Předmět: Generátory ramp aaktuální.

Obecná informace o generátorech pilových pulsů (GPI).

Generátory lineárního napětí.

Lineárně se měnící generátory proudu.

Literatura:

Bramer Yu.A., Pashchuk I.N. impulsní technologie. - M.: Vyšší škola, 1985. (220-237).

Bystrov Yu.A., Mironěnko I.G. Elektronické obvody a zařízení. - M.: Vyšší škola, 1989. - S. 249-261,267-271.

1. Obecné informace o generátorech pilových pulsů (GPI).

Napínací pilový zub nazývá se takové napětí, které se nějakou dobu mění podle lineárního zákona (zvyšuje se nebo klesá) a poté se vrátí na původní úroveň.

Rozlišovat:

lineárně rostoucí napětí;

lineárně klesající napětí.

Generátor pilových pulsů - zařízení, které generuje sekvenci pilových pulzů.

Určení generátorů pilových pulsů.

Navrženo pro získání napětí a proudu, které se mění v čase podle lineárního zákona.

Klasifikace pilových pulzních generátorů:

Podle základny prvků:

na tranzistorech;

na lampách;

na integrovaných obvodech (zejména na operačních zesilovačích);

Po domluvě:

generátory pilového napětí (GPN) (jiný název - generátory lineárně se měnícího napětí - CLAY);

generátory pilového proudu (GPT) (jiný název - lineárně se měnící generátory proudu - GLIT);

Způsobem zapnutí spínacího prvku:

sekvenční obvod;

paralelní obvod;

Podle metody zvýšení linearity generovaného napětí:

s prvkem stabilizujícím proud;

typ kompenzace.

Zařízení pilového pulzního generátoru:

Konstrukce je založena na elektronickém klíči, který přepíná kondenzátor z nabíjení do vybíjení.

Princip činnosti generátorů pilových impulzů.

Princip získávání rostoucího nebo klesajícího napětí je tedy vysvětlen procesem nabíjení a vybíjení kondenzátoru (integračního obvodu). Ale protože příchod impulsů na integrační obvod je nutné přepínat, využívá se tranzistorový klíč.

Nejjednodušší schémata generátorů pilových impulzů a jejich fungování.

Schématicky funguje GUI následovně:

Paralelní obvod:

Při otevírání elektronický klíč kondenzátor se pomalu nabíjí přes odpor R na hodnotu E, čímž se vytvoří pilovitý impuls. Když je elektronický klíč zavřený, kondenzátor se přes něj rychle vybije.

Výstupní impuls má následující tvar:

Když je polarita napájecího zdroje E obrácená, výstupní tvar vlny bude symetrický vzhledem k časové ose.

Sériové schéma:

Při zavřeném elektronickém klíči se kondenzátor rychle nabije na hodnotu zdroje E a při otevření se vybije přes odpor R, čímž se vytvoří lineárně klesající pilovité napětí, které má tvar:

Při přepólování napájecího zdroje se tvar výstupního napětí U out (t) změní na lineárně rostoucí napětí.

Lze tedy vidět (to lze poznamenat jako jednu z hlavních nevýhod), že čím větší je amplituda napětí na kondenzátoru, tím větší je nelinearita pulzu. Tito. je nutné vytvořit výstupní impuls na počátečním úseku křivky exponenciálního nabíjení nebo vybíjení kondenzátoru.

Pilový generátor napětí pro varikapy.

Při práci s vysokofrekvenčním generátorem laditelným varikapem bylo nutné k němu vyrobit pilový generátor regulace napětí. Existuje velké množství obvodů "pilových" generátorů, ale žádný z nich nevyhovuje, protože. pro ovládání varikapu bylo potřeba kolísání výstupního napětí 0 - 40V při napájení 5V. V důsledku reflexe se ukázalo následující schéma.

Na kondenzátoru C1 se tvoří pilovité napětí, jehož nabíjecí proud je určen odpory R1-R2 a (v mnohem menší míře) parametry tranzistorů proudového zrcadla VT1-VT2. Poměrně velký vnitřní odpor zdroje nabíjecího proudu umožňuje získat vysokou linearitu výstupního napětí (foto níže; vertikální stupnice 10V / div). Hlavním technickým problémem v takových obvodech je vybíjecí obvod kondenzátoru C1. Obvykle se k tomuto účelu používají unijunkční tranzistory, tunelové diody atd. Ve výše uvedeném obvodu je výboj produkován ... mikrokontrolérem. Tím je dosaženo snadného nastavení zařízení a změny logiky jeho provozu, protože. výběr prvků obvodu je nahrazen přizpůsobením programu mikrokontroléru.

Napětí na C1 je monitorováno komparátorem vestavěným do mikrokontroléru DD1. Invertující vstup komparátoru je připojen k C1 a neinvertující vstup ke zdroji referenčního napětí na R6-VD1. Když napětí na C1 dosáhne referenční hodnoty (cca 3,8V), napětí na výstupu komparátoru vyskočí z 5V na 0. Tento okamžik je monitorován softwarově a vede k překonfigurování portu GP1 mikrokontroléru ze vstupu na výstup a použití úrovně logické 0. V důsledku toho se kondenzátor C1 ukáže jako zkratovaný k zemi přes otevřený tranzistor portu a dostatečně rychle se vybije. Na konci vybíjení C1 na začátku dalšího cyklu je výstup GP1 opět nakonfigurován na vstup a na výstupu GP2 je generován krátký obdélníkový synchronizační impuls s amplitudou 5V. Doba trvání vybíjecích a synchronizačních impulsů je nastavena softwarem a může se měnit v širokém rozsahu, protože Mikrokontrolér je taktován vnitřním oscilátorem na frekvenci 4 MHz. Při změně odporu R1 + R2 v rozmezí 1K - 1M se frekvence výstupních pulsů při specifikované kapacitě C1 změní z asi 1 kHz na 1 Hz.
Pilové napětí na C1 je zesíleno operačním zesilovačem DA1 až na úroveň jeho napájecího napětí. Požadovaná amplituda výstupního napětí se nastavuje odporem R5. Volba typu operačního zesilovače je dána možností jeho provozu ze zdroje 44V. Napětí 40V pro napájení operačního zesilovače se získá z 5V pomocí pulzní měnič na čipu DA2 aktivovaném standardní schéma z jejího datasheetu. Pracovní frekvence převodníku je 1,3 MHz.
Generátor je sestaven na desce o rozměrech 32x36 mm. Všechny rezistory a většina kondenzátorů jsou velikosti 0603. Výjimkou jsou C4 (0805), C3 (1206) a C5 (tantal, rám A). Rezistory R2, R5 a konektor J1 jsou instalovány na zadní straně desky. Při montáži byste měli nejprve nainstalovat mikrokontrolér DD1. Poté se vodiče z konektoru programátoru dočasně připájejí k vodičům desky a nahraje se připojený program. Program byl odladěn v prostředí MPLAB, pro načtení byl použit programátor ICD2.

Přestože popsané zařízení problém vyřešilo a stále úspěšně funguje jako součást generátoru rozmítání, pro rozšíření jeho možností lze výše uvedené schéma považovat spíše za nápad. Horní frekvenční limit v tomto obvodu je omezen dobou vybíjení C1, která je zase určena vnitřní odpor výstupní tranzistory portu. Pro urychlení procesu vybíjení je žádoucí vybíjet C1 přes samostatný nízkoodporový MOSFET. V tomto případě je možné výrazně zkrátit softwarové zpoždění pro vybití, které je nutné pro zajištění úplného vybití kondenzátoru a tím pádem i poklesu výstupního napětí pily na téměř 0V (což byl jeden z požadavky na zařízení). Pro tepelnou stabilizaci provozu generátoru je žádoucí použít sestavu dvou PNP tranzistorů v jednom pouzdru jako VT1-VT2. Při nízké frekvenci generovaných impulsů (méně než 1 Hz) začíná ovlivňovat konečný odpor generátoru proudu, což vede ke zhoršení linearity pilového napětí. Situaci lze zlepšit instalací odporů do emitorů VT1 a VT2.

PILOVÝ GENERÁTOR NAPĚTÍ- lineárně se měnící generátor (proud), elektronické zařízení generující period. napětí (proud) pilový zub. Hlavní Účelem H. p. n. je řízení časového rozmítání paprsku v zařízeních využívajících katodové trubice. G. p. n. používá se také v zařízeních pro porovnávání napětí, časové zpoždění a expanzi impulsů. K získání pilového napětí se využívá procesu (vybíjení) kondenzátoru v obvodu s velkou časovou konstantou. Nejjednodušší G. p. (obr. 1, a) se skládá z integrační obvod RC a tranzistor, který vykonává funkce periodicky řízeného klíče. impulsy. Při absenci impulsů je tranzistor nasycený (otevřený) a má nízký odpor sekce kolektor-emitor, kondenzátor S vybité (obr. 1, b). Při použití spínacího impulsu se tranzistor vypne a kondenzátor se nabíjí ze zdroje napětím - E do- přímý (pracovní) kurz. Výstupní napětí G. p. n. odebrané z kondenzátoru S, mění se dle zákona. Na konci spínacího impulsu se tranzistor otevře a kondenzátor S rychle se vybíjí (zpětně) přes nízkoodporový emitor - kolektor. Hlavní charakteristiky G. p. n.: amplituda pilového napětí, koeficient. nelinearita a koeficient. pomocí napájecího napětí. Když v tomto schématu

Dopředný čas běhu T p a frekvence pilového napětí jsou určeny dobou trvání a frekvencí spínacích impulsů.

Nevýhodou nejjednoduššího G. p. je malá kE při malém. Požadované hodnoty e leží v rozsahu 0,0140,1, přičemž nejmenší hodnoty se týkají srovnávacích a zpožďovacích zařízení. K nelinearitě pilového napětí při dopředném zdvihu dochází v důsledku poklesu nabíjecího proudu v důsledku poklesu rozdílu napětí. Přibližné stálosti nabíjecího proudu je dosaženo zařazením nelineárního dvousvorkového zařízení pro stabilizaci proudu (obsahujícího tranzistor nebo elektronku) do nabíjecího obvodu. V takovém G. p. A . V G. p. s pozitivním napěťová zpětná vazba, výstupní pilové napětí je přiváděno do nabíjecího obvodu jako kompenzační emf. V tomto případě je nabíjecí proud téměř konstantní, což poskytuje hodnoty 1 a \u003d 0,0140,02. G. p. n. používá se pro skenování v katodových trubicích s e-magn. vychýlení paprsku. Pro získání lineární odchylky je nutná lineární změna proudu ve vychylovacích cívkách. U zjednodušeného ekvivalentního obvodu cívky (obr. 2, a) je podmínka linearity proudu splněna, když je na svorky cívky přivedeno lichoběžníkové napětí. Takové lichoběžníkové napětí (obr. 2, b) lze získat v G. p. při zahrnutí do nabíjecího okruhu přidá. odpor R e (zobrazeno na obr. 1, A tečkovaná čára). Vychylovací cívky spotřebovávají vysoké proudy, proto je generátor lichoběžníkového napětí doplněn o výkonový zesilovač.

Princip činnosti generátoru relaxace je založen na skutečnosti, že kondenzátor je nabíjen na určité napětí přes rezistor. Po dosažení požadované napětí ovládání se otevře. Kondenzátor se přes další rezistor vybije na napětí, při kterém se sepne ovládací prvek. Takže napětí na kondenzátoru exponenciálně roste, pak exponenciálně klesá.

Více o tom, jak se kondenzátor nabíjí a vybíjí přes odpor, si můžete přečíst v odkazu.

Zde je pro vás výběr materiálů: Typické je použití tranzistorových analogů dinistoru v relaxačních generátorech, protože pro výpočet a přesnou činnost tohoto generátoru jsou nutné přesně definované parametry dinistoru. Některé z těchto parametrů u průmyslových dinistorů mají buď velké technologické rozšíření, nebo nejsou standardizovány vůbec. A vytvořit analog s přesně stanovenými parametry není obtížné. Obvod generátoru pilového napětí Relaxační generátor vypadá takto: (A1)- relaxační generátor na diodovém tyristoru (dinistor), (A2)- v obvodu A1 je dinistor nahrazen tranzistorovým analogem. Je možné vypočítat parametry analogového tranzistoru v závislosti na použitých tranzistorech a hodnotách rezistorů. Rezistor R5 je zvolen malý (20 - 30 Ohm). Je navržen tak, aby omezoval proud procházející dinistorem nebo tranzistory v okamžiku jejich otevření. Při výpočtech zanedbáme vliv tohoto rezistoru a předpokládáme, že na něm prakticky není žádný úbytek napětí a kondenzátor se přes něj okamžitě vybije. Parametry dinistoru použité ve výpočtech jsou popsány v článku proudově-napěťová charakteristika dinistoru. [Minimální výstupní napětí, V] = [Maximální výstupní napětí, V] = Výpočet odporu rezistoru R4 Pro rezistor R4 musí být splněny dva vztahy: [Odpor R4, kOhm] > 1.1 * ([Napájecí napětí, V] - [Závěrné napětí dinistoru, V]) / [Přídržný proud, mA] To je nutné, aby byl dinistor nebo jeho analog bezpečně uzamčen, když je kondenzátor vybitý. [Odpor R4, kOhm] Napájecí napětí, V] - [ Dinistorové odblokovací napětí, V]) / (1.1 * [Spouštěcí proud, mA]) To je nutné, aby bylo možné nabít kondenzátor na napětí potřebné k odblokování dinistoru nebo jeho ekvivalentu. Koeficient 1,1 byl zvolen podmíněně z touhy získat 10% marži. Pokud jsou tyto dvě podmínky ve vzájemném rozporu, znamená to, že napájecí napětí obvodu pro tento tyristor je zvoleno příliš nízké. Výpočet frekvence relaxačního oscilátoru Přibližně odhadnout frekvenci generátoru lze z následujících úvah. Doba oscilace je rovna součtu doby nabíjení kondenzátoru na spouštěcí napětí dinistoru a doby vybíjení. Dohodli jsme se, že kondenzátor se vybije okamžitě. Musíme tedy odhadnout dobu nabíjení. Druhá možnost: R1- 1 kOhm, R2, R3- 200 ohmů, R4- trimr 3 kOhm (nastavený na 2,5 kOhm), Napájecí napětí- 12 V. tranzistory- KT502, KT503. Požadavky na zatížení generátoru Tyto relaxační generátory mohou pracovat se zátěží, která má vysoký vstupní odpor, takže výstupní proud neovlivňuje proces nabíjení a vybíjení kondenzátoru. [Odpor zátěže, kOhm] >> [Rezistor R4, kOhm]

Pilové generátory napětí (SPG) jsou široce používány v elektronických obvodech. pilový zub se nazývá napětí, které roste relativně pomalu podle lineárního zákona a poté rychle klesá na původní hodnotu. Napětí pily je získáno z Obr. 32.1

když je kondenzátor nabitý. Nejjednodušší obvod generátor pilového napětí je znázorněn na Obr. 32.1, a.

V počátečním stavu, kdy není žádný vstupní signál, tranzistor V T je v otevřeném stavu díky kladnému potenciálu přiváděnému do báze tranzistoru přes rezistor Rb. Napětí na kondenzátoru C se rovná napětí mezi kolektorem a emitorem otevřeného tranzistoru. Když na vstup generátoru dorazí obdélníkový napěťový impuls se zápornou polaritou, tranzistor se uzavře a kondenzátor C se začne nabíjet z kolektorového zdroje energie přes rezistor Rk. Po zastavení vstupního impulsu se tranzistor V T se otevře a přes otevřený tranzistor dojde k poměrně rychlému vybití kondenzátoru C. Doba trvání pilového pulzu je rovna trvání vstupního obdélníkového pulzu (obr. 32.6) a doba trvání zpětného zdvihu je doba, po kterou je kondenzátor vybit přes tranzistor. Jelikož odpor rezistoru Rk je výrazně větší odpor otevřený tranzistor, pak je doba trvání impulsu mnohem delší než doba trvání zpětného zdvihu. Výstupní napětí odebírané z kondenzátoru má tedy pilovitý tvar

GPN se používají k získání elektronového paprsku v katodových trubicích osciloskopů, televizních a radarových zařízení.

33. Obecné informace o elektronických osciloskopech.

Elektronický osciloskop nazývá se zařízení určené pro vizuální pozorování, záznam a měření parametrů elektrických signálů.

Široká distribuce elektronických osciloskopů je dána jejich univerzálností, jasností obrazu studovaného procesu a dobrými parametry měření.

Abychom pochopili činnost elektronického osciloskopu, je nutné nejprve prostudovat činnost jeho hlavní jednotky - katodové trubice.

elektronový paprsek elektronky jsou elektrovakuová zařízení, která využívají proud elektronů koncentrovaný ve formě svazku nebo svazku paprsků.

Většina katodových trubic patří do skupiny elektronických grafických elektrovakuových zařízení určených k získání viditelného obrazu na obrazovce, která svítí působením

--Ostření jasu 1500V

Rýže. 33.1

tok dopadajících elektronů, nebo k registraci výsledného obrazu na fotocitlivé vrstvě. Patří mezi ně osciloskopové elektronky.

Zařízení a spínací obvod oscilografické katodové trubice (CRT) s elektrostatickou fokusací a vychylováním elektronového paprsku jsou na Obr. 33.1.

Katodová trubice se skládá z následujících hlavních částí:

1) skleněná nádoba, ve které se vytváří vakuum:

2) elektronový světlomet, který vytváří úzký elektronový paprsek nasměrovaný podél osy trubice;

3) vychylovací systém, který mění směr elektronového paprsku;

4) obrazovka zářící působením elektronového paprsku.

Zvažte účel a uspořádání jednotlivých prvků tubusu.

V balónu vzniká hluboké vakuum, které je nezbytné pro nerušený průchod elektronů. Elektronický světlomet tubusu se skládá z katody, řídící elektrody a dvou anod a je umístěn v úzké podlouhlé části válce. Katoda NA Vyrábí se ve formě malého niklového válečku, na jehož koncové části je nanesena vrstva oxidu, která při zahřívání emituje elektrony. Katoda je uzavřena v řídicí elektrodě (modulátoru) M také válcové. Na konci řídící elektrody je malý otvor (membrána), kterým prochází elektronový paprsek. Na řídící elektrodu je přivedeno několik desítek voltů záporného napětí vůči katodě, pomocí kterého se reguluje jas záře skvrny na stínítku elektronky. Řídicí elektroda funguje jako řídicí mřížka elektronická lampa. Při určité hodnotě tohoto napětí se elektronka zablokuje a svítící bod zmizí. Specifikované nastavení je umístěno na předním panelu osciloskopu a je označeno "Brightness".

Předběžná fokusace elektronového paprsku se provádí v prostoru mezi modulátorem a první anodou. Elektrické pole mezi těmito elektrodami přitlačí elektrony k ose trubice a ty se sbíhají do bodu O v určité vzdálenosti od řídicí elektrody (obr. 33.2). Další zaostřování paprsku je prováděno systémem dvou anod A 1 A A 2

První a druhá anoda jsou vyrobeny ve formě otevřených kovových válců různých délek a průměrů, uvnitř kterých jsou v určité vzdálenosti od sebe umístěny membrány s malými otvory.

Na anody je přivedeno kladné urychlovací napětí (nejprve

300-1000 V, u druhého 1000-5000 V a více). Od potenciálu druhé anody A 2 nad potenciálem první anody A 1,Že elektrické pole mezi nimi budou směřovány od druhé anody k první. Elektrony, které spadly do takového elektrického pole, budou vychylovány ve směru k ose elektronky a obdrží zrychlení ve směru pohybu k obrazovce. . Působení anodového systému je tedy ekvivalentní působení optický systém konvergujících a divergentních čoček. Proto se někdy nazývá fokusační anodový systém katodové trubice elektronická statická čočka. Přesné zaostření paprsku se provádí změnou napětí na první anodě. Toto nastavení je umístěno na předním panelu osciloskopu a je označeno "Focus".

Vzniklý elektronový paprsek za druhou anodou vstupuje do prostoru mezi dvěma páry vzájemně kolmých vychylovacích desek X 1 X 2 A Y 1 Y 2, tzv. elektrostatický vychylovací systém. První pár desek X 1 X 2, umístěn svisle způsobí odchylku paprsku ve vodorovném směru. Talíře druhého páru Y 1 Y 2, umístěn vodorovně způsobí vychýlení paprsku ve vertikálním směru. Když je dodán pár desek konstantní tlak pak je elektronový paprsek vychýlen směrem k desce, která je pod kladným potenciálem, což vede k odpovídajícímu pohybu svítícího bodu na stínítku.

Když je na desky aplikováno střídavé napětí, pohyb světelného bodu po obrazovce tvoří světelné čáry.

Obrazovka E Katodová trubice je skleněný povrch potažený zevnitř tenkou vrstvou speciální látky (luminoforu), která může při bombardování elektrony zářit.

Pro získání obrazu na stínítku elektronky se zkoumané signálové napětí přivede na vertikální vychylovací desky Y 1 Y 2, pa talíř X 1 X 2- pilovité napětí nazývané rozmítací napětí (obr. 33.3).

Umístění zapnuto AB rozmítací napětí je lineárně závislé na čase a působením tohoto napětí se světelný bod pohybuje podél stínítka trubice podél vodorovné osy úměrně času. Umístění zapnuto slunce sweep napětí prudce klesne a světelný bod se vrátí do své původní polohy.

Je-li současně s rozmítacím napětím na desky Y 1 Y 2 přiveďte zkoumané sinusové napětí, pak na stínítku elektronky dostanete jednu periodu sinusoidy (obr. 33.4).

Polohy 0, 1, 2, ... světelné skvrny na stínítku trubice v odpovídajících časových okamžicích jsou určeny okamžitými hodnotami zkoumaných a vyvíjejících se napětí.

Je-li období sweep Tr se vybere jako násobek periody sledovaného napětí, poté se oscilogramy získané v následujících periodách na sebe položí a na obrazovce se pozoruje stabilní a jasný obraz studovaného procesu