РЭЛ 7

Министерство общего и профессионального образования Российской федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра радиофизики

Генераторы линейно-изменяющегося напряжения

Методические указания к лабораторной работе №7

практикума по радиоэлектронике

Новосибирск, 2002

Лабораторная работа посвящена изучению генераторов линейно-изменяющегося напряжения с простой интегрирующей цепью, с источником тока и компенсационного типа. В методическом пособии разъясняется принцип работы электронных схем, приводятся оценки влияния различных факторов на параметры ГЛИН.

В задачу студента входит изучение устройства, выполнение оценочных расчетов, макетирование и наладка трех видов ГЛИН, измерение их параметров.

Оборудование. Осциллограф; генератор импульсов Г5‑54.

Материалы и комплектующие

Резисторы: М10; 47к; 20к; 10к ‑ 3 шт.; 1к5 .

Конденсаторы: 1,0 мкф х 50 В ‑ 2 шт.; 20 мкф х 16 В ; 10н (33н) ‑ 2 шт.

Полупроводники: транзисторы – КТ361; КТ315; динистор КН102А; диод КД522; стабилитрон КС119.

Микросхемы: операционный усилитель ‑ 2 шт..

И. Кузин, Л. Н. Толныкина

Печатается по решению кафедры радиофизики

Оглавление

Введение_______________________________________________________ 3

1. ГЛИН с простой интегрирующей цепью____________________________ 3

2. ГЛИН с источником тока________________________________________ 4

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

3. ГЛИН компенсационного типа___________________________________ 4

Практическая часть______________________________________________ 5

Литература____________________________________________________ 6

Ó Новосибирский государственный университет, 2002

Введение

Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) широко применяются в импульсной технике, радиолокационных устройствах, в генераторах растровых разверток телевизионных устройств, в генераторах импульсов специальной формы, в сочетании с функциональными преобразователями в схемах, задающих временной интервал и т. д. По способу формирования пилообразного напряжения генераторы (ГЛИН) делятся на три основных группы:

1. ГЛИН с простой интегрирующей цепью.

2. ГЛИН, в которых заряд емкости производится источником тока.

3. ГЛИН, в которых для стабилизации зарядного тока используется принцип создания компенсирующего напряжения при помощи усилителей с цепями положительной обратной связи.

1. ГЛИН с простой интегрирующей цепью

Рис. 1

Пожалуй, самой простой схемой ГЛИН, которую можно придумать, является схема на динисторе, приведенная на рис. 1. Динистор – это четырехслойный полупроводниковый прибор, вольт-амперная характеристика которого приведена на рис. 2. Участок A вольт-амперной характеристики соответствует малым токам через динистор.

Рис. 2

Когда напряжение на динисторе достигает Uвкл (для КН102А Uвкл = 20 В), он лавинообразно включается, так как участок кривой B соответствует неустойчивому состоянию с отрицательным сопротивлением. Для выключения динистора необходимо, чтобы ток, протекающий через него, был меньше тока гашения I < Iгаш (рис. 2).

Пусть при t = 0 в схему подано напряжение питания. Напряжение на конденсаторе C нарастает по закону

. (1)

Рис. 3

Когда это напряжение превысит Uвкл , динистор включается, емкость быстро разряжается, и, если выполняется условие (E/R) < Iгаш , схема приходит в исходное состояние. График зависимости UC(t) приведен на рис. 3. Как ясно из рис. 3, ГЛИН такого типа имеют большую нелинейность из-за непостоянства тока I = (Eп ‑ UC)/R.

2. ГЛИН с источником тока

Если в качестве токозадающего элемента вместо резистора использовать генератор тока (см. рис. 4), линейность существенно улучшается. Заряд емкости в этом случае происходит по закону

; при I(t) = const . (2)

Рис. 4

В качестве генератора тока в схеме рис. 4 используется транзистор. Напряжение на базе транзистора определяется делителем R2,R3, т. к. Iб » Iк/b « IR2 » IR3 .

Напряжение Uбэ мало зависит от напряжения на коллекторе Uк (DUбэ » ‑0.001×DUкэ), поэтому ток, протекающий через транзистор Iк » Iэ = (UR2 ‑ Uбэ)/R1 практически не зависит от напряжения на емкости C.

3. ГЛИН компенсационного типа

Рис. 5

На рис. 5 приведена функциональная схема ГЛИН компенсационного типа с использованием положительной обратной связи. В исходном состоянии ключ Кл. замкнут, емкость С1 разряжена, напряжение на сопротивлении R1 равно UR1 = Eп - Uд, где Еп – напряжение питания, а Uд – падение напряжения на открытом диоде. Усилитель У имеет коэффициент усиления равный единице и большое входное сопротивление (Rвх>>R1).

После прихода запускающего импульса устройство управления УУ размыкает ключ, и емкость C1 начинает заряжаться током через резистор R1. Усилитель У передает напряжение на конденсаторе C1 на выход. Если C2 » C1, то емкость C2 будет заряжаться гораздо медленнее, чем С1, и изменение напряжения на C1 будет полностью передаваться в точку А. Таким образом, напряжение в точке А равно UA = UR1 + UC1, так как диод Д практически сразу после начала процесса заряда емкости закрывается. Падение напряжения на резисторе R1 равно UR1 = UA ‑ UC1 = UR1(t = 0) , т. е. ток, заряжающий конденсатор C1 всегда остается постоянным.

Когда выходное напряжение достигает некоторого уровня, срабатывает устройство управления, ключ Кл. замыкается и схема возвращается в исходное состояние.

Рис. 6

Принципиальная схема компенсационного ГЛИН показана на рис. 6. Единичный усилитель собран на операционном усилителе ОУ2 со стопроцентной отрицательной обратной связью. Ключ реализован на транзисторе КТ315, а устройство управления на операционном усилителе ОУ1.

Устройство управления представляет собой триггер Шмидта. Благодаря положительной обратной связи имеется два устойчивых состояния, при которых операционный усилитель находится в режиме положительного или отрицательного ограничения. Когда ОУ1 находится в режиме ограничения, модуль напряжения на его выходе Uогр на 1¸2 В меньше напряжения питания. В исходном состоянии напряжение на выходе ОУ1 имеет положительную полярность, транзистор Т1 включен, напряжение на емкости C и на выходе ОУ2 порядка 0.1 В. Напряжение на входе ОУ1 определяется делителем R3 , R4: = Uогр×R4/(R3 + R4).

Триггер Шмидта на ОУ1 перебрасывается в другое устойчивое состояние, когда разность входных напряжений меняет знак. Таким образом, для амплитуды запускающих импульсов получаем условие Uзап > Uогр×R4/(R3 + R4). Полярность запускающих импульсов должна быть положительной, длительность t << T, где T – период выходного сигнала ГЛИН. В исходное состояние триггер Шмидта возвращается, когда напряжение на выходе ОУ2 достигает величины Uвых » +Uогр×R4/R3 . При этом транзистор Т1 отпирается, емкость C быстро разряжается за время порядка (UС×C)/Iк » 10V×10‑8ф / 10‑1А » 1 мкс, где Iк » b×IR5 » 100×(10V/10кОм).

Практическая часть

1.1. Собрать схему по рис. 1. Измерить напряжение срабатывания динистора.

1.2. При заданных значениях R = 47 ком, С = 1.0 мкф рассчитать и измерить с помощью осциллографа период релаксационных колебаний.

1.3. Зарисовать форму напряжения на емкости и оценить отклонение пилообразного напряжения от линейного закона.

1.4. Рассчитать и проверить экспериментально величину емкости, необходимой для генерирования колебаний с периодом порядка 1 сек.

2.1. Собрать схему по рис. 4. Рассчитать и экспериментально проверить период колебаний.

2.2. Уменьшить в два раза значение сопротивления, задающего ток базы путем шунтирования резистора R3 резистором R4 (R4=R3). Измерить новое значение периода колебаний. Объяснить результат измерения расчетом.

2.3. Проверить зависимость периода колебаний от напряжения питания, меняя его от 40В, до 30В. Заменить резистор R2 стабилитроном КС119 с напряжением стабилизации 1.9В. Снова проверить зависимость периода от Eп. Объяснить результат.

3.1. Собрать схему ГЛИН по рис. 6. Подать от генератора Г5-54 положительные запускающие импульсы амплитудой 5¸10 В и частотой повторения 1 кГц. Рассчитать и измерить амплитуду и длительность импульсов на выходе.

3.2. Измерить напряжение в точке А (см. рис. 5) и сравнить его с напряжением на емкости C1. Вход осциллографа должен быть на постоянном токе.

Контрольные вопросы

1. Что такое "источник тока"? Привести примеры схемных реализаций.

2. Чем определяется линейность ГЛИН и методы ее улучшения?

3. Объяснить назначение емкости C2 в схеме на рис. 6.

4. Что такое "триггер Шмидта" и как он работает?

5. Чем определяется период выходного сигнала в схеме рис. 6?