Генераторы пилообразного напряжения. Часть 4. Отрицательная обратная связь

0

Всем доброго времени суток. В прошлый раз я рассказывал, как улучшить генератор пилообразного напряжения с помощью ПОС (положительной обратной связи). Улучшить параметры генератора пилообразного импульса, возможно также применяя ООС (отрицательную обратную связь). Структурная схема такого генератора представлена ниже


Структурная схема генератора пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью
Структурная схема генератора пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью.

Данный тип генератора имеет в своём составе ключевой прибор (КП), интегрирующую RC – цепь и усилитель (УС). Для функционирования данного генератора необходимо выполнение ряда условий:

  1. Усилитель должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления.
  2. Усилитель должен инвертировать входной сигнал, то есть увеличение входного напряжения должно вызывать уменьшение выходного, и наоборот.

В исходном состоянии ключевой прибор замкнут, а конденсатор разряжен. При размыкании ключевого прибора начинается заряд конденсатора, то есть напряжение на конденсаторе начинает расти, а на резисторе соответственно уменьшаться. Так как UR + UBX = EK, то при уменьшении напряжение на резисторе начинается рост напряжение на входе усилителя, в итоге на выходе усилителя появится напряжение UBbIX, которое находится в противофазе по отношению к напряжению на конденсаторе. То есть ток зарядки конденсатора определится из следующего выражения

так как UC = – UBbIX, то выражение приобретает вид

Достоинством схемы генератора данного типа является возможность получения пилообразного напряжения длительностью от нескольких микросекунд до десятков миллисекунд, а коэффициент нелинейности может достигать порядка нескольких долей процента. Основным недостатком является большое время обратного хода, а также низкая температурная стабильность генераторов.

Транзисторная схема генератора пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью

Существует несколько разновидностей транзисторных генераторов пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью, которые различаются типом ключевого элемента (транзисторный или диодный), а также тем, откуда снимают выходное напряжение, но наибольшее распространение получила схема изображённая ниже


Схема генератора пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью


диаграммы напряжений
Схема генератора пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью и диаграммы входных и выходных напряжений.

Работает схема следующим образом. В исходном состоянии транзистор VT1 открыт и насыщен, напряжение смещения в цепи эмиттера VT1 (ЕСМ ≈ -0,1EK) поступает на базу транзистора VT2 и поддерживает его в закрытом состоянии. Конденсатор С1 при этом заряжен до напряжения

а выходное напряжение при этом составляет

При поступлении на ключевой элемент (база транзистора VT1) импульса отрицательной полярности (UBX > ЕСМ) транзистор VT1 закрывается, отключая тем самым базу транзистора VT2 от источника смещения и на базе VT2 (а также на выходе схемы) возникает положительный скачёк напряжения. Далее начинается разряд конденсатора С1 по цепи R2C1 и коллектор — эмиттер VT2 по экспоненциальному закону. Однако по мере уменьшения напряжения на С1 уменьшается его ток разряда, а напряжение база – эмиттер VT2 уменьшается, вследствие чего увеличивается коллекторный ток транзистора VT2 (а также ток разряда конденсатора С1). В результате этого напряжение на конденсаторе, а как следствие и выходное напряжение схемы уменьшается по линейному закону. Коэффициент нелинейности вычисляется из следующего выражения

тогда как коэффициент использования напряжения составляет

После окончание действия входного импульса транзистор VT1 открывается, а транзистор VT2 закрывается и конденсатор С1 заряжается, то есть происходит восстановление исходного состояния схемы.

Как видно из временных диаграмм напряжений на выходе данного типа генератора получается линейно-падающее напряжение, для изменения полярности выходных импульсов необходимо использовать транзисторы с другим типом проводимости.

В данном типе генераторов при переключении транзистора VT1 из насыщения в режим отсечки возникают скачки напряжения, обусловленные источником смещения Есм, что в некоторых случаях нежелательно. Для устранения данных скачков напряжения последовательно с конденсатором С1 включают резистор сопротивление, которого составляет 10…15 % от величины сопротивления R2.

Расчёт схемы транзисторного генератора пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью

Необходимо рассчитать генератор пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью со следующими параметрами: амплитуда выходного сигнала: Um = 10 B, длительность прямого хода ТР = 100 мкс, длительность обратного хода ТО = 100 мкс, коэффициент нелинейности ε = 2%.

  1. Определим напряжение источника питания
    E_{K} = (1,1…1,2)*U_{m} = (1,1…1,2)*10 = 11…12 B

    Примем Ек = 12 В
    Коэффициент использования напряжения ξ составит

  2. Выберем транзисторы VT1 и VT2 типа КТ315Г со следующими параметрами: UCEmax = 25 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh21e = 250 МГц, h21e = 50…350 (примем h21e = 150), PK max = 150 мВт.
  3. Вычислим сопротивление резистора R3

    Примем R3 = 3,3 кОм

  4. Определим величину сопротивления R2

    Примем R2 = 11 кОм

  5. Определим величину сопротивления C1

    Примем = 9,1 нФ

  6. Проверяем время обратного хода

    Величины элементов соответствуют заданным параметрам схемы. В случае если расчётная величина обратного хода ТОрас превышает заданную величину обратного хода то необходимо применить транзистор с большим значением h21e либо использовать составной транзистор в качестве VT2 (одноко, в этом случае несколько снизится величина Um, примерно на 0,7 В).

  7. Рассчитаем значение сопротивления R1, которое должно обеспечить насышенное состояние VT1, для чего задаемся Есм = 0,1*Ек= 0,1 * 12 = 1,2 В

    Так как Есм имеет небольшое внутреннее сопротивление, то значение R1 выбираем значительно меньше и тогда примем R1 = 51 кОм.

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code