Генератор с обратной характеристикой управления на основе интегратора и трансимпедансного усилителя

Схема на Рисунке 1 представляет собой один из вариантов хорошо знакомого генератора треугольных импульсов на основе интегратора и компаратора, который чаще всего реализуется на двух операционных усилителях. Интегратор и компаратор соединяют петлей положительной обратной связи, в результате чего образуется схема, в которой компаратор управляет интегратором, а интегратор компаратором. Фиксированная ширина петли гистерезиса компаратора определяет размах треугольных импульсов на выходе интегратора. Крутизну управления (RATE) можно регулировать потенциометром, изменяющим коэффициент усиления интегратора, и, таким образом, получить выходной сигнал треугольной формы с постоянной амплитудой и переменной частотой. В схеме на Рисунке 2 усиление интегратора фиксировано, в то время как величина гистерезиса может изменяться. Трансимпедансный усилитель (ТИУ) IC2 задает ширину петли гистерезиаса, образуя генератор, период колебаний которого является линейной функцией приложенного извне напряжения. Крутизна управления обратно пропорциональна управляющему напряжению, иными словами, отклик генератора на входное напряжение имеет характер 1/x. Такой генератор может быть полезен в приложениях аналого-цифрового преобразования и синхронизации систем задержки времени, таких, например, как линии задержки звукового сигнала.

Источники питания MEAN WELL для промавтоматики и серверного оборудования в новых условиях (материалы вебинара)

Это схема классического генератора треугольных импульсов, использующая интегратор и компаратор с гистерезисом.
Рисунок 1. Это схема классического генератора треугольных импульсов,
использующая интегратор и компаратор с гистерезисом.

В схеме на Рисунке 2 резистор R3 и выходное напряжение ±15 В компаратора определяют фиксированный ток интегратора ±20 мкА. Интегратор формирует треугольные импульсы с постоянной скоростью нарастания ±200 В/с и пиковой амплитудой, зависящей от величины гистерезиса, устанавливаемого выходным напряжением ТИУ IC2. С увеличением VIN ширина петли гистерезиса и пиковая амплитуда треугольных импульсов увеличиваются, и, соответственно, увеличивается период импульсов T. При изменении VIN от 0 до 10 В амплитуда треугольных импульсов меняется примерно от 1 мВ до максимального пикового значения 20 В. В том же диапазоне VIN период увеличивается с 20 мкс до 200 мс. Микросхема IC1 и транзистор Q1 образуют источник тока, линейно управляемый напряжением, подающий ток смещения IABC в ТИУ. Ток смещения равен

Как можно видеть, при изменении VIN от 0 до 10 В ток IABC меняется от 0 до 0.5 мА. ТИУ работает как коммутируемый генератор тока, вырабатывающий двунаправленный выходной ток, примерно равный по амплитуде IABC, когда он получает управляющий сигнал от выхода компаратора с открытым коллектором.

В этом генераторе, управляемом напряжением, для обеспечения обратной (1/x) реакции на управляющее напряжение используются ТИУ и компаратор с гистерезисом.
Рисунок 2. В этом генераторе, управляемом напряжением, для обеспечения обратной (1/x) реакции
на управляющее напряжение используются ТИУ и компаратор с гистерезисом.

При выходном напряжении компаратора, равном 15 В, ток вытекает из ТИУ, и втекает, когда напряжение равно –15 В. Подтягивающие резисторы R4 и R5, а также резисторы R6 … R9 обеспечивают симметричный управляющий сигнал ±70 мВ для неинвертирующего входа ТИУ. Выход ТИУ с высокой точностью управляет гистерезисом компаратора, смещая напряжение на его неинвертирующем входе вверх и вниз на величину

Результирующие пороговые напряжения симметричны относительно входного напряжения смещения компаратора. Эта симметрия уменьшает влияние напряжения смещения на период импульсов генератора. В этой схеме используется компаратор LM393 из-за относительно низкого максимального тока смещения, составляющего 25 нА. Состояние выхода компаратора изменяется, когда выходное напряжение интегратора начинает превышать пороговое напряжение, установленное гистерезисом, изменяя направление выходного тока ТИУ и полярность порога. В этот момент изменяется наклон выходного напряжения интегратора на противоположный и инициируется следующий полупериод.

Период колебаний T генератора можно рассчитать следующим образом:

При показанных на схеме номиналах компонентов

Потенциометр P1 устанавливает период полной шкалы для VIN = 10 В, а P2 обнуляет входное напряжение смещения ТИУ, чтобы оптимизировать характеристики при малых значениях VIN. При показанных номиналах компонентов схема охватывает диапазон в три декады от 200 мкс до 200 мс с ошибкой линейности менее 1%. При T = 100 мкс ошибка увеличивается до 2%. С конденсатором интегратора емкостью 10 нФ схема генерирует на частотах примерно до 150 кГц (T = 6.7 мкс). Наилучшие характеристики в этой схеме обеспечивает ТИУ CA3280 благодаря малому смещению. При использовании микросхем CA3080 и LM13600 характеристики схемы ухудшаются. Для минимизации звона на пиках треугольных импульсов операционный усилитель интегратора должен иметь низкие входные токи смещения и высокую скорость отклика. Одинаково хорошо работают микросхемы AD843 и CA3140. Можно добавить температурную компенсацию, включив термистор в цепь входного аттенюатора ТИУ. Наконец, обратите внимание, что используемые в интеграторе конденсаторы должны быть полистирольными или полипропиленовыми.

  1. Datasheet Analog Devices AD843
  2. Datasheet Intersil CA3080
  3. Datasheet Intersil CA3140
  4. Datasheet Intersil CA3280
  5. Datasheet Texas Instruments LM393
  6. Datasheet Texas Instruments LM13600
  7. Datasheet Analog Devices OP07

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 1320
сейчас смотрят 13
представлено поставщиков 1570
загружено
позиций
25 067 862