В помощь радиолюбителю. Выпуск 20 - [11]

Импульсы в форме меандра обладают скважностью, равной двум. Скважностью называется отношение периода повторения к длительности импульсов. Поэтому минимально возможное значение скважности равно двум. Обязательное условие опрокидывания схемы, что соответствует ее работе в качестве генератора, состоит в том, что общий коэффициент усиления по напряжению этой схемы должен превышать единицу.

Другим генератором прямоугольных колебаний является одновибратор или ждущий мультивибратор, использующий положительную обратную связь и имеющий только одно устойчивое состояние. Из этого состояния одновибратор выводится внешним запускающим импульсом и в течение некоторого заданного времени является возбужденным, после чего возвращается в устойчивое состояние. Основная схема одновибратора, использующего операционный усилитель, показана на рис. П8.

Рис. П8.Схема одновибратора на операционном усилителе

В этой схеме положительная обратная связь с выхода операционного усилителя на неинвертирующий вход подается через конденсатор С2, заряд и разряд которого задают параметры возбужденного состояния. Рассмотрим работу схемы по эпюрам рабочих напряжений, приведенным на рис. П9.

Рис. П9.Эпюры рабочих напряжений одновибратора

В связи с подачей на инвертирующий вход через резистор R1 отрицательного напряжения — U_оп, выходное напряжение U_вых в устойчивом состоянии положительно и равно напряжению питания +U. При подаче на вход схемы импульса запуска (осциллограмма 1) он дифференцируется элементами C1-R1 и положительным импульсом переднего фронта запуска (осциллограмма 2) операционный усилитель перебрасывается в другое состояние, в результате чего выходное напряжение скачком переходит на уровень — U (осциллограмма 4). Отрицательный перепад выходного напряжения через конденсатор С2 подается на неинвертирующий вход, поддерживая на выходе уровень — U. Начинается заряд конденсатора С2 через резистор R2. При этом ток заряда постепенно уменьшается и также уменьшается падение напряжения на резисторе R2 (осциллограмма 3). Выходное напряжение остается на уровне —U до тех пор, пока потенциал неинвертирующего входа не достигнет — U_оп. Тогда схема вернется в исходное устойчивое состояние до следующего запускающего импульса. Длительность генерируемого одновибратором импульса Т определяется выражением

Отсюда длительность импульса можно регулировать, либо изменяя постоянную времени RC, либо опорное напряжение. Диод VD1 уменьшает время восстановления схемы, когда она перебрасывается обратно в устойчивое состояние.

Генератор колебаний треугольной формы

Колебания треугольной формы можно получить интегрированием прямоугольных импульсов. Для этого к выходу генератора прямоугольных колебаний подключается интегратор. На выходе интегратора получается последовательность поочередно нарастающих и ниспадающих напряжений с таким же периодом повторения, что у входного прямоугольного сигнала. Принципиальная схема такого генератора приведена на рис. П10.

Рис. П10.Принципиальная схема генератора колебаний треугольной формы

В генераторе колебаний треугольной формы используются два операционных усилителя: триггер на микросхеме DA1 вырабатывает прямоугольные импульсы типа меандр, которые затем для получения колебаний треугольной формы интегрируются операционным усилителем DA2. Все устройство охвачено положительной обратной связью через резистор R2.

При положительном напряжении на выходе DA1, выходное напряжение интегратора U_вых нарастает. Когда оно достигает выходного напряжения DA1, триггер опрокидывается и на его выходе образуется отрицательное напряжение. Теперь выходное напряжение спадает. За счет интегрирования и большого коэффициента усиления операционного усилителя нарастание и спадание выходного напряжения происходят по линейному закону с периодом повторения:

Генераторы синусоидальных колебаний

Генераторы синусоидальных колебаний звуковой или радиочастоты широко используются в технике и в быту. Задающие генераторы связных, радиовещательных или телевизионных передатчиков, гетеродины радиовещательных или телевизионных приемников представляют собой генераторы синусоидальных колебаний радиочастоты. Различные электромузыкальные инструменты и звуковые сигнализаторы часто состоят или включают в себя генераторы синусоидальных колебаний звуковой частоты.

Любой генератор представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Существуют два необходимых условия, выполнение которых обеспечивает генерацию, — баланс амплитуд и баланс фаз.

Баланс амплитуд предусматривает, что коэффициент передачи замкнутой цепи К_β, который равен произведению коэффициента усиления усилителя К на коэффициент передачи цепи обратной связи β, должен быть на рабочей частоте равен или больше единицы:

Баланс фаз требует, чтобы суммарный сдвиг фазы сигнала в усилителе и в цепи обратной связи на рабочей частоте был равен нулю или 2π.

Функции усилителя выполняют транзисторные схемы или операционный усилитель, как правило, не содержащие цепей, зависящих от частоты. Цепи же обратной связи весьма многочисленны и обладают частотной избирательностью. Это означает, что их коэффициент передачи зависит от частоты. Таким образом, именно цепь 3, а не усилитель определяет частоту генерируемых колебаний.