Релаксаційні генератори
Дуже простий генератор можна отримати наступним чином: заряджатимемо конденсатор через резистор (або джерело струму), а потім, коли напруга досягне деякого порогового значення, швидко його розрядимо і почнемо цикл спочатку. З іншого боку, це можна зробити за допомогою зовнішнього ланцюга, що забезпечує зміни полярності струму заряду при досягненні деякої порогової напруги; отже, генеруватимуться коливання трикутної форми, а не пилкоподібні. Генератори, побудовані на цьому принципі, відомі під назвою релаксаційні генератори. Вони прості та недорогі і при вмілому проектуванні можуть забезпечувати задовільну стабільність за частотою.
Раніше для створення релаксаційних генераторів застосовувалися пристрої з негативним опором, такі, як одноперехідні транзистори або неонові лампи, віддають перевагу ОУ або спеціальні інтегральні схеми таймерів.
Мал. 5.29. Релаксаційний генератор з урахуванням ОУ.
На рис. 5.29 показаний класичний релаксаційний R-генератор. Працює він просто: припустимо, що при початковому включенні живлення вихідний сигнал ОУ виходить на позитивне насичення (як це відбудеться - неважливо). Конденсатор починає заряджатися до напруги з постійної часу, що дорівнює RC. Коли напруга на конденсаторі досягне половини напруги джерела живлення, ОУ переключається в стан негативного насичення (він включений як тригер Шмітта) і конденсатор починає розряджатися до з тієї ж постійної часу. Цей цикл повторюється нескінченно, з періодом 2,2 RC, який залежить від напруги джерела живлення. Виберемо ОУ з КМОП вихідним каскадом (див. розд. 4.11 та 4.12), оскільки насичення його вихідних сигналів відбувається точно на рівнінапруги живлення. Біполярний ОУ типу також має максимальний подвоєний перепад вихідної напруги, але на відміну від КМОП, ОУ дозволяє функціонувати за повної напруги ; проте він має набагато нижчу частоту МГц).
Вправа 5.7. Покажіть, що цей період вказано правильно.
Використовуючи для заряду конденсатора джерела струму, можна отримати коливання хорошої трикутної форми. Приклад вдалої схеми, що використовує цей метод, наведено в розд. 4.29.
Іноді необхідний генератор з дуже низьким рівнем шуму (так званий низький позасмуговий шум). У цьому плані хороша проста схема, показана на рис. 5.30. У ній використовується пара КМОП-інверторів (у вигляді цифрових логічних схем, які будуть докладно розглядатися в гл. 8-11), з'єднання яких між собою утворює деякий різновид RC релаксаційного генератора з вихідним сигналом у вигляді прямокутного коливання. Реальні вимірювання, наведені для цієї схеми, що працює на частоті , показали, що щільність потужності шуму в найближчій бічній смузі (потужність на корінь квадратний з герц, виміряна на 100 Гц зміщення від частоти, що генерується), нижче принаймні на 85 дБ рівня основного коливання
Мал. 5.31. Малошумний генератор.
Іноді зустрічається аналогічна схема, але при зміні місцями елементів і С. Хоча це і чудовий генератор, але має вкрай зашумлений вихідний сигнал.
Подана на рис. 5.31 схема має навіть нижчий рівень шуму і, крім того, є можливість модулювати вихідну частоту за допомогою зовнішнього струму, що прикладається до бази транзистора . У цій схемі транзистор функціонує як інтегратор, виробляючи на своєму колекторі сигнал асиметричної трикутної форми. Самі жінвертори працюють як неинвертирующего компаратора, змінюючи полярність збудження з урахуванням кожні півперіоду. Ця схема має щільність шуму - , виміряну на частоті 100 Гц зміщення від несучого коливання , виміряну при зміщенні 300 Гц. Хоча ці схеми чудові щодо рівня бічного шуму, частота, що генерується, має більшу чутливість до коливань напруги джерела живлення, ніж інші розглянуті в цьому розділі генератори.