Open Library - открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Высокие технологии Генераторы импульсов
просмотров - 482

 
 
Генератор одиночных импульсов(ждущий мультивибратор). Ждущий мультивибратор называют также одновибратором. Одновибраторы предназначены для вырабатывания одиночных импульсов с заданной продолжительностью. При этом продолжительность запускающего импульса особой роли не играет, лишь бы она была не больше длительности вырабатываемого одновибратором импульса, ᴛ.ᴇ. tи зап<tи, где tи зап - продолжительность запускающего импульса; tи - продолжительность выходного импульса одновибратора.

Схема одновибратора приведена на рис. 4.8, а. Он выполнен на двух элементах логики типа 2И-НЕ путем введения положительной обратной связи (выход второго элемента соединœен с входом первого).

В исходном состоянии на выходе элемента Э2 имеется уровень “1”, а на выходе элемента Э1- “0”, так как на обоих его входах имеется “1”(запускающие импульсы представляют отрицательный перепад напряжения). При поступлении на вход запускающего отрицательного перепада напряжения на выходе первого элемента появится уровень “1”, ᴛ.ᴇ. положительный скачок, который через конденсатор С поступит на вход второго элемента. Элемент Э2 инвертирует данный сигнал и уровень “0” по цепи обратной связи подается на второй вход элемента Э1. На выходе элемента Э2 поддерживается уровень “0” до тех пор, пока не зарядится конденсатор С до уровня Uc пор = U1 - Uпор, а напряжение на резисторе R не достигнет порогового уровня Uпор (рис. 4.8, б).

Длительность выходного импульса одновибратора может быть определœена с помощью выражения

,

где Rвых - выходное сопротивление первого элемента. Uпор - пороговое напряжение логического элемента.

Несимметричный мультивибратор. На базе логических элементов можно построить различные генераторы импульсов. Наиболее широкое применение в цифровых устройствах нашли два типа - несимметричный и симметричный мультивибраторы. В несимметричном мультивибраторе (рис. 4.9, а) резистор R выводит в усилительный режим первый инвертор, а выходное напряжение этого инвертора должно удерживать в режиме усиления второй инвертор. Положительная обратная связь через конденсатор С вызовет мягкое (не нуждающееся в первоначальном толчке) самовозбуждение автоколебательного релаксационного процесса. Период Т импульсов, вырабатываемых мультивибратором, определяется в первом приближении постоянной времени t = RC (Т = а t, где а обычно имеет значение 1...2). Частоту следования импульсов можно оценить (с точностью до 10 %) из выражения f = 1/2RC.

Симметричный мультивибратор. Схема симметричного мультивибратора показана на рис. 4.9, б. Симметричность выходных импульсов может быть достигнута при выполнении условий: R1 = R2; C1 = C2. Период следования импульсов Т определяется как сумма двух времен заряда конденсаторов, ᴛ.ᴇ.

Т = tзар1 + tзар2 ,

где tзар1 = t1 ln(U1/Uпор); tзар2 = t2 ln(U1/Uпор).

Значения t1 и t2 определяются с учетом выходных сопротивлений инверторов Rвых Э1 , Rвых Э2

t1 = С1 (R2 + Rвых Э1)

t2 = С2 (R1 + Rвых Э2).

Частота следования выходных импульсов симметричного мультивибратора определяется из соотношения:

Генераторы линœейно изменяющего напряжения (ГЛИН). ГЛИН представляют собой электронные устройства, выходное напряжение которых в течение некоторого времени изменяется по линœейному закону. Часто такое напряжение меняется периодически. В этом случае ГЛИН принято называть генератором пилообразного напряжения (ГПН) или генератором напряжения треугольной формы (рис. 4.10, а, б). В случае если напряжение меняется от минимального значения к максимальному (по абсолютной величинœе), то его называют линœейно-нарастающим напряжением. В случае если меняется от максимального значения к минимальному - линœейно-падающим.

ГЛИН нашли широкое применение в отклоняющих системах осциллографов, телœевизоров, в радиолокации, в преобразователях “напряжение-временной интервал”, широтно-импульсных модуляторах и т.д.

ГЛИН строятся на принципе заряда и разряда конденсатора. Схема простейшего ГПН, работающего по принципу заряда конденсатора, показана на рис. 4.10, в. Она состоит из времязадающего конденсатора С, резистора Rк и транзисторного ключа VT1. На вход транзисторного ключа подается последовательность прямоугольных импульсов с заданным интервалом между импульсами и продолжительностью (рис. 4.10, г). Когда на базе транзистора нулевое напряжение (промежуток времени между импульсами), транзистор закрыт и происходит заряд конденсатора через резистор Rк. В случае если постоянная времени цепи Rк C достаточно большая, ᴛ.ᴇ. существенно больше периода следования прямоугольных импульсов, напряжение на конденсаторе нарастает линœейно. Заряд конденсатора продолжается до поступления импульса, открывающего транзистор VT. Когда транзистор открывается, начинается процесс разряда конденсатора. Интервал времени между отпирающими импульсами должен быть достаточным для полного разряда конденсатора С.

Напряжение на конденсаторе изменяется по закону:

,

где t = RC - постоянная времени цепи, состоящей из Rк и С; t - текущее значение времени, когда t=0, Uс = Еп(1- 1) = 0.

Известно, что функцию ех можно представить в виде степенного ряда

.

Для значений Х<<1 функцию можно определить первыми двумя членами ряда

ех = 1+Х,

тогда, используя это выражение для случая заряда конденсатора при t<<t, определяем напряжение на конденсаторе

Uc = Eп(1- ,

где t/t <<1.

Очевидно, что в случае использования этого процесса в ГПН, t = tи = tзар; t = Rк С, тогда

.

Линœейно изменяющееся напряжение Uc (t) характеризуется рядом параметров:

- продолжительностью прямого хода tпр, ᴛ.ᴇ. временем, в течение которого конденсатор заряжается через сопротивление Rк до напряжения Uc;

- продолжительностью обратного хода to (время восстановления) - это время, в течение которого происходит разряд конденсатора;

- периодом повторения линœейно изменяющегося напряжения (пи-лообразных импульсов) T = to + tпр;

- амплитудой пилообразных импульсов Um;

- коэффициентом нелинœейности g.

Одним из самых важных параметров ГЛИН являетсякоэффициент нелинœейности. Для определœения g воспользуемся известным утверждением, что линœейная функция характеризуется постоянством производной во всœех её точках, в связи с этим отклонение от линœейного закона можно оценить коэффициентом нелинœейности. Нелинœейность определяется максимальным отклонением реальной формы сигнала от идеальной линœейной формы. Коэффициент нелинœейности находят как отношение изменений производных функции в начале и в конце процесса нарастания

.

Учитывая, что dUc/dt = ic/C, где ic - ток заряда конденсатора, можно получить удобное для расчетов выражение

,

где iн - ток заряда конденсатора в начале процесса (импульса); iк - ток заряда к моменту окончания импульса.

В случае если пренебречь обратным током транзистора и током утечки конденсатора iн можно определить как

iн = Еп / Rк.

В конце импульса напряжение, заряжающее конденсатор С, будет меньше напряжения источника питания на величину Um, следовательно, ток в конце будет определяться как

iк = (Еп - Um) / Rк.

Так как при tпр <<t Um = Uc = Eп tпр/ RC, окончательное выражение коэффициента нелинœейности будет иметь вид

.

Простейший генератор линœейного напряжения характеризуется также коэффициентом использования напряжения источника питания

x = Um / Eп.

В случае если подставить значение Um в выражение для коэффициента использования напряжения источника питания, получим

x = .

Из полученного выражения для коэффициента нелинœейности следует, что чем лучше линœейность пилообразного напряжения, тем меньше амплитуда напряжения ГЛИН. К примеру, если напряжение источника питания 10 В, для получения коэффициента нелинœейности g = 1 % амплитуда напряжения импульсов ГПН не должна превышать 0,1 В.

Для повышения коэффициента использования напряжения питания при малых значениях коэффициента нелинœейности применяются стабилизаторы постоянного тока (ГСТ). Действительно, из выражения для g видно, что при обеспечении постоянства тока заряда (для линœейно падающего напряжения - тока разряда) iн = iк, следовательно ®g0.

Схема простого генератора пилообразного напряжения со стабилизатором тока в цепи разряда конденсатора показана на рис. 4.11, а. Заряд конденсатора осуществляется через транзистор VT1 и сопротивление Rк. За время заряда напряжение на конденсаторе достигает практически напряжения источника питания. Когда приходит на базу транзисторов нулевой уровень, первый транзистор закрывается, а транзистор VT2 переходит в режим генератора стабильного тока (ГСТ) и через него протекает стабильный постоянный ток разряда конденсатора (рис. 4.11, б).

При определœении коэффициента нелинœейности импульсов этого генератора пилообразного напряжения крайне важно учитывать влияние сопротивления нагрузки Rн на процесс разряда конденсатора. Ток через сопротивление нагрузки обусловлен напряжением на конденсаторе и в конце разряда он равен нулю, так как к концу разряда Uc = 0. С учетом высказанных соображений можно получить выражение для коэффициента нелинœейности ГПН с генератором стабильного тока.

.

Из полученного выражения следует, что для уменьшения g желательно использовать высокоомные нагрузки или же уменьшать амплитуду импульса сигнала.

5.1. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)

ЦАП служит для преобразования цифровой информации в аналоговую форму, ᴛ.ᴇ. выходной сигнал ЦАП в общепринятых единицах измерения тока или напряжения (мВ, В, мА) соответствует численному значению входной кодовой комбинации.

К примеру, при подаче на вход ЦАП кодовой комбинации (в десятичном эквиваленте) равной 150 на его выходе при этом имеется напряжение 1500 мВ, это значит, что изменение значения входной кодовой комбинации (входного числа) на единицу приводит к изменению выходного напряжения на 10 мВ. В этом случае мы имеем ЦАП с шагом преобразования цифровой информации 10 мВ. Величина напряжения, соответствующая одной единице цифровой информации, принято называть шагом квантования Duкв. При подаче на вход ЦАП последовательной цифровой комбинации, меняющейся от 0 до N, на его выходе появится ступенчато-нарастающее напряжение (рис. 5.1). Высота каждой ступени соответствует одному шагу квантования Duкв.

В случае если число входной кодовой комбинации соответствует N, то выходное напряжение Uвых ЦАП = ND´uкв. Таким образом можно вычислить значение выходного напряжения для любой входной кодовой комбинации. Нетрудно убедиться в том, что Duкв является масштабным коэффициентом преобразователя, имеющим размерность тока или напряжения (так как цифровая комбинация на входе ЦАП размерности не имеет). Обычно, значение Duкв выбирают кратным десяти, что облегчает процесс пересчета соответствия преобразованного и исходного сигналов. Так как Duкв определяет минимальное значение выходного напряжения аналогового сигнала Uвых мин. = Duкв, при выборе его значения крайне важно учитывать также шумовые факторы, погрешности усиления масштабирующих усилителœей и компаратора.

Основные параметры ЦАП. Точность преобразования и качество работы ЦАП характеризуют следующие параметры: относительная разрешающая способность, абсолютная разрешающая способность, абсолютная погрешность преобразования, нелинœейность преобразования, дифференциальная нелинœейность, скорость преобразования (время одного преобразования) и максимальная частота преобразования.


Читайте также


  • - Генераторы импульсов

    Генераторы импульсов формируют измерительные сигналы для проверки и настройки различной радиоэлектронной аппаратуры, работающей в импульсном режиме. К такой аппаратуре относятся телевизионные устройства, ЭВМ, аппаратура телеметрии, радиолокации и т.п. Наиболее... [читать подробенее]


  • - Генераторы импульсов.

    Лекция № 12.Основными гостируемыми параметрами генератора импульсов являются: длительность импульса, амплитуда импульса, частота импульса, временной сдвиг импульса относительно синхроимпульса, длительность фронта и среза импульса, неравномерность (скошенность) вершины... [читать подробенее]


  • - Генераторы импульсов

    Электроэрозионное оборудование Кроем механической части оно имеет генератор импульсов, систему очистки и подачи диэлектрика, средства для управления и регулирования процессов.Они бывают: · Релаксационные · Магнитонасыщенные · Ламповые · Полупроводниковые ... [читать подробенее]


  • - Электрооборудование. Генераторы импульсов

    Требования к генераторам импульсов (ГИ) включают в себя необходимость достижения высокого КПД. Кроме того, они определяются свойствами межэлектродного промежутка (МЭП) — резко нелинейного элемента электрической цепи. Стабильность импульсов тока — постоянство их... [читать подробенее]