Генераторы линейно-изменяющегося напряжения

Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) служат для создания развертки электронного луча по экрану ЭЛТ, получения временных задержек, модуляции импульсов по длительности и т. д. Линейно-изменяющееся напряжение характеризуется максимальным значением U m, длительностью прямого хода t _Р, временем обратного хода t о и коэффициентом нелинейности:

                                          (2.26)            

где  и – скорости изменения напряжения во времени (производные), соответственно, в начале и в конце рабочего участка.

Формирование линейно-изменяющегося (пилообразного) напряжения основано на чередовании во времени процессов заряда и разряда конденсатора. Простейший ГЛИН (рис. 2.15, а) содержит формирующую RC -цепь и транзисторный ключ для разряда емкости С.

Рис. 2.15. Простейший ГЛИН: а – схема;                                                                              б – временные диаграммы работы

Схема работает следующим образом. U вых. возрастает по экспоненциальному закону, стремясь к напряжению + Е   (рис. 2.15, б), с постоянной времени τ  = RC. Через время t р входной импульс, длительностью t и, открывает ключ VT и емкость С быстро разряжается большим током транзистора за время t ₀ £ t и.  При    t  =   t р     U _вых. (t) = U_m.

                                      .                                  (2.27)  

Поскольку для конденсатора dU с/ dt  =   i c/ C, коэффициент нелинейности (2.27) может быть найден по значениям тока конденсатора в начале и в конце рабочего участка:

                                              (2.28)

    Для рассматриваемого  случая     I (0)  =   E / R, I (t р)  =  (E  – U m)/ R, откуда находим, что δ  = U m/ E.

Таким образом, коэффициент нелинейности δ тем меньше, чем меньше Um по сравнению с напряжением Е.

Причины появления нелинейности: 

    1. Уменьшение тока заряда емкости во время заряда.

    2. Разряд емкости С через нагрузку.

    Для повышения линейности выходного напряжения применяют различные методы. 

На рис. 2.15, а приведена схема ГЛИН с отрицательной обратной связью. Для получения требуемого значения U т, максимальное значение напряжения U ~ на входе ОУ должно быть меньше, чем U т,             в   К  раз, что позволяет увеличить постоянную   составляющую   также в К раз по сравнению с простой RC -цепью, в основном, за счет увеличения емкости С и, таким образом, существенно уменьшить ко-

             а)                                       б)                                           в)

Рис. 2.16. ГЛИН с ООС: а – схема; б – временные диаграммы работы; в – схема электронного ключа

эффициент нелинейности δ. В качестве ключа КЛ можно использовать электронный ключ на транзисторе или ключ на ЛЭ с открытым коллектором, схема которого показана на рис. 2.16, в. Сопротивление   R ₀  ≥   U m/ I m вых ограничивает ток логического элемента.

    На рис. 2.17, а приведена схема ГЛИН с положительной обратной связью через большую по номиналу емкость С ₀. В схеме используется ОУ со 100 % ООС, имеющий коэффициент передачи К u = 1 (повторитель напряжения). При увеличении напряжения на емкости  С повышается напряжение U вых., которое через емкость С ₀ передается во входную цепь схемы. За время t p емкость С ₀ не успевает зарядиться. Таким образом, увеличиваются потенциалы нижнего и верхнего выводов (на схеме) резистора R, падение напряжения на нем остается постоянным, следовательно, емкость  С заряжается постоянным током.

                                   а)                                                              б)

Рис. 2.17. Схемы генераторов линейно-изменяющегося напряжения: