Генератор напряжения треугольной формы с ручной манипуляцией

Добавив к схеме генератора одиночного линейно-изменяющегося сигнала (рис.4) переключатель и еще один источник управляющего постоянного напряжения, можно получить генератор напряжения треугольной формы, управляемый вручную (рис.6).

Рис.6. Генератор сигналов треугольной формы с ручной манипуляцией

Рис.7. Форма выходного напряжения генератора сигналов треугольной формы с ручной манипуляцией

Когда переключатель находится в верхнем по схеме положении, Е _вх = −15 В и напряжение U _выхнарастает; при нижнем положении переключателя Е _вх =+ 15 Ви U _выхспадает. Скорость изменения U _выхнаходится из уравнения (8) и для Е _вх= + 15 В

При Е _вх = –15 В, U _вых/ t =15 В/с.

Чтобы понять, как линейно-изменяющиеся напряжения образуют сигнал треугольной формы, обратимся к рис.7. В момент t =0 на схему подается питание; переключатель при этом находится в нижнем положении («спад»). Е _вхположительно, так что U _вых спадает со скоростью -15 В/с. При достижении напряжением U _вых заданного нижнего порогового напряжения U _п.н. переключаем ключ в положение «подъем». При этом Е _вх становится равным – 15 В и U _вых нарастает со скоростью +15 В/с. В момент, когда U _вых= U _лин достигнет выбранного нами верхнего порогового напряжения U _п.в., вернем ключ в положение «спад». С этого времени необходимо изменять положение переключателя всякий раз, когда линейно-изменяющееся напряжение U _вых= U _лин пересекает один из этих пороговых уровней.

Чтобы добиться автоматического переключения, можно заменить управляющий переключатель компаратором.

2.3.2. Компаратор с гистерезисом и управлением по входу (+)

Подадим напряжение U _вых с выхода схемы рис.6 на вход компаратора (рис.8,а).

а)

б)

Рис. 8. Работа компаратора, предназначенного для включения в генератор напряжения треугольной формы

Для анализа работы компаратора предположим, что напряжение с его выхода U _комп зафиксировано на уровне + U _нас. При любом положительном напряжении U _лин напряжение на входе (+) ОУ (рис.8,а) будет положительно по отношению к напряжению на входе (–) и U _комп остается на уровне + U _нас. Чтобы изменить состояние компаратора на U _комп=− U _нас,напряжение U _лин на его входе должно стать ниже некоторого порогового напряжения U _п.н.. Только тогда напряжение на входе (+) ОУ компаратора станет равно 0 В (потенциалу земли). В этот момент на резисторе R падает напряжение – U _п.н., а на резисторе – напряжение + U _нас. При этом можно записать

или

при .

В этом состоянии при любом отрицательном входном напряжении, превышающем по абсолютной величине U _п.н, вход (+) имеет отрицательный по отношению ко входу (–) потенциал и U _комп фиксируется на уровне − U _нас. Чтобы U _комп переключилось обратно к + U _нас, U _лин должно стать положительным (как показано на рис.8,б ) и превысить верхнее пороговое напряжение U _п.в. Когда U _лин достигает U _п.в, все напряжение U _п.в. падает на резисторе R, а напряжение − U _нас – на резисторе aR, так что . Отсюда следует, что

или

при .

Напряжение ширины петли гистерезиса U _гист будет равно разности между пороговыми напряжениями:

.

Пример расчета компаратора

На рис.8 R =10 кОм, a aR =20 кОм, так что a =2. Предположим, что +U _нас = +15 В, a − U _нас = – 15 В. Найти а) U _п.в., б) U _п.н. и в) U _гист.

Решение:

а)

б)

в)