46 - Generátory pilových průběhů


Poznámka: Komentář a doplňující informace jsou umístěny {v složených závorkách , vytištěny kurzívou a zmenšeným písmem}.


Generátory pilových kmitů mají generovat v zásadě dva druhy kmitů, a to pilové kmity nebo trojúhelníkové kmity. U obou druhů kmitů se vyžaduje lineární přímý běh (náběžná hrana), a v případě zpětného běhu (sestupné hrany) - je to u pilového průběhu velmi rychlý zpětný běh (zpravidla se žádné nároky na tvar nekladou) a u trojúhelníkového průběhu je však i zpětný běh lineární (zpravidla shodný s přímým během). Dále se u těchto generátorů ještě určuje zda se následující impuls má rozběhnout okamžitě po skončení zpětného běhu předcházejícího impulsu nebo až po příchodu spouštěcího impulsu.


1) Generátory pilových kmitů:

Ideální výstupní impuls generátor pilových kmitů má mít:

- lineární přímý běh;

- rychlý zpětný běh (zpravidla se žádné nároky na tvar nekladou).

Elektrický obvod vytvářející lineárně rostoucí napětí je možné navrhnout se zdrojem konstantního stejnosměrného proudu s kondenzátorem, což však v praxi nelze dosáhnout (ekvivalentem může být např. zdroj vysokého napětí s velkým odporem v sérii) - nabíjecí časová konstanta je velká, takže průběh nabíjení nebude lineární, ale exponenciální. Zpětný běh může být v podstatě libovolný, ale volí se co nejmenší - malá vybíjecí časová konstanta.

Příklad zapojení generátoru pilového napětí je na následujícím obr.:

Stručná činnost obvodu: Na vstup obvodu se přivádí obdélníkové impulsy (viz obr.). Je-li na bázi tranzistoru T1 záporné napětí (je zavřen), pak se kondenzátor C nabíjí ze zdroje Ucc přes tranzistor T2 (přechod E-C). Napětí na kondenzátoru C, tj. výstupní napětí u2 poroste téměř lineárně, protože tranzistor dodává téměř konstantní proud (což je patrné z výstupních VA charakteristik tranzistoru v zapojení společný emitor). Zařazením tranzistoru T2 s velkým diferenciálním vnitřním odporem do sérii se zdrojem napětí Ucc jsem tak vytvořili téměř konstantní proud (zdroj proudu). Časová konstanta nabíjení je velká. Přivedeme-li na vstup - na bázi tranzistoru T1 kladné napětí, otevře se a nabitý kondenzátor se přes malý vnitřní odpor otevřeného tranzistoru T1 (přechod C-E) vybije. Časová konstanta vybíjení je malá. Po opětovném uzavření tranzistoru T1 se kondenzátor opět nabíjí přes tranzistor T2.


2) Generátory trojúhelníkových kmitů:

Ideální výstupní impuls generátoru trojúhelníkových kmitů má mít:

- lineární přímý běh;

- lineární zpětný běh (zpravidla shodný s přímým během).

Elektrický obvod vytvářející lineárně rostoucí i klesající napětí je možné navrhnout obdobně jako u předchozího případu - pouze nabíjecí a vybíjecí časová konstanta musí být shodná.

Příklad zapojení generátoru trojúhelníkového napětí je na následujícím obr.:


Stručná činnost obvodu: Je to dvojčinný obvod, v němž je kondenzátor C střídavě nabíjen a vybíjen přes komplementární tranzistory. Na vstupu přichází obdélníkové impulsy (viz obr.). Při nulovém vstupním napětí u1 je tranzistor T1 uzavřen a přes otevřený tranzistor T2 se kondenzátor C nabíjí. Při vstupním napětí u1 = Ucc je naopak tranzistor T2 uzavřen a otevřen je tranzistor T1, přes který se kondenzátor vybíjí. Při opětovném poklesu vstupního napětí u1 na nulu se kondenzátor nabíjí.


Frekvenci a amplitudu výstupního pilového a trojúhelníkového napětí lze regulovat změnou časové konstanty obvodu nabíjení a vybíjení; a změnou opakovací frekvence a šířky řídících impulsu u1.


Užití generátorů pilových kmitů: časové základny osciloskopů, obvody pro automatický zápis VA charakteristik, obvody převádějící stejnosměrné napětí na šířku impulsu, atd.



Linearizace pilového průběhu:

U všech tranzistorových generátorů pilového napětí, řešených jako obvod s kondenzátorem nabíjeným přes velký odpor, je značný problém zpracování tohoto signálu, neboť každá zátěž připojená na svorky kondenzátoru způsobí zhoršení linearity pilového průběhu, a proto musíme dbát na malé zatížení nabíjeného kondenzátoru a volit připojení zátěže přes členy s velkým vstupním odporem (např. FET apod.).

Nelinearitou zde rozumíme nelinearitu časového průběhu narůstajícího napětí na nabíjeném kondenzátoru, protože využíváme část exponenciály. Výsledná nelinearita bude vždy ovlivněna ještě VA charakteristikami tranzistoru a zbytkovými proudy.

Problém linearizace se řešení zavedením kladné nebo záporné zpětné vazby.

{Generátory s kladnou zpětnou vazbou - tzv. bootstrapy, používají ve zpětné vazbě zdroj kompenzačního napětí, které v průběhu nabíjecího pochodu udržuje pokud možno stálý úbytek na nabíjecím odporu, a tím zaručuje konstantní nabíjecí proud.

Principiální schéma je na následujícím obr.:



Stručná činnost obvodu: Ve smyčce kladné zpětné vazby zavedené v ideálním zesilovači napětí (Rvst = , Rvýst = 0) je rezistor R v sérii se zdrojem napětí Uz. Pokud je na kondenzátoru nulové napětí (spínač sepnut - zkrat), je nulové i výstupní napětí zesilovače, na rezistoru R je napětí Uz. Jakmile přerušíme zkrat (spínač rozepnut), začne narůstat výstupní napětí u2 a v nabíjecím obvodu se uplatní výstup zesilovače jako přídavný zdroj napětí. S rostoucím napětím na kondenzátoru C roste i napětí nabíjecího zdroje a při vhodné volbě zesílení A (nejlépe A = 1) lze dosáhnout toho, že na rezistoru R bude stálý úbytek napětí. Tehdy bude na rezistoru R konstantní napětí Uz a nabíjecí proud kondenzátoru bude rovněž konstantní.

Generátory se zápornou zpětnou vazbou - tzv. Milerovy integrátory, májí ve větvi záporné zpětné vazby invertujícího zesilovače s velkým napěťovým přenosem (operační zesilovač) zapojený kondenzátor.

Principiální schéma je na následujícím obr.:



Stručná činnost obvodu: Kondenzátor C zapojený mezi vstup a výstup zesilovače uzavírá smyčku záporné zpětné vazby. Bude-li hodnota zesílení velká (u operačních zesilovačů vyhovující) lze předpokládat, že výstupní napětí se vlivem zpětné vazby bude vždy měnit tak, aby vstupní napětí bylo velmi blízké nule. Při nulovém vstupním napětí u1 bude i výstupní napětí u2 nulové. Avšak připojíme-li na vstup konstantní napětí, bude rezistor R procházet proud podle Ohmova zákona (i = Uvst / R), protože zpětná vazba bude vstupní napětí na samotném zesilovači udržovat nulové. Zesilovač má velký vstupní odpor (Rvst = ), takže všechen proud musí nabíjet kondenzátor C. Hromadění náboje v kondenzátoru C je však možné pouze při měnícím se výstupním napětí u2. Při konstantním proudu (tj. při konstantním vstupním napětí u1) se bude výstupní napětí u2 zvětšovat lineárně s časem. Při kladném vstupním napětí u1 (na vstupu jsou obdélníkové impulsy) poroste výstupní napětí u2 směrem do záporných hodnot, při záporném napětí u1 bude napětí u2 vzrůstat do kladných hodnot.}


dlabos.wz.cz