Главная » Мануалы

1 ... 41 42 43 44 45 46 47 ... 51

Фиг. 11.5. Широкодиапазонный генератор, управляемый напряжением. * подстроить на выходное напряжение + 10 В.

В отличие ОТ Других автогенераторов^с управляемой амплитудой, которые были рассмотрены выше, получение амплитуды в данной схеме не зависит от процесса усреднения во времени. Выходные сигналы мгновенно достигают заданных амплитуд независимо от установленной частоты. В рассматриваемой схеме используются коммутируемые интеграторы, описанные в разд. 6.3. Начальные условия для интеграторов задаются синус-косинусным потенциометром. Когда интеграторы переключаются

Бмход

Фиг. 11.6. Напряжения на входе и выходе ГУН.

В проводящее состояние, схема функционирует как квадратурный автогенератор. (Несколько обычных квадратурных генераторов было описано в разд. 10.3.4.) Умножители М, и Мг изменяют коэффициенты усиления двух интеграторов, в результате чего изменяется частота. Умножители Мз- и фактически демодулируют выходной сигнал генератора. Выходные сигналы А sin со/ и Л cos (itt возводятся в квадрат, и их сумма сравнивается с опорным напряжением Vb. Полученный при этом сигнал ошибки управляет величиной к знаком сигнала обратной связи, подаваемого через умножитель Мъ к выходу А sin со/. Умножитель Мд управляет стабильностью амплитуды колебаний в контуре, и через него может быть подана как положительная, так и отрицательная обратная связь.

2. Широкодиапазонный ГУН. Почти все обычные схемы ГУН построены на основе одного из следующих двух принципов: 1) генерируются колебания прямоугольной формы, частотой которых можно управлять входным напряжением постоянного тока. Затем путем фильтрации получают синусоидальные колебания; 2) собирается генератор синусоидальных колебаний, ча-- стотой которого можно управлять путем изменения усиления в контуре генератора.

Еще один подход к построению ГУН состоит в генерации колебаний треугольной формы, частотой которых можно управлять. Затем треугольные колебания пропускаются через формирователь, на выходе которого получается синусоида. Одно из преимуществ этого подхода состоит в том, что - формирующий усилитель легко сконструировать для работы практически во всем диапазоне низких частот от постоянного тока до верхних звуковых частот.

Типичная схема, в которой используется такой подход, приведена на фиг. 11.5. Эта схема обладает динамическим диапазоном 100: 1 при любом положении переключателя и нелинейностью 17о. Частота колебаний определяется формулой

t-m- > (11-2)

Изменение частоты в зависимости от напряжения ei показано на фиг. 11.6.

11.2.2. Преобразователи напряжение - частота

Второй способ осуществления частотной модуляции связан с использованием преобразователя напряжение - частота. В таком преобразователе частота какого-либо периодического сигнала по определению должна быть пропорциональной аналоговому управляющему напряжению. На выходе преобразователя может быть периодический сигнал любой формы, например прямоугольная волна, последовательность импульсов, колебания, треугольной формы или синусоидальные колебания. Если выходной сигнал должен запускать какой-либо счетчик, то обычно удобно работать с последовательностью импульсов или колебаниями прямоугольной формы. Генератор, управляемый напряжением, конечно, также является преобразователем напряжение- частота. Однако если на выходе такого генератора допустимо иметь последовательность импульсов или колебания прямоугольной формы, то его конструкцию обычно можно упростить, особенно в том случае, когда требуется получить широкий динамический частотный диапазон. Ниже мы рассмотрим несколько типичных схем преобразователей напряжение - частота. Основные различия этих схем - это разные значения нелинейности и ширины динамического диапазона.

/. Преобразователь напряжение - частота с выходным сигналом в виде прямоугольной волны. Две схемы преобразователей такого типа даны на фиг. 11 7 и 11.8. Эти схемы очень похожи на схемы генераторов треугольных и прямоугольных колебаний, описанные в разд. 10.2.2. В обеих схемах величина напряжения на входе интегратора управляется входным напряжением постоянного тока. В схеме, приведенной на фиг. 11.7, для модуляции амплитуды на входе интегратора, а следовательно, и частоты на выходе схемы используется умножитель. При этом лучшие результаты достигаются, когда умножитель имеет широкую, полосу и достаточно хорошую переходную характеристику. В схеме, приведенной на фиг. П.8, для модуляции напряжения прямоугольной формы на входе интегратора (а значит, и для изменения частоты на выходе) служит мостовой диодный ограничитель. Так как известно, что на вход интегратора должна поступать волна прямоугольной формы, для модуляции по амплитуде можно использовать диодный мост, поочередно подключающий ко входу интегратора напряжения -fei и -ei-

2. Преобразователь напряжение - частота с выходным сигналом в виде последовательности импульсов. Схема преобразователя такого типа показана на фиг. 11.9. Эта схема содержит-

Фиг. 11.7. Преобразователь напряжение - частота на умножителе. * подстроить до получения на выходе 10 В.

40R,C,

Фиг. 11.8. Преобразователь напряжение - частота на диодном мосте. * подстроить до получения на выходе ± 10 В.

всего два операционных усилителя. Лучшие результаты удается получить, если операционные усилители имеют хорошие характеристики насышения, высокие входные сопротивления и большую скорость нарастания выходного напряжения. В качестве возможного варианта выбора можно рекомендовать недорогой широкополосный операционный усилитель типа 3402 фирмы Burr-Brown с полевыми транзисторами на входе. Можно также использовать дешевые операционные усилители, выполненные в виде биполярных интегральных схем, но в этом случае параметры элементов будут несколько иными, а рабочий диапазон может быть более ограниченным.

Описание работы схемы начнем с потенциометра регулировки амплитуды. Если этот потенциометр установлен на получение выходного напряжения -8 В, то выходной сигнал усилителя Лг будет иметь отрицательную полярность при условии, что напряжение 62 более положительно, чем -8 В. Поскольку коллектор транзистора Qi находится под напряжением О В, его база смещается выходным напряжением усилителя Лг до приблизительно - И или -12 В, в результате чего Qi, как и предполагалось, оказывается в закрытом состоянии. Входное напряжение положительно, и поэтому интегратор А\ будет интегрировать в отрицательном направлении. Когда напряжение на выходе

достигнет уровня -8 В, сигнал на выходе усилителя становится положительным. Транзистор Qi открывается, и, поскольку .напряжение на коллекторе Qi близко к нулю, напряжение на выходе ео также будет очень близко к нулю. Если же говорить точнее, выходное напряжение будет равно - Кскнасыщ), т. е.

Регулировка

2400л

-ВВ

Фиг. 11.9. Преобразователь напряжение - частота с выходным сигналом

в виде последовательности импульсов. Сопротивление меииу эмиттером Qi н землей иеобхо.тимо с повышением частоты уменьшать. Типичные значения: 1500 0м при fn.ax- Гц и 500 Ом при fj ax==200 кГц.

ОКОЛО 0,1 В. Когда Q\ находится в открытом состоянии, он действует как источник тока, подключенный к входу интегратора, и Al быстро выполняет интегрирование в положительном направлении. Как только выходное напряжение интегратора становится положительным, компаратор Лг переключается в режим отрицательного насыщения. Диод, включенный параллельно интегратору, не допускает появления выбросов напряжения и уменьшает время задержки. Переход усилителя Лг в состояние отрицательного насыщения возвращает транзистор Qi в запертое состояние. На этом один период работы схемы завершается и начинается следующий.

Время, за которое усилитель Лг переключается из одного состояния насыщения в другое, ограничивает практический частотный диапазон схемы. Это время задержки значительно различается для различных типов операционных усилителей. В случае работы с усилителем 3402 фирмы Burr-Brown, имеющим на входе быстродействующие полевые транзисторы, длительность импульса Тр может составлять всего 20-100 мкс.

Коэффициент преобразования описанной схемы можно найти из следующих формул:

- = 8,6 и fyj, (11.3)

Если же TpTi,

Линейность такого преобразователя достаточно хороша на низких частотах, где Тр много меньше Г/, однако на высоких частотах она существенно ухудшается. Если величина Тр постоянна, то величину нелинейности можно рассчитать. А поскольку Тр определяется скоростью отслеживания интегратора и временем задержки переключения компаратора, эта величина постоянная.

Рассмотренная схема чувствительна к изменениям внешней нагрузки на выходе во. Отсюда следует, что если такой преобразователь должен работать на нагрузку с сопротивлением менее 100 кОм, на его выход нужно включить эмиттерный повторитель или какой-либо другой буферный каскад.

3. Высококачественный преобразователь напряжение - частота. Использование высококачественных функциональных модулей позволяет создавать линейные преобразователи напряжение-частота с очень широким рабочим диапазоном. Одним из таких модулей является быстродействующий интегратор, в цепи восстановления которого используется усиление тока (интегратор такого типа был описан в разд. 6.3). Хотя рассматриваемый

15к0м ЮкОм ОлЛЛ/Ч-АЛЛ *15В

Переключаемый тилителыпока 9580/15

-15В 9

1кОм

Фиг. 11.10. Высококачественный преобразователь напряжение - частота.

а -схема; б-типичные формы сигналов.

ниже преобразователь (фиг. 11.10) обойдется несколько дороже, чем предшествующие схемы, он обладает весьма хорошими характеристиками.

Переходя к объяснению принципа действия схемы, обратим, внимание на то, что интегратор А\ управляется ключом на усилителе тока. Когда напряжение на выводе 5 высокое (приблизительно -1-4 В), переключатель заперт и А\ интегрирует со ско-

ростью, определяемой величинами Ru Ci и £i. Когда напряжение на выводе 5 мало (приблизительно +0,6 В), интегратор очень быстро понизит свое выходное напряжение до -10 В. Усилитель и транзистор Qi выполняют функции быстродействующего компаратора. В качестве Qi и Qg можно' использовать почти любой кремниевый переключательный транзистор. Q2 - это буферный выходной каскад, который в общем случае не обязателен. Типичные формы колебаний в данной схеме показаны на фиг. 11.10,6. Резистор R\ или конденсатор Ci на входе интегратора можно изменять в соответствии с требуемым масштабным коэффициентом преобразования. Работа схемы описывается следующими уравнениями:

10i?,C,/e, + 7-р П^-)

При указанных на схеме значениях параметров время восстановления Тр составляет приблизительно 3-4 мкс. Если Тр л; 3 мкс и С] = 0,01 мкФ, то

?,.10-Сз.,.1о- - -

Если, например, требуется получить масштабный коэффициент преобразования 1 кГц/В, сопротивление R\ следует взять приблизительно равным 10 кОм. Тогда

-ЮЗГц (11.9)

и О < f 10 кГц при -10 В < ei 0. Эта же схема представляет собой превосходный электрически управляемый генератор линейно нарастающего напряжения. Выходным сигналом в этом случае является напряжение ен.

При использовании операционных усилителей типа 3402 и емкости С] = 1000 пФ схема, изображенная на фиг. 11.10, может работать на частотах до 100 кГц. Однако если представляющий интерес диапазон ограничен сверху частотой 10 кГц, то вместо операционных усилителей 3402 можно использовать более дешевые приборы, например усилители типа 3308/12С фирмы Burr- Brown. Описанный выше преобразователь позволяет получить динамический диапазон 1000: 1 и нелинейность 1%-

И.З. Широтно-импульсная модуляция [1, 3]

В этом разделе мы расмотрим схемы, которые можно использовать для широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В модуляторах такого типа напряжение постоянного тока или медленно

, .ЮОкОм O-j-vVsA

Фиг. 11.11. Схема широтно-импульсного модулятора (а) и формы сигналов (б).

* подстроить до получения симметричной формы при еу.

меняющееся напряжение может использоваться для управления длительностью импульсов. Частота повторения импульсов, обычно фиксирована, а поступающая на вход несущая часто имеет .вид прямоугольной волны (меандра) или последовательности

1 ... 41 42 43 44 45 46 47 ... 51