ІІІ. ГЕНЕРАТОРИ ЛІНІЙНО ЗМІННОГО НАПРУГИ
Генератори лінійно змінної напруги (ГЛИН) є електронні пристрої, напруга на виході яких протягом деякого часу змінюється за лінійним законом. Часто така напруга змінюється періодично.
Якщо напруга змінюється від меншого значення до більшого (за абсолютним значенням), то його називаютьлінійно наростаючим,якщо від більшого значення до меншого, то —лінійно падаючим.Напруга, що періодично змінюється, називають пилкоподібною. Подібні генератори широко застосовуються в апаратурі зв'язку, телебаченні, радіолокації. Найчастіше їх використовують для створення тимчасової розгортки променя в електронно-променевих трубках осцилографів, телевізорів тощо.
Іншою важливою областю застосування пилкоподібної напруги є перетворення напруги в часовий інтервал у пристроях фазоімпульсної модуляції сигналів, при порівнянні струмів і напруг і заміні напруги цифровим кодом і т.п.
У практично використовуваних схемах генераторів напруги, що лінійно змінюється, закладений принцип заряду і розряду конденсатора через резистор при подачі на вхід перепаду напруги. Схемні варіанти, що реалізують цей принцип, розрізняються лише методами поліпшення параметрів напруги, що формується.
ПРОСТОЙ ГЕНЕРАТОР ЛІНІЙНО ЗМІННОГО НАПРУГИ
У вихідному стані до моментуt1транзистор закритий граничною напругоюUn,конденсаторСзаряджений до напругиЕк.У моментt1на його вхід надходять імпульси позитивної полярності. При надходженні першого імпульсу транзистор відкривається і розряджається конденсатор через відкритий транзистор. Тривалість імпульсів, що відмикають транзистор, встановлюється такою, щоб конденсатор міг розрядитися практично повністю. У моментt2дія імпульсу закінчується, транзистор замикається і починається заряд конденсатора в ланцюгу+Ек, RК, C, Екз постійної часуRК*С. У цьому випадку вихідний ланцюг генератора є подовжуючим RС-ланцюг, в якому напруга джерела є вхідною. Напруга на виході такого ланцюга змінюється за експоненційним законом, прагнучиЕк.
Подається другий відпираючий імпульс відкриває транзистор і перериває процес наростання напруги на конденсаторі. Якщо інтервал часу між імпульсами, що відпирають, значно менше постійної часу заряду, то в проміжках між вхідними імпульсами на виході генератора формується лінійно наростаюча напруга. Вихідна напруга ГЛИН описується виразом:
Лінійно-наростаюча напруга характеризується рядом основних параметрів. Розглянемо їх на прикладі напруги, що формується найпростішим ГЛИН. На рис. 13 пояснюються деякі з параметрів:tпр-тривалість прямого ходу (час, протягом якого відбувається заряд конденсатораСчерез резисторRК), to-тривалість зворотного ходу ( час відновлення) - час, протягом якого відбувається розряд конденсатораС;T = tnp + to -період повторення пилкоподібних імпульсів;Um-амплітуда пилкоподібних імпульсів; α-коефіцієнт нелінійності.
Відомо, що лінійна функціяхарактеризується сталістю похідної у всіх її точках. Тому відхилення від лінійного закону можна оцінювати коефіцієнтом нелінійності, який визначається як відносне зміна похідної функції, тобто.
У найпростішому ГЛИНUвых = Uсі це співвідношення набуває вигляду:
де(duС./dt)НАЧі(duС./dt)КОН- швидкість зміни напруги на конденсаторі на початку та в кінці прямого ходу.
Параметрαхарактеризує ступінь відхилення кривої напруги на конденсаторі від лінійно-змінного закону. Цей параметр може бути визначений через струм, що протікає через конденсатор в процесі заряду. Відомо, щоduС /dt = Ic / C,підставляючи це співвідношення в попередній вираз отримуємо:
деIC НАЧіIC КОН- струми, що заряджають конденсатор на початку та в кінці прямого ходу.
З отриманого співвідношення видно, що напруга на конденсаторі буде змінюватися за лінійним законом у разі, якщо струм, що протікає через конденсатор, у його заряду змінюється, т. е.IC НАЧ=IC КОН. Таким чином, ступінь нелінійності визначається відносною зміною струму, що протікає через конденсатор, у процесі формування лінійної напруги. Зміна ж струму пов'язана з тим, що в міру заряду конденсатора напруга на ньому змінюється, викликаючи зміну напруги наRк,а отже, і струму в ланцюзі.
Користуючись останньою формулою, визначимо коефіцієнт для найпростішого ГЛИН. Нехтуємо порівняно зЕкпадінням напруги наRквід струму /кво. Тоді:
деUм— напруга на конденсаторі, що зарядився, до кінця прямого ходу. Після нескладних перетворень можна отримати:
Звідси видно, що коефіцієнт нелінійності у найпростішому ГЛИНможна зменшити, збільшившиτзар = Rк * Сабо зменшившиtпр. Пояснюється це тим, що в обох випадках зменшується тривалість використовуваної ділянки експоненти, а чим менше ділянка, що використовується, тим вона ближче до лінійної.
Останньою характеристикою лінійно-змінної напруги є коефіцієнт використання напруги джерела живленняβ, який показує, наскільки амплітуда пилкоподібної напруги менша за амплітуду, до якої міг би зарядитися конденсатор:
Порівнюючи останні формули для схеми простого генератора, можна дійти невтішного висновку у тому, що з неїα=β ,т. е. коефіцієнт нелінійності дорівнює коефіцієнту використання. Це істотний недолік простої схеми ГЛИН, оскільки зменшенняαпризводить і до зменшенняβ. Якщо, наприклад, потрібно забезпечити коефіцієнт нелінійностіα = 1%,то амплітуда вихідної напруги становитиме лише 0,01Ек.
Значно поліпшити параметри ГЛИН можна використовуючи операційні підсилювачі зі зворотними зв'язками, які мають дуже великий коефіцієнт посилення. Розглянемо деякі з них.