглеждането на преходните процеси бе показано, че напрежението на
кондензатора се изменя по експоненциален закон. Началната част на
експоненциалната крива с известно

Фиг.2
приближение може да се приеме за линейна права линия. Схемата за
формиране на линейно нарастващо напрежение се състои от транзистор,
заряден резистор и кондензатор С (фиг.2.а). На базата на транзистора се
подава положителен импулс, чиято продължителност определя дължината

3

на обратния ход. През времето на обратния ход транзисторът се отпушва и
се насища, така че кондензаторът се разрежда през него. Със започването на
правия ход транзисторът се запушва и кондензаторът С започва да се
зарежда през резистора R
c, стремейки се към напрежението на
токоизточника Есс. Отклонението на нарастващото напрежение от
линейния закон се определя с коефициента на нелинейност:
к
л=
Т
пр
R
л.C

Максималният размах на трионообразното напрежение, който може
да се получи при зададен коефициент на нелинейност k
H, е
U
max=Ecc.Kи=Есс
Т
пр
с
лm

От тази формула се вижда, че за да се постигне добра линейност,
размахът на трионообразното напрежение трябва да е много по-малък от
захранващото напрежение Е
сс. Следователно недостатък на схемата от (фиг.
2) е малката степен на използване на захранващото напрежение.
Висока линейност се постига, ако вместо резистор R
c се постави

Фиг.3
схемен елемент, пропускащ винаги постоянна стойност на

зарядния ток.
Най-прост стабилизатор на ток се получава с полеви транзистор. Показаната
на (фиг.3.а) схема позволява да се формира трионообразно напрежение с
коефициент на нелинейност около 1% и амплитуда до 0,9 Е
сс. Зарядният ток

4

в известни граници може да се изменя с промяната на съпротивлението на
резистора R
2. Неговата стойност може да се изменя от около 500 Ω до 2 kΩ .
Захранващото напрежение се избира в зависимост от мак симално
допустимото работно напрежение на полевия транзистор.
Друг тип схеми са генераторите със следяща обратна връзка (фиг. 3.б).
При тях кондензаторът С също се зарежда през резистор с постоянно
съпротивление R
c, но за да се получи постоянен заряден ток, напрежението,
към което е включен резисторът R
c, не е постоянно, а се изменя по същия
трионообразен закон, както и изходното напрежение. Схемата работи по
следния начин. На входа й се подава положителен импулс с продължи-
телност, равна на периода на обратния ход, и транзисторът T
1 се насища.
Кондензаторът С се разрежда напълно, а кондензаторът С
2 се зарежда през
резистора R
2 и отпушения диод Д до напрежението на токоизточника Е сс.
След завършването на положителния управляващ импулс, т. е. на обратния
ход, транзисторът T
1 се запушва. Запушва се и диодът Д, тъй като към
катода му е подаден положителен потенциал от кондензатора С
2. Зарядният
ток се поддържа от напрежението на кондензатора С
2. Капацитетът на
последния трябва да е много по-голям от капацитета на зарядния
кондензатор С, така че за времето на правия ход той практически да не се
разрежда и напрежението му да остава неизменно. Нарас тващото
напрежение на кондензатора С се подава на базата на емитерен повторител
(транзистора T
2), на изхода на който се получава напрежение практически
със същата стойност. Това напрежение от своя страна се сумира с
напрежението на кондензатора С
2, така че в същност върху резистора R c
винаги остава подадено едно и също напрежение, равно на Е
сс, в резултат на
което токът
л
з=
Е
сс
с
a

5

с който се зарежда кондензаторът С, има постоянна стойност. Следователно
трионообразното напрежение се изменя по закона:
m
л=
л
з.a
x
=
п
aa
с
axa
Максималната амплитуда на трионообразното напрежение, която
може да се получи по тази схема, е равна на захранващото напрежение Е
сс, т.
е. U
maxz=Ecc . Като се замести това в горното равенство, се получава израз за
максималната продължителност на трионообразното импулсно напрежение
Съпротивлението Rc се избира в границите от 5 до 50 kΩ, а съпро-
тивлението R
2- от 1 до 5 kΩ. Капацитетът на кондензатора С се определя от
горната формула в зависимост от желаната продължителн ост на
трионообразния импулс. Кондензаторът С
2 трябва да има капацитет около
100 пъти по- голям от капацитета на кондензатора С.
Схемите със следяща обратна връзка позволяват да се получи
трионообразно напрежение с коефициент на нелинейност до 0,1 %. За
формиране на трионообразни напрежения с висока линейност се използуват

6

Фиг.4
интегратори, изградени с операционни усилватели (фиг.4). На входа на
интегратора се подава положително или отрицателно напрежение, с което
се определя да спада, или да нараства изходното трионообразно напреже-
ние. По време на обратния ход на трионообразното напрежение кон-
дензаторът принудително се разрежда чрез насищане на ключовия
транзистор Т
1.
Разгледаните дотук схеми се пускат от външен сигнал, който определя
продължителността на правия и на обратния ход. Пускащите импулси се
получават от блокинг-генератор или от мултивибратор. Съществуват и
множество схеми, работещи в автогенераторен режим, които формират
трионообразни или триъгълни напрежения. Но всичките те са построени на
принципа на зареждане на кондензатор с постоянен по стойност ток.

2. РЕЛАКСАЦИОННИ ГТН.

Релаксационните ГТН са релаксационни импулсни генератори,
например мултивибратори, в които продължителността на гене-
рираните импулси се определя от процес на линейно изменение на
напрежението върху времезадаващия кондензатор. За тази цел токът
през кондензатора се стабилизира. Най-често се използуват схеми с
токостабилизиращ двуполюсник и с интегриращ усилвател.
От (фиг.5.а) се вижда как един транзисторен мултивибратор с
колекторно-базови връзки се превръща в релаксационен ГТН, който
може да работи в чакащ и автогенераторен режим. Ког ато
транзисторът Т
x е наситен, транзисторът Т2 се поддържа запушен от
отрицателното напрежение върху кондензатора С, което се изменя по
линеен закон. Продължителността на правия ход се оп ределя от

момента на отпушването на транзистора Т
със скок (лавинообразно). За работа в чакащ режим между точките
2 се включва резистор (фиг.5.
(отпушващ — към базата на
схемата преминава в своето устойчиво състояние, в к оето
транзисторът Т
x, е наситен, в база
напрежение с продължителност Т
— два противофазни пра
продължителност. В автогенераторен режим (фиг.5.
кондензатора С, схемата има второ временно устойчи
времетраене Ти = 0,7
продължителност T пр и
трионообразното напрежение се определя от ге
Положителното напрежение
транзистора от насищане в края на правия ход. На практика за опростяване
на схемата обикновено се работи с

момента на отпушването на транзистора Т2, когато схемата се включва
с
Фиг.5
ъс скок (лавинообразно). За работа в чакащ режим между точките
се включва резистор (фиг.5.в). След подаване на пусков импулс
към базата на Т
x или запушващ — към базата на Т
схемата преминава в своето устойчиво състояние, в к оето
, е наситен, в базата на Т2 се формира линейно
напрежение с продължителност Тпр, а в колекторите на транзисторите
два противофазни пра воъгълни импулса със същата
В автогенераторен режим (фиг.5.г) благодарение на
дензатора С, схемата има второ временно устойчиво състояние с
0,7RВ2.С2 и генерира трионообразно
с период на повторение Т= Т пр + Ти
трионообразното напрежение се определя от генератора на ток (фиг.5.б)
Положителното напрежение Е
x, е с малка стойност (0,7-1V) и предпазва
транзистора от насищане в края на правия ход. На практика за опростяване
на схемата обикновено се работи с Е
x= 0, т. е. базата се свързва към маса.
7
гато схемата се включва
ъс скок (лавинообразно). За работа в чакащ режим между точките 1 и
След подаване на пусков импулс
към базата на Т2)
схемата преминава в своето устойчиво състояние, в к оето
се формира линейно
, а в колекторите на транзисторите
воъгълни импулса със същата
благодарение на
во състояние с
напрежение с
Ти.Наклонът на
нератора на ток (фиг.5.б)
1V) и предпазва
транзистора от насищане в края на правия ход. На практика за опростяване
е. базата се свързва към маса.

8

В повечето от областите на приложение на генераторите на
трионообразно напрежение се поставя изискване за ма лка про-
дължителност на обратния ход спрямо продължителността на правия
ход. Конструирането на ГТН с малък обратен ход е необходимо и
поради постоянно съществуващата тенденция за увелич аване на
бързодействието на електронните устройства. Това е свързано с
намаляване на продължителността на правия ход, съответно увеличаване на
скоростта на линейното напрежение, което от своя страна налага да се
намали времетраенето на обратния ход.
С релаксационни ГТН в автогенераторен режим, съдържащи два
времезадаващи кондензатора, може да се получи трион ообразно
напрежение с практически „нулев" обратен ход. Един такъв генератор
е показан на (фиг.6.а). Той е изграден по структура та на
мултивибратор с колекторно - базови връзки. Благода рение на
токостабилизиращите двуполюсници, изградени с транзисторите Т
3 и
Т
4, на базовите изводи на транзисторите Т 1 и Т2 (Фиг.6) се формират две
трионообразни напрежения с продължителност на правия ход:
Тпр1≈С1.R3
Тпр2≈С2.R4
Чрез логическата схема ИЛИ (транзисторите Т
5 и Т 6) двете
напрежения се обединяват в общия изход. При пълна симетрия (С1 =
С
2 = С, R3 = R 4=R) на общия изход се получава трионообразно на-
прежение с размах Um=Е
СС и с продължителност на правия ход:
Тпр=RC

и пренебрежимо малък обратен ход (продължителността му е
равна на времето за превключване на мултивибратора). Транзи
Т5 и Т 6 изпълняват също така и функцията на буфери между
времезадаващите кондензатори и товара.
Ако той е много
може да се опрости, като
необходимостта от отрицателно захранващо напрежение.

3.ГЕНЕРАТОРИ НА ТРИОНООБРАЗЕН ТОК.



и пренебрежимо малък обратен ход (продължителността му е
Фиг.6.
времето за превключване на мултивибратора). Транзи
изпълняват също така и функцията на буфери между