Импульсные устройства на микросхемах (944139), страница 23
Текст из файла (страница 23)
5.43, а и б, В равной мере они применимы и к компараторам. Как и в ранее рассмотренных устройствах на ОУ, выходное напряжение имеет знакопеременный характер н паменяется от положительного значения +Ивах=+1/и до отрицательного — Б маге — О . Операционный усилитель работает в режиме триггера Шмитта за счет обратной связи через делитель напряжения 82, ВЗ с выхода на неинаерти- 1 й А Рис. 5,43.
Генератор прямоугольных импульсов на ОУ (компараторе на. пряжения): а — ириициииальиае схема; б — времеиияе диаграммы 107 КЗ ()вар=Свих)в) К2+КЗ =(Н.1вых)в). (5.24) Конденсатор С! будет заряжаться через резистор К1. Когда напряжения на обоих входах ОУ сравняются, произойдет его переключение и выходное напряжение скачком сменится на отрицательное ()вых)-). Напряжение на неинвертирующем входе станет КЗ -Увар= — ()вых)-) К2+КЗ = — ()Овых)-). (5.25) После переключения начнется перезарядка конденсатора С!.
Она длится до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет равным иапряжени)о (отрицательному) на неинвертирующем входе. Произойдет очередное переключение, выходное напряжение снова станет положительным, и начнется новый цикл. Интервалы времени между перекл)очеииями в установившемся режиме работы характеризуются следующими соотношениями: ) 11, ы хн-) ! + !3) Б в х)-) ) 8()и )в))+)и < )() ' 1,=К!С! !и )13,ы„) ))+8) !) ых)ю! ()Ни..„ью)+)и.„„,)) ' где р-КЗ/(К2+КЗ).
(5 20) (5.27) (5.28) Когда )+()в)=( — Ов), то выражения валов упрощаются 1+8 1)=В=К!С!(п .— . 1 — 13 для расчета временных интер. (5.29) Если в последнее уравнение подставить значение (3 из (5.28), то 108 Ру'ощий вход. К ннвертирующему входу приложено напряжение конденсатора хронирующей КС цепи. К обоим входам прикладывается напряжение, знак которого определяется выходным состоянием ОУ. Напряжение на неиивертирующем входе по форме повторяет выходное. Напряжение на инаертирующем входе периодически изменяется по экспоненциальному закону, поскольку конденсатор С1 перезаряжается током, поступающим с выхода через резистор К!.
Переключение происходит, когда напряжение иа инвертирующем входе начинает превышать по абсолютному значению напряжение на другом входе При описании процесса допускают, что переключение происходит ори равенстве напряжений на обоих входах, поскольку реальное превышение напряжения весьма мало — единицы милливольт. Период колебаний зависит, таким образом, не только от параметров КС-цепи, но и от соотношения К2/КЗ В момент включения питающих напряжений +Ив и — ()в конденсатор С! разряжен н на инвертирующем входе напряжение равно нулю относительно общего провода, поэтому на выходе действует положительное напряжение Увыжю. На неинвертирующем входе напряжение положительно: 1~ =1з = Р!С! 1п [1+ (2РЗ/Р2) ], (5.30) период колебаний Т=2Р! С1 !п(1+ (2РЗ/К2)) (5.3!) и частота генерирования 1= 1/Т.
(5.32) При К2=РЗ формулы упростятся еще более Т=2,2Р1С1, 1=1/(2,2К~С,) =0,45/(Р1С1). (5.33) (5.34) 109 'Параметры самого ОУ в расчетные формулы не входят. Одяако прн выборе отношения сопротивлений К2 и РЗ необходимо считаться с пре. дельно допустимым входным синфазным напряжением (указывают в справочниках). Обычно оно равно (0,5...0,7)()ч, в зависимости от типа ОУ. Резисторы смешения К2, РЗ и КС-цепь образуют мост, н измерительной диагонали которого подключены входы ОУ. Устройства с мостовыми время- задающими цепями обладают повышенной стабильностью частоты генерации, поскольку здесь чувствительный элемент (ОУ) реагирует не на абсолютное значение ннпряжения на конденсаторе, а на разность между двумя значениями напряжения.
Соотношение КЗ/К2, определяющее порог переключения, берут обычно в границах 0,1...1. Выбор номиналов резисторов Р2 и КЗ в достаточной мере произволен, так как здесь важно их отношение. Следует, однако, считаться и с входным током микросхемы: ток через делитель Р2, КЗ и ток варядни конденсатора (минимальные значения — перед срабатываяием) должны быть хотя бы в 10 раз больше входного тока ОУ. Типовые сопротивления делителя — от десяти до нескольких сот нилоом. Для регулирования частоты колебаний достаточно резистор Р1 выбрать переменным. Иногда частотой управляют изменением соотношения Р2/РЗ.
Максимальная частота, при которой выходные импульсы еще сохраняют прямоугольную форму, ограничена быстродействием коннретного типа ОУ. В сравнении с быстродействием цифровых микросхем оно обычно невелико. Для ОУ широкого применения генерация прямоугольных импульсов ограничена десятками нилогерц. Генератор сохраняет работоспособность и на более высокой частоте, но из-за малой крутизны фронтов выходное напряжение становится трапецеидальным или даже треугольным. Из соотношений (5.26) и (5.27) следует, что интервалы 1, и 1з, а значит, и период колебаний Т=1~+1з зависят от уровня выходного напряжения, и, следовательно, нестабильность напряженна источников питания отражается на этих параметрах. Стабилизация выходного уровня, нак показано па рис, 5.44, улучшает поназатели генератора.
Для стабилизации используют два включенных встречно стабвлитрона ЧО1 н ЧО2 либо один двуханодный стабилитрон. Во время положительного полупериода выходного напряжения ЧО1 действует как диод, а НО2 — как стабилитрон. При отрицатель. ном — наоборот. Так обеспечивается симметрия выходного напряжения от. носительно нулевого уровня. Резистор К4 ограничивает тон через стаби. ПДГ Лу)РИУУ Т Г,, Рис, 5.44, Схема стабилизации выходных уровней генераторов на ОУ (компараторе напряжения) Рис. 5.45. Схемз генератора прямоугольных импульсов на ОУ К140УД!2 литроны.
Второй ОУ, включенный повторителем напряжения (козффициент усиления равен 1), служит буфером между генератором и нагрузкой. Сопротивление резистора К4 для случая, когда значение напряжения стабилизации обоих стабилитронов равны, можно найти по следующей формуле: 24=[(Оввз( — (Оат+07В))/1ьт ьци, (5.35) 110 где )О,м*[ — абсолютное значение напряжения на выходе ОУ; поскольку он работает в импульсном режиме, то (Очи*) =)Оч[; Очт — напряжение стабилизации стабилитрона; 1сг м~ь — минимальный ток стабилнзапии стабилитрона (указан в справочниках).
Выходное напряжение рассматриваемого генератора имеет симметричную форму. Управлять скважностью, если это требуется, можно, как и в ранее описанных устройствах, резисторно-диодиыми цепями Кб, НОЗ и )(6, НР4 — одна для положительного полупериода выходною напряжения, другая — для отрицательного. Если используют обе цепи, можно обойтись без резистора й1. До сих пор при рассмотрении генераторов иа ОУ предполагалось, что для питания применяют двухполярный источник с напряжением +!)л и — Оь относительно общего провода.
На рис. 5.45 показана схема такого генератора с однополярным питанием. Длн уменьшения потребляемой мощности использован микромощный прибор тип К140УД!2. Общий провод здесь создан искусственно — делителем напряжения из двух резисторов )!4 и 25 одинакового сопротивления. Резистор 26 задает управляющий ток микросхемы.
В остальном схема не отличается от ранее рассмотренных. Расчет частоты генерации можно выполнять по формуле (5.31). Быстро. действие микросхемы К!40УД12 не очень велико, и частотный интервал ограничен десятками килогерц. Генератор устойчиво работает прн питании напряженнем 5,.!5 В. Потребляемый ток не превышает 100 мкй. Относи. тельная нестабильность частоты генерации б!г.чтя менее 2г(з при изменении напряжения питания от Гб до 15 В; менее 4ф, прн изменении от 5 до 1О В н менее ~17з для питающего напряжения 1О В~107з, 6.9. Генератор с фазовой автонодстройкой частоты К564ГГ! Микросхема К564ГГ! относится к числу универсальных. Среди ее многочисленных применений можно назвать частотную модуляцию и демодуляцию, синтез и умножение частот, частотную дискриминацию, преобразование напряжение-частота, синхронизация сигналов [4, 19, 25).
Принцип фазовой автоподстройкн частоты (ФАПЧ) поясняет рис. 5 46 В состав устройства входят: генератор, управляемый напряжением ГУН, фазовый компаратор ФК, фильтр низкой частоты (интегрирующая цепь м1С1). Главный узел — ГУН. Он вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы со скважностью ()=2 (меандр) и амплитудой, близкой к напряжению питания. В отсутствие управляющего входного сигнала частота колебаниа определяется внешней КС-цепью (на рисунке не показана). Выходное напряжение ГУН подано на один вход фазового компаратора ФК, а на второй его вход поступают внешние сигналы. Фазовый компаратор регистрирует разность фаз между внешними сигналами и импульсами с выхода ГУН, преобразуя ее в импульсы, длительность которых пропорциональна этой разности.
В роли фазового компзратора часто используют логический элемент Исилючаюшее ИЛИ (см. рис. 2.6). Выходные однополярные импульсы фазового компаратора сглаживаются интегрирующей цепью (фильтром низкой частоты), формируя напряжение рассогласования. Это напряжение управляет частотой генератора, приближая ее к частоте входного сигнала до тех пор, пока обе частоты не сравняются. Напряжение рассогласования является функцией фазового сдвига между импульсами на входах компаратора, что определило название л1етода автоподстройки. Как следует из описания, напряжение рассогласования на конденсаторе фильтра следует за изменениями частоты, что позволяет использовать его в качестве выходного сигнала преобразования частота — напряжение. Если обе последовательности импульсов равны по частоте и каждая представляет собой меандр, а в роли фазового компаратора использован логический элемент Исключающее ИЛИ, напряжение рассогласования связано с фазовым углом линейной зависимостью (рис.
5.47). При фазоном сдвиге в 90' напряжение рассогласования (управляющее напряжение ГУН) равно 0,5!)ч, а соответствующая ему частота 1э называется центральной или свободной. После захвата входного сигнала система продолжает следить за изменениями его частоты. Пределы перестройки частоты ГУН ограничены н, если центральная частота значительно отличается от частоты входного сигнала, захвата про- Рис. 5.46. Структурная схеме генератора с фаэовой автоподстройкой гэ!!ляля ВЗГГлзтуйи„=Ум У) глю 0 Рд губ)ч грай Рис. 5.48. Скема системы фазовой авто- подстройки с делителем частоты Рнс. 5.47. Зависимость напря. жения рассогласования от фазового угла последовательно.
отей импульсов на входе фазового компаратора на осно. ве логического элемента Исключающее ИЛИ всходить не будет. Полосу частот для входных сигналов, в которой система йзАПЧ будет синхронизировать первоначально несиихронизированные сигнзлм, называют диапазоном захвата частоты (21е). Частотную полосу входных сигналов, в которой система сохраняет синхронизацию уже засинхронизированных сигналов, определяют как диапазон автоподстройки частоты (21ь), Диапазон захвата не может превышать диапазона автоподстройки Если выход ГУН и вход комнаратора соединены через делитель частоты с Кдел- М, то часота автоподстройки ГУН будет в М раз выше входной (рис, 5.48). Интегрирующая цепь играет роль сглаживающего фильтра и служит для выделения постоянной составляющей из последовательности однополярных прямоугольнык импульсов (рис.
5.49). Параметры этого фильтра имеют су. г- 1 1 Рис. 5.49. Сглаживание интегрирующей цепью импульсов 112 Рис. 5.50. Структура микросхемы К564ГП и ее внешние компоненты. Назначение ныводов микросхемы; 1 — выход фазовых импульсов; 2 выкад фазового компаратора ФК1: 3 — вкод компараториый; 4 — выход ГУН: 9 вход блокирующий ГУН и усилитель-повторитель; б н 7 — конденсатор ГУН, З вЂ” общий провод; 9 — вход управляющий ГУН и усилителем-повторителем; 19 — выкод усилителя-повторителя; 11 — внешний резистор Н1; 12 — внешний резистор Н2; Ы вЂ” выход фазового компаратора ФК2: Ы вЂ” сигнальный вход; 15 — катод стабилитрона; 1б — питание +Ов щественное значение для успешной работы системы ФАПЧ, поскольку его постоянная времени определяет скорость, с которой система может реагировать на изменения входной частоты. Кроме того, от постоянной времени зависит и качество работы ГУН: чем больше постоянная времени, тем лучше сглаживание, но зато меньше напряжение на конденсаторе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
