Микропроцессорный управляемый генератор специальных сигналов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР СПЕЦИАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

 

Вариант № 35

 

 

Выполнил:

ст. гр. ЭМ - 31

Попова О. В.

Принял: 

Анкудинов В. Б.

 

 

Вологда

 2007 г

Содержание

стр.

Введение	4
Техническое задание	5
1. Аналитический обзор	6
1.1. Генераторы синусоидальных колебаний	6
1.2. Импульсные генераторы	10
1.2.1. Релаксационные генераторы на операционном усилителе	10
1.2.1.1. Автоколебательный режим	10
1.2.1.2. Ждущий режим	12
1.2.1.3. Генератор прямоугольных и треугольных импульсов	13
1.2.2. Импульсные генераторы на транзисторах	14
1.2.3. Функциональные генераторы	17
1.3. Генераторы линейно изменяющегося напряжения	18
1.4. Цифровые генераторы	23
2. Обоснование выбранного варианта	36
3. Разработка микропроцессорного управляемого генератора специальных сигналов	37
3.1. Разработка блок-схемы микропроцессорного управляемого генератора специальных сигналов	37
3.2. Разработка принципиальной схемы микропроцессорного управляемого генератора специальных сигналов	39
3.2.1. Подключение кварцевого резонатора к ОЭВМ 1816ВЕ35	40
3.2.2. Подключение шинных формирователей к ОЭВМ 1816ВЕ35	41
3.2.3. Подключение внешней памяти команд к ОЭВМ 1816ВЕ35	42
3.2.4. Подключение устройства ввода к ОЭВМ 1816ВЕ35	44
3.2.5. Подключение устройства вывода к ОЭВМ 1816ВЕ35	45
3.2.6. Подключение ЦАП	46
3.2.7. Принципиальная схема	47
3.3. Разработка программы для микропроцессорного управляемого генератора специальных сигналов	47
3.3.1. Блок – схема программы	48
3.3.2.Листинг программы	49
3.3.3. Расчет констант, хранимых в ПЗУ данных	49
3.3.4. Расчет максимального отклонения от требуемых значений	50
4. Разработка печатной платы	51
Заключение	52
Список используемых источников	53
Приложение А	54
Приложение Б	55
Приложение В	56
Приложение Г	58
Приложение Д	60
Приложение Е	66
Приложение Ж	67

Введение

В настоящее время микропроцессоры нашли широкое применение в различных областях деятельности человека. Широкое использование микропроцес­соров обусловлено благодаря таким показателям как надежность и простота обслуживания систем, эффективность в решении различных задач. Микропроцессоры относительно дешевы, компактны, обладают программным управлением и отличаются высоким быстродействием. Такое сочетание свойств позволяет на единой технологической и схе­мотехнической базе, т.е. за счет программирования получить специа­лизированные вычислительные устройства пригодные для использо­вания в различных областях.

Существует множество типов микропроцессоров, но остаётся проблема их связи с аналоговыми объектами. Применение микропро­цессоров вызывает ряд проблем аналого-цифрового преобразования сигналов, поскольку сигналы, поступающие от аналоговых объектов важно обработать, преобразовать, нормализовать и т. д.

В целях обработки аналоговых и цифровых сигналов применяются такие микросхемы, как генераторы, усилители, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и др.

В данном курсовом проекте стоит задача проектирования микропроцессорного управляемого генератора специальных сигналов.

Далее будут исследованы существующие схемы реализации генераторов как аналоговых, так и цифровых. Также в курсовом проекте будут разработаны принципиальная и монтажная схемы, и сборочный чертеж генератора специальных сигналов при помощи системы автоматизированного проектирования P-CAD. Выполнена реализация управляющей программы системы и произведена оценка максимального отклонения от реального значения функции.

 

Аналитический обзор

Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор. Кроме генераторов испытательных сигналов, выполняемых в виде отдельных изделий, источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах, инициирующих измерения или технологические процессы, и вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими состояниями или периодическими колебаниями. Так, например, генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых измерительных приборах, осциллографах, радиоприемниках, телевизорах, часах, ЭВМ и множестве других устройств.

 

1.1. Генераторы синусоидальных колебаний

 

Генераторы синусоидальных колебаний широко используются в разнообразных электронных устройствах в качестве источников сигналов самых различных частот.

Синусоидальные колебания, в общем случае, возникают в системах с критической положительной обратной связью и этот эффект используется при построении генераторов на базе усилителей, охваченных цепью частотно-зависимой положительной обратной связи. Другой путь построения генераторов синусоидальных колебаний основан на использовании приборов с отрицательным сопротивлением для компенсации потерь, возникающих в обычном колебательном контуре. На практике в качестве таких приборов применяются главным образом туннельные диоды.

Обычно схемы с операционными усилителями используются для генерирования колебаний сравнительно низких частот (до 10 МГц), а схемы с туннельными диодами, наоборот, высоких (до 100 ГГц). Важной особенностью генераторов на туннельных диодах, кроме того, является простота схемы, малые габариты и высокая экономичность.

Рассмотрим принцип построения генераторов с использованием операционного усилителя. На рис. 1.1 показана блок-схема генератора.

Рис. 1.1 – Блок – схема генератора

Коэффициент усиления усилителя К _U, тогда коэффициент усиления системы с положительной ОС (обратной связью)  где β – передача ОС.

Т. о., если петлевая передача () будет стремиться к единице, то знаменатель  будет стремиться к нулю, а  - к бесконечности. Т. е. для существования реакции не требуется воздействия. Основное условие генерации примет вид:

 

.                                                         (1.1)

 

Условие (1.1) можно представить в виде двух условий:

1) условие баланса амплитуд (петлевая передача равна единице, нет потерь) ;

2) условие баланса фаз (суммарный фазовый сдвиг отсутствует) .

Данные условия нужно выполнять точно.

Также не нужно забывать, что все переменные функции частоты. Поэтому, если оба условия выполняются на одной частоте, система генерирует именно гармонический сигнал, а если на нескольких частотах, то форма сигнала будет более сложной.

 

Рассмотрим простейший генератор гармонических колебаний. На рис. 1.2 показана принципиальная электрическая схема генератора синусоидальных колебаний, выполненная на основе интегрального операционного усилителя К553УД2.

Рис.1.2 - Принципиальная электрическая схема генератора синусоидальных колебаний

 

На схеме рис. 1.2 условия баланса амплитуд и баланса фаз выполняются за счет охвата операционного усилителя цепью положительной обратной связи, которая представляет собой мост Вина. В эту цепь входят элементы C1, C2, R΄3 и R΄΄3. Выход цепи обратной связи (выход моста Вина) подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя. На рис. 1.3 показана зависимость модуля коэффициента передачи  моста Вина и фазы  от частоты.

Рис.1.3 - Зависимость модуля коэффициента передачи   и фазы  от частоты

 

 На частоте  фазовый сдвиг  равен нулю, а передача имеет максимальное значение .

Величина петлевого усиления устанавливается цепью отрицательной обратной связи, в которую входят элементы R1, R2, VD1 и VD2. При этом усиление операционного усилителя от его неинвертирующего входа до выхода при малых сигналах (пока еще закрыты диоды VD1, VD2) можно определить так:

 

.                                                    (1.2)

 

Амплитуда выходного напряжения в данной схеме определяется напряжением отпирания диодов цепи обратной связи, которые обеспечивают автоматическое уменьшение передачи неинвертирующего усилителя при увеличении амплитуды сигнала (за счет частичного шунтирования резистора R2 диодами VD1, VD2).

Повысить амплитуду выходного сигнала рассматриваемого генератора без существенного искажения формы синусоиды можно различными способами, например, последовательно с параллельно соединенными R2, VD1, VD2 можно включить дополнительное сопротивление, можно также заменить параллельно включенные диоды одним симметричным стабилитроном или стабилитронами, включенными встречно.

 

Гармонические колебания можно также получить, используя туннельный диод. Схема генератора на туннельном диоде показана на рис. 1.4.

Рис.1.4 – Схема генератора на туннельном диоде

 

 Туннельный диод VD3 типа АИ301А включен последовательно с колебательным контуром L1C4, причем с помощью переключателя S2 можно выбрать коэффи­циент включения контура или 1 (полное включение) или 0,2 (частичное включение). Постоянное питающее напряжение можно менять при помощи делителя R4.

На рис.1.5 показана вольтамперная характеристика туннельного диода, особенностью которой является падающий участок, на котором сопротивление прибора отрицательно и по модулю примерно равно котангенсу угла наклона линии АВ, т.е. .

Рис.1.5 - Вольтамперная характеристика туннельного диода

 

В схемах с туннельным диодом возникают условия генерации, если, во-первых, рабочая точка выбрана на " падающем " участке характеристики, и, во-вторых, сопротивление внешней цепи по переменному току (в нашем случае это резонансное сопротивление контура) R~ больше |Rg|. При этом, чтобы сохранить устойчивость по постоянному току, необходимо выполнить условие Ro<|Rg|, где Ro - сопротивление цепи по постоянномутоку.

Сказанное иллюстрируется двумя линиями нагрузки на рис.1.5 - это линия нагрузки по постоянному току EF (R₀=ctg ) и линия нагрузки по переменному току СD (R~=ctg ), причем пересечение этих линий - это рабочая точка G,  которая находится на падающем участке и, кроме того, ctg  > ctg  > ctg  , что и требуется для возникновения генерации в данной схеме. Смещать положение рабочей точки G можно за счет изменения напряжения U₀ (при этом линия EF перемещается параллельно самой себе). Разумеется, что самовозбуждение будет возникать только в том случае, если эта точка находится на падающем участке вольтамперной характеристики диода. Форма, частота и амплитуда автоколебаний в данной схеме зависит сразу от ряда факторов - при небольших коэффициентах включения колебательного контура частота колебаний определяется параметрами колебательного контура и ориентировочно равна , а при полном включении контура она сильно зависит от U_о. Форма автоколебаний при полном включении контура резко отличается от синусоидальной, а амплитуда сравнительно мала (что объясняется сильным шунтированием контура низкоомной цепью с диодом), а при частичном включении контура колебания становятся значительно лучше по форме и, кроме того, увеличивается амплитуда колебаний в контуре.

Работа генераторов с туннельными диодами характеризуется гистерезисными явлениями, которые иллюстрируются графиком зависимости выходного напряжения генератора от напряжения питания U_о (рис.1.6), из которого видно, что срыв и возникновение колебаний при увеличении и при уменьшении U_о происходит при различных по величине напряжениях питания U_о.

Рис.1.6 - График зависимости выходного напряжения генератора от напряжения               питания U_о

1.2. Импульсные генераторы

Генераторы импульсов являются релаксационными устройствами. Это означает, что внутри системы изменения происходят плавно, а снаружи – скачком.

Для получения колебаний, характеризующихся наличием участков со скачкообразным изменением напряжений, например, колебаний прямоугольной формы, применяются релаксационные генераторы, действие которых основано на использовании усилителей с положительной обратной связью или приборов с отрицательным сопротивлением, например, туннельных диодов или тиристоров.

В релаксационных генераторах число устойчивых состояний не превышает одного. Кроме того, релаксационные генераторы обладают так называемыми состояниями квазиравновесия, которые характеризуются сравнительно медленным изменением токов и напряжений, приводящих к некоторому критическому состоянию, при котором создаются условия для скачкообразного перехода релаксационного генератора из одного состояния в другое.

Релаксационные генераторы могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем и в режиме синхронизации.

В автоколебательном режиме состояния устойчивого равновесия нет, а существует два чередующихся состояния квазиравновесия.

Период колебаний определяется параметрами генератора. В ждущем режиме релаксационный генератор имеет состояние, устойчивого равновесия и состояние квазиравновесия. Переход из устойчивого состояния в состояние квазиравновесия происходит в результате воздействия внешнего запускающего импульса, a в устойчивое состояние схема возвращается самостоятельно по истечении некоторого времени, зависящего от параметров этой схемы. Таким образом, в ждущем режиме после запуска генерируется только один импульс.

В режиме синхронизации на релаксационный генератор воздействует внешнее синхронизирующее напряжение. При этом так же, как и в режиме автоколебаний, имеется два чередующихся состояния квазиравновесия, но период колебания равен или кратен периоду синхронизирующего напряжения. Если отключить внешнее синхронизирующее напряжение, то установится режим автоколебаний.

 

 

1.2.1. Релаксационные генераторы на операционном усилителе

 

Рассмотрим релаксационный генератор, схема которого выполнена на базе интегрального операционного усилителя. Данный генератор может работать в двух режимах: автоколебательном и ждущем.

 

1.2.1.1. Автоколебательный режим

 

Схема генератора прямоугольных импульсов на операционном усилителе показана на рис. 1.7 (элементы, показанные пунктиром, в схему не входят, переключатель S1 в положении 1).

 

Рис. 1.7 - Схема генератора прямоугольных импульсов на операционном усилителе

 

Такие генераторы называют автоколебательными мультивибраторами или просто мультивибраторами. Выходное напряжение схемы ограничено при помощи параметрического стабилизатора, состоящего из гасящего резистора r₃, выпрямителя на диодах V₄-V₇ и стабилитрона V₈ (KC168A) на уровнях +U_O и -U_O, как показано на временной диаграмме рис. 1.8.

Рис. 1.8 – Временная диаграмма работы генератора прямоугольных импульсов в автоколебательном режиме

 

Элементы R и С образуют интегрирующую цепочку и задают период автоколебаний. Операционный усилитель А1 (К553УД2) выполняет функции элемента сравнения и элемента памяти знака разности напряжений на конденсаторе С и на выходе цепи положительной обратной связи U_{вых пос} = ±bU₀, т.е. операционный усилитель работает в режиме триггера Шмитта. Необходимая положительная обратная связь создается подачей части выходного напряжения с движка переменного резистора R4 на неинвертирующий вход операционного усилителя.

Для анализа схемы положим, что

Тогда .

Допустим, что напряжение на выходе в предшествующий момент было отрицательным и что напряжение на конденсаторе С только что достигло значения -bU₀. Когда напряжение U_C станет более отрицательным, чем -bU₀, операционный усилитель скачком перейдет из состояния насыщения на отрицательном уровне -U₀ к насыщению на положительном уровне +U₀. Операционный усилитель будет оставаться насыщенным на этом положительном уровне, потому что напряжение U_{вых пос} теперь положительно. Когда же U_C станет равным  +bU₀, снова произойдет изменение полярности. В соответствии с временной диаграммой (рис. 1.8) можно написать выражение для напряжения на конденсаторе в интервале времени t от 0 до Т/2:

                             (1.3)

 

Учитывая, что в момент времени t =T/2 ,

из уравнения (1.3) определим период Т:

 

.                                                (1.4)

 

1.2.1.2. Ждущий режим

 

Генератор, схема которого показана на рис. 1.7, переходит в ждущий режим, если в схему добавляются элементы, показанные пунктиром V1, V2,  и R1 (переключатель в положении 2). Такие генераторы называются ждущими мультивибраторами или одновибраторами.

Временная диаграмма работы схемы приведена на рис. 1.9.

 

 

Рис. 1.9 - Временная диаграмма работы генератора прямоугольных импульсов в ждущем режиме

 

 Очевидно, что в устойчивом состоянии выходное напряжение схемы равно U₀, а напряжение на конденсаторе фиксируется диодом V₁ на уровне U_V1 @ +0,3 В. Отрицательный запускающий импульс U_З (сформированный из входного сигнала U_ВХ с помощью дифференцирующей цепочки R2C1 и диода V₃) с амплитудой более, чем  -bU₀, вызовет скачкообразное изменение выходного напряжения к отрицательному уровню -U₀. После этого конденсатор начинает заряжаться до напряжения -U₀  через резистор R, но когда напряжение становится более отрицательным, чем -bU₀, выходное напряжение снова скачкообразно возвращается к уровню +U_o. На этом заканчивается процесс генерации одного импульса. Теперь конденсатор C заряжается через параллельное соединение  и подготавливается к следующему циклу. При R1<<R2 время восстановления t_B может быть много меньше длительности выходного импульса.

Выражение для напряжения на конденсаторе во время формирования импульса в соответствии с временной диаграммой (рис. 1.9) имеет вид:

 

                              (1.5)

 

Учитывая, что в момент времени t=T_и напряжение U_C(T_И)= -bU₀, можно из (1.5) найти длительность импульса T_И:

 

                             (1.6)

 

Время восстановления одновибратора:

 

.                  (1.7)

 

1.2.1.3. Генератор прямоугольных и треугольных импульсов

 

Как видно из диаграммы на рис. 1.8, в схеме мультивибратора формируется напряжение не только прямоугольной формы, но и формы, близкой к треугольной (на конденсаторе). Времязадающая RC -цепь мультивибратора выполняет приближенное интегрирование выходных прямоугольных колебаний. Заменив эту цепь интегратором на ОУ, получим генератор, на одном из выходов которого формируются прямоугольные, а на другом – треугольные колебания (рис. 1.10). Здесь на усилителе ОУ1 выполнен неинвертирующий триггер Шмитта, а на ОУ2 – интегратор.

Рис. 1.10 - Схема генератора прямоугольных и треугольных колебаний

Интегратор интегрирует постоянное напряжение, имеющееся на выходе триггера Шмитта. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на его выходе U ₁ скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера Шмитта. Изменяя постоянную интегрирования RC, можно перестраивать частоту формируемого напряжения в широком диапазоне. Амплитуда треугольного напряжения U ₂ зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта U_П, который для данной схемы включения триггера составляет U_МR₁ /R₂ (U_М – напряжение насыщения ОУ).

Период колебаний генератора равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменилось от – U _п до + U _п. Отсюда следует, что

 

.                                                   (1.8)

Таким образом, исходя из (1.8), частота формируемого напряжения не зависит от уровня напряжения насыщения операционного усилителя.

 

 

1.2.2. Импульсные генераторы на транзисторах

 

Основным элементом данных генераторов является транзистор, используемый в качестве ключевого элемента. С его помощью осуществляется включение, переключение и выключение электрических цепей генератора.

Из возможных способов включения транзистора в ключевых схемах используется, как правило, схема с общим эмиттером. Эта схема, обладая коэффициентом усиления напряжения, почти равным коэффициенту усиления схемы с общей базой, имеет по сравнению с последней значительно большее входное сопротивление (единицы килом для маломощных транзисторов) и значительно меньшее выходное сопротивление (десятки килом для маломощных транзисторов). Большое входное и малое выходное сопротивления схемы с общим эмиттером позволяют значительно проще осуществлять согласование импульсных схем на ключевых каскадах между собой[1].

Рассмотрим некоторые принципиальные схемы генераторов на транзисторах.

 

Рассмотрим мультивибратор с коллекторно-базовыми емкостными связями в автоколебательном режиме. Схема данного мультивибратора приведена на рис. 1.11.

 

 

Рис. 1.11 – Схема мультивибратора с коллекторно-базовыми емкостными связями в автоколебательном режиме [1]

 

  На рис. 1.12приведены временные диаграммы, поясняющие ее работу.

 

Рис. 1.12 – Временные диаграммы работы мультивибратора с коллекторно-базовыми емкостными связями в автоколебательном режиме [1]

 

Так как описание принципа действия автоколебательной схемы удобно начать с любого момента, то начнем рассмотрение с момента, принятого за нуль навременных диаграммах, когда транзистор Т₂ открыт и насыщен, а транзистор Т₁ закрыт. Закрытое состояние транзистора Т₁ поддерживается напряжением на конденсаторе С₁,   приложенным между базой и эмиттером Т₁ плюсом к базе (открытый насыщенный транзистор Т₂   можно счи­тать замкнутым ключом). Напряжение на коллекторе запертого транзистора                                   и_к1 = - (Е_К - I _К0 R _К) -Е_К;  напряжение наколлекторе открытого насыщенного вто­рого транзистора и_к2 = U _{К. Н.} 0; положительное на­пряжение на базе первого транзистора и_б1 уменьшается по экспоненциальному закону вследствие разряда кон­денсатора С₁ с постоянной времени R ₁ C ₁. В момент достижениянапряжением на базе и_б1 нулевого значения   (см. момент t ₁ на временной диаграмме и_б1(t) рис.1.12 ) первый транзистор открывается. Появившийся коллекторный ток первого транзистора i _К1   создает на сопротивлении R_{K 1}  падение напряжения. Напряжениена коллекторе первого транзистораповышается. Так как конденсатор С₂ не может мгновенно перезарядиться, то повышение потенциала на его левой обкладке относительно корпуса (u _к1) равно повышению потенциала на правой обкладке относительно корпуса (u _б2). Повышение потенциалабазы второго транзистора приводит к уменьшениюколлекторного тока i _к2 транзистора Т₂. При этом понижается потенциал коллектора второго транзистора; отрицательный перепад напряжения с коллектора второго транзистора через емкость С₁ передаетсяна базу первого транзистора.

Развивается лавинообразный процесс, заканчивающийся закрыванием транзистора Т₂ и насыщением транзистора Т₁.

Как только транзистор Т₂ закроется и потенциал его коллектора понизится, т. е. уменьшится потенциал правой обкладки конденсатора С₁, начнется заряд конденсатора С_1. В течение протекания зарядного тока по сопротивлению R_{K 2} потенциал коллектора второго транзистора и_к2 определяется выражением и_к2 = — (Е_к — i _зар R_{K 2}).

Время восстановления:

 

.                                                (1.9)

 

В течение времени t _в2 базовый ток транзистора определяется выражением:

 

.                                                            (1.10)

 

Максимальное значение базового тока можно определить следующим образом:

 

.                                                       (1.11)

 

Закон изменения напряжения на базе второго транзистора имеет вид:

 

                                        (1.12)

 

 

Тогда длительность периода автоколебаний

 

,                                                          (1.13)

где

е₀ – напряжение отсечки входных характеристик.

 

Также на транзисторах можно построить ждущие мультивибраторы (например, мультивибратор с коллекторно-базовыми связями).

В качестве импульсных генераторов на транзисторах можно использовать симметричные триггеры. Это мультивибраторы с двумя устойчивыми состояниями равновесия, в которых переход схемы из одного устойчивого состояния в другое осуществляется входным пусковым импульсом.

На транзисторах можно построить генераторы пилообразного напряжения, фантастроны, блокинг-генераторы и др.

Фантастрон является генератором прямоугольных и пилообразных импульсов. Запускаясь кратковременным входным импульсом, ждущий фантастрон генерирует импульс, длительность которого может в широких пределах изменяться путем изменения параметров и режима работы генератора.

Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор с сильной положительной обратной связью, осуществляемой с помощью импульсного трансформатора. Блокинг-генераторы используются для генерирования прямоугольных импульсов с амплитудой, примерно равной напряжению источника питания, а при использовании повышающей нагрузочной обмотки импульсного трансформатора – повышающей это напряжение. Длительность генерируемых импульсов лежит в пределах: десятки наносекунд – сотни микросекунд. Импульсы генерируются со скважностью от нескольких единиц до нескольких сотен. Используются автоколебательный и ждущий режимы работы.

 

1.2.3. Функциональные генераторы

 

Блок-схема простейшего функционального генератора приведена на рис. 1.13. Он включает генератор прямоугольного и треугольного напряжения и блок формирования синусоидального сигнала.

Рис. 1.13 - Блок-схема функционального генератора

Как показано на рис. 1.13, генератор прямоугольного и треугольного напряжения состоит из триггера Шмитта и интегратора, образующих замкнутый контур. Блок формирования синусоидального сигнала обычно представляет собой нелинейный функциональный преобразователь, например, на основе аналогового перемножителя. Если частота генератора постоянна, то в качестве блока формирования синусоидального сигнала можно использовать также фильтр нижних частот с полосой пропускания несколько выше частоты требуемого синусоидального сигнала.

Функциональные генераторы производятся некоторыми фирмами в виде ИМС. Например, микросхема МАХ038 генерирует синусоидальные, треугольные, прямоугольные и импульсные сигналы в области частот от 0,1 Гц до 20 МГц, причем синусоидальные сигналы имеют коэффициент гармоник не более 0,75%. Лучшие результаты дает применение прямого цифрового синтеза с использованием цифро-аналоговых преобразователей.

Генератор импульсов можно собрать на элементах задержки и логических элементах, а точнее с использованием микросхем логики. Рассмотрим генератор на двух инверторах, который иначе называется несимметричным мультивибратором. Его схема показана на рис. 1.13.

 

Рис. 1.13 – Схема несимметричного мультивибратора [3]

В этой схеме резистор R вводит в режим усиления первый инвертор, а выходное напряжение этого инвертора удерживает в режиме усиления второй инвертор. Положительная обратная связь осуществляется через конденсатор С. Для схемы характерно, что генератор обладает "мягким", т. е. не нуждающимся в первоначальном "толчке", самовозбуждением. Это означает, что как бы медленно не увеличивалось напряжение питания, генератор всё равно заработает.

Частоту генерации можно определить по формуле:

f=1/2RC                                                        (1.14)

Вообще же частота генерации сильно зависит от напряжения источника питания и некоторых других факторов. Поэтому формула дает лишь приближенное значение (примерно ±10%). Кроме того, существует и другая формула для расчета частоты следования импульсов:

f≈0.5/RC                                                      (1.15)

Вместо инверторов можно использовать логические элементы И-НЕ или ИЛИ-НЕ, соединив их выводы соответствующим образом.

Для получения импульсных последовательностей с высокой стабильностью частоты применяют, как правило, генераторы с кварцевыми резонаторами, для которых даже без применения специальных мер нетрудно получить стабильность частоты с отклонениями порядка 10^-5  или даже еще меньше.

Для синхронизации работы сложных устройств зачастую недостаточно иметь одну синхропоследовательность, в частности, вырабатываемую кварцевым генератором. Могут потребоваться две сдвинутые по фазе последовательности или несколько последовательностей с заданной относительной длительностью импульсов. В этом случае стабилизированная по частоте синхропоследовательность задающего генератора (обычно кварцевого) служит основой для генерации требуемого набора синхросигналов.

 

1.3. Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) являются широко известными устройствами импульсной техники. На базе ГЛИН с учетом используемых в них принципов повышения линейности сигнала проектируются схемы генераторов импульсов сложной формы с линейно изменяющимся участком. Они находят применение в модуляторах, различного рода преобразователях сигналов и в измерительной технике, использующей импульсное питание датчиков [2].

ГЛИН представляют собой электронные устройства, выходное напряжение которых в течение некоторого времени изменяется по линейному закону. Часто такое напряжение меняется периодически. В этом случае ГЛИН называется генератором пилообразного напряжения (ГПН) или генератором напряжения треугольной формы (рис. 1.14 и рис. 1.15).

 

Рис. 1.14 – Пилообразное напряжение

 

 

Рис. 1.15 – Напряжение треугольной формы

 

Если напряжение меняется от минимального значения к максимальному (по абсолютной величине), то его называют линейно-нарастающим напряжением (рис. 1.16). Если меняется от максимального значения к минимальному - линейно-падающим (рис. 1.17).

 

Рис. 1.16 - Линейно изменяющееся нарастающее напряжение

 

Рис. 1.17 - Линейно изменяющееся падающее напряжение

На рис 1.16 обозначено:

t _р.х. - длительность рабочего хода;

t _о.х. – длительность обратного хода;

U_max  - амплитуда.

По режиму работы ГЛИН подразделяются на ждущие с внешним запуском, автоколебательные (в том числе синхронизированные) и ждущие с самовозбуждением, вырабатывающие импульс ЛИН заданной длительности в ответ на импульс запуска.

ГЛИН строятся на принципе заряда и разряда конденсатора. Схема простейшего ГПН, работающего по принципу заряда конденсатора, показана на рис. 1.18.

 

Рис. 1.18 – Схема ГПН, работающего по принципу заряда конденсатора

Она состоит из времязадающего конденсатора С, резистора R_к и транзисторного ключа VT1. На вход транзисторного ключа подается последовательность прямоугольных импульсов с заданным интервалом между импульсами и длительностью (рис. 1.19).

 

Рис. 1.19 – График зависимости напряжения на входе схемы и на конденсаторе С от времени

 Когда на базе транзистора нулевое напряжение (промежуток времени между импульсами), транзистор закрыт и происходит заряд конденсатора через резистор R_к. Если постоянная времени цепи R_кC достаточно большая, т.е. существенно больше периода следования прямоугольных импульсов, напряжение на конденсаторе нарастает линейно. Заряд конденсатора продолжается до поступления импульса, открывающего транзистор VT1. Когда транзистор открывается, начинается процесс раз