Генератор напряжения треугольной формы с ручной манипуляцией

Добавив к схеме генератора одиночного линейно-изменяющегося сигнала (рис.4) переключатель и еще один источник управляющего постоянного напряжения, можно получить генератор напряжения треугольной формы, управляемый вручную (рис.6).

Рис.6. Генератор сигналов треугольной формы с ручной манипуляцией

Рис.7. Форма выходного напряжения генератора сигналов треугольной формы с ручной манипуляцией

Когда переключатель находится в верхнем по схеме положении, Е_вх=−15 В и напряжение U_выхнарастает; при нижнем положении переключателя Е_вх=+15 Ви U_выхспадает. Скорость изменения U_выхнаходится из уравнения (8) и для Е_вх= + 15 В

При Е_вх = –15 В, U_вых/t=15 В/с.

Чтобы понять, как линейно-изменяющиеся напряжения образуют сигнал треугольной формы, обратимся к рис.7. В момент t=0 на схему подается питание; переключатель при этом находится в нижнем положении («спад»). Е_вхположительно, так что U_вых спадает со скоростью -15 В/с. При достижении напряжением U_вых заданного нижнего порогового напряжения U_п.н. переключаем ключ в положение «подъем». При этом Е_вх становится равным – 15 В и U_вых нарастает со скоростью +15 В/с. В момент, когда U_вых=U_лин достигнет выбранного нами верхнего порогового напряжения U_п.в., вернем ключ в положение «спад». С этого времени необходимо изменять положение переключателя всякий раз, когда линейно-изменяющееся напряжение U_вых=U_лин пересекает один из этих пороговых уровней.

Чтобы добиться автоматического переключения, можно заменить управляющий переключатель компаратором.

2.3.2. Компаратор с гистерезисом и управлением по входу (+)

Подадим напряжение U_вых с выхода схемы рис.6 на вход компаратора (рис.8,а).

а)

б)

Рис. 8. Работа компаратора, предназначенного для включения в генератор напряжения треугольной формы

Для анализа работы компаратора предположим, что напряжение с его выхода U_комп зафиксировано на уровне +U_нас. При любом положительном напряжении U_лин напряжение на входе (+) ОУ (рис.8,а) будет положительно по отношению к напряжению на входе (–) и U_комп остается на уровне +U_нас. Чтобы изменить состояние компаратора на U_комп=−U_нас,напряжение U_лин на его входе должно стать ниже некоторого порогового напряжения U_п.н.. Только тогда напряжение на входе (+) ОУ компаратора станет равно 0 В (потенциалу земли). В этот момент на резисторе R падает напряжение –U_п.н., а на резисторе – напряжение +U_нас. При этом можно записать

или

при .

В этом состоянии при любом отрицательном входном напряжении, превышающем по абсолютной величине U_п.н, вход (+) имеет отрицательный по отношению ко входу (–) потенциал и U_комп фиксируется на уровне −U_нас. Чтобы U_комп переключилось обратно к +U_нас, U_лин должно стать положительным (как показано на рис.8,б) и превысить верхнее пороговое напряжение U_п.в. Когда U_лин достигает U_п.в, все напряжение U_п.в. падает на резисторе R, а напряжение −U_нас – на резисторе aR, так что . Отсюда следует, что

или

при .

Напряжение ширины петли гистерезиса U_гист будет равно разности между пороговыми напряжениями:

.