Генераторы на микросхемах

Низкочастотный генератор. Генератор импульса (рис. 1022) работает на частоте 2,8 Гц Нестабильность частоты равна 0,02% при температурном коэффициенте 0,007%/град. Изме­нение частоты импульсов в основном определяется температурной нестабильностью элементов времязадающей цепи. Выходной импульс имеет амплитуду 20 В. Скважность равна 10³ – l0⁵. В исходном состоянии конденсатор С1 заряжен до напряжения, близкого к питающему. Начинается процесс разряда конденсатора через резисторы R2 и R11.

Рис. 10.22

Рис. 10.23

Токами утечки диодов КД503Б (0,03 мкА) можно пренебречь Напряжение, до которого разряжается конденсатор, будет определяться в основном делителем R5 и R6. Как только напряжение на конденсаторе достигнет значения R_вU_п/(R₅+R₆), открывается транзистор VT2. Транзистор VT3 закрывается. Через конденсатор СЗ будет действовать ПОС, которая ускоряет процесс разряда конденсатора С1. После того как закрылся транзистор VT3, начинается процесс разряда конденсатора С2 Наступает момент, когда VT3 вновь открывается. Положительный перепад напряжения в коллекторе транзистора VT3 откроет транзистор VT4 который в свою очередь открывает транзистор VT1 и диод VDL. Включается вторая цепь ПОС. Конденсатор С1 заряжается до напряжения U_п. Во время заряда С1 формируется длительность импульса. По мере уменьшения зарядного тока транзистора VT4 выходит из насыщения и VT1 закрывается. Период следования выходных импульсов определяется выражением.

T =R₂C_lln(R₅+R₆)/R6.

Генератор на интегральной микросхеме К137ЛБ2. У генератора (рис. 10.23) при изменении напряжения питания на 1 В относитель­ное изменение частоты составляет 0,003. Если вместо LC-элементов поставить кварц, то относительное изменение частоты составит 5*10^-6.

Транзисторы VT2 — VT4 интегральной микросхемы образуют дифференциальный усилитель. Выходной сигнал, снимаемый с эмиттерного повторителя VT1, подается через резисторы R1 и R2 на базу транзистора VT3 (ПОС) и на базу транзистора VT2 (ОО С) Если в базовую цепь не включен контур, то сигналы ОС взаимно компенсируются и генерация отсутствует. Когда включен контур сигнал ООС ослабляется на частоте последовательного резонанса в делителе, состоящем из R1 и низкоомного полного сопротивления LC-цепочки. Поскольку преобладает ПОС, в схеме возникают колебания, частота которых может быть определена по табл. 10.1.

Таблица 10.1

Рис. 10.24 …………… ………………………………..Рис. 10.25

Мультивибратор на дифференциальном усилителе. Генератор (рис. 10.24) может выдавать сигналы с частотой от 1 Гц до 1,5 МГц с нестабильностью примерно 10~³. Он представляет собой симметричный мультивибратор. При постоянной времени ti = t_z выходной сигнал будет иметь форму меандра. Для R1 = R2 = 220 кОм и С7 = С2 =0,2 мкФ частота выходного сигнала равна 2 Гц.

Генератор на интегральной микросхеме К122УД1. Импульсный генератор на микросхеме с двумя навесными элементами (рис. 10.25) позволяет перекрыть широкий диапазон частот. Частота выходного сигнала может меняться от 2 Гц (для R =100 кОм, С =1 мкФ) до 1 МГц (для R =3 кОм, С =36 пФ). Для сигналов с другой частотой следования импульсов параметры R и С определяются по формуле f =1/5RС.

Генератор на ОУ К140УД1. Выходное напряжение генератора (рис. 1026) скачком переключается между двумя уровнями благодаря ПОС через резисторы R1 и R2. Переключение происходит в момент, когда на входах усилителя напряжения равны. При положительном выходном напряжении конденсатор заряжается через резистор R3. При равенстве напряжений на входах ОУ переходит в другое состояние, на выходе его появляется отрицательное на­пряжение. Конденсатор начинает разряжаться через резистор R3. И вновь при равенстве напряжений на входах ОУ переключается. Благодаря мостовому принципу построения схемы влияние нагрузки не сказывается на параметрах генератора. Изменение напряжения питания на 50% приводит к изменению частоты выходного сигнала всего на 0,5%.

Рис. 10.26

Рис. 10.27

В схеме генератора рис. 10.26, а выходной сигнал имеет форму меандра. Период следования импульсов равен T=CR₃R₁/(R₁+R₂). Для получения выходного сигнала со скважностью более 2 необходимо разделить зарядную и разрядную цепи конденсатора. Это можно реализовать с помощью схемы рис. 10.26, б. Изменяя отношение R₁/(R₁+R₂), можно менять частоту колебаний при постоянной скважности. Генератор работает в диапазоне частот от 1 кГц до 1 МГц. Отношение длительности импульса к длительности паузы может меняться в пределах от 0,02 до 50.

Мостовой генератор на ОУ. Генератор (рис. 10.27, а) собран на ОУ, в цепь ОС которого включены времязадающие элементы С1, R5 и С2, R4, собранные по мостовой схеме. На выходе интегральной микросхемы формируется сигнал прямоугольной формы. Частота сигнала зависит от коэффициента обратной связи, который управляется резистором R6. Эта зависимость показана на рис. 10.27, б. С помощью резистора R2 можно регулировать длительность импульса в пределах 10%.

Генератор на интегральной микросхеме К133ЛA3. Генератор (рис. 10.28, а) построен на двух логических элементах 2И - НЕ. Первый элемент включен в линейный режим с помощью резистора R. Этот элемент вызывает колебания в схеме. Положительная обратная связь осуществляется через конденсатор. Частота выходного сигнала определяется номиналами R и С. Через резистор R конденсатор заряжается и разряжается (входное сопротивление элемента микросхемы для отрицательной полярности сигнала, равное 4 кОм, мож­но не учитывать). Генератор работает при сопротивлениях резистора R <510 Ом. На рис. 10.28, б, в приведены, зависимости периода повторения Т и длительности импульса τ от емкости конденсатора С. Мостовая схема генератора. Генератор (рис. 10.29) содержит два логических элемента. В цепи ОС этих элементов включены резисторы, которые выводят интегральные микросхемы в линейный режим работы. Общая ПОС через конденсатор поддерживает в схеме импульсные колебания. Параметры выходных сигналов нелинейные, но меняются от сопротивлений резисторов и ёмкости конденсаторов. Эти зависимости приведены на графиках рис. 10.29.

Рис. 10.28

Рис. 10.29

Мультивибратор на элементах 2И — НЕ. Генератор (рис. 10.30) построен по классической схеме мультивибратора, в которой ПОС осуществляется через конденсаторы. При R1=R2=R и С1-С2=С частота выходного сигнала определяется, выражением f=1/2,5RС. Широкодиапазонный генератор. Генератор, построенный на трех логических элементах 2И — НЕ (рис. 10.31),-имеет широкий диапазон изменения частоты в зависимости, от емкости конденсатора. Выходной сигнал, близкий по форме к меандру, может иметь частоту от 1 Гц до 1 МГц. При частотах меньше 100 Гц наблюдается нестабильность заднего фронта сигнала. На рис. 10.31 приведены эпюры и графики, характеризующие схему.

Рис. 10.30 Рис. 10.31

Генератор с двойной ОС. В генера­торе (рис. 10.32, а) существуют две ОС: ООС через резистор R2 и ПОС через конденсатор С. В первый момент после включения преобладающее действие оказывает ПОС. Конденсатор имеет сопротивление значительно меньше, чем резистор R2. Происходит процесс заряда конденсатора. Транзистор в это время находится в закрытом состоянии. Отрицательное напряжение на выходе ОУ превосходит напряжение в эмиттере транзистора. По мере заряда конденсатора отрицательное напряжение в эмиттере увеличивается. Наступает момент, когда транзистор открывается. Отрицательный перепад напряжения в коллекторе приведет к переключению ОУ. Транзистор переходит в режим насыщения. В этом состоянии он будет находиться до тех пор, пока разряжается конденсатор. Когда процесс разряда закончится, транзистор стремится перейти в линейный режим. Однако при переходе из режима насыщения в линейный через конденсатор действует ПОС, которая полностью закрывает транзистор. Процесс повторяется. На рис. 10.32, б приведены зависимости периода повторения и длительности импульса от вход­ного напряжения.

Генератор с управляемой ОС. Управляемый генератор (рис. 10.33, а) построен на двух ОУ. Первый ОУ является генератором сигнала треугольной формы, а второй управляет процессом заряда и разряда конденсатора. Управляющий сигнал одновременно действует на две цепи. Когда на выходе ОУ DA1 положительное напряжение, диод VD2 открыт. Через него заряжается конденсатор С, а также действует положительный входной сигнал, который увеличивает зарядный ток. Одновременно с выхода ОУ DA2 на диод VD1 приходит инвертированный входной сигнал, который уменьшает порог закрывания его. В определенный момент напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания диода VDL. С этого момента конденсатор С будет заряжаться разностным током. Скорость нарастания напряжения на нем уменьшится.

Рис. 10.32

Рис. 10.33

Если в этой схеме уменьшить сопротивление резистора R8, то можно существенно увеличить время заряда конденсатора, и тем самым уменьшить частоту выходного сигнала ОУDA1. Генератор может формировать сигналы с частотой долей герц. На рис. 10.33, б представлена зависимость периода следования от напряжения Е.