Линейные генераторы переменного напряжения

Контактная система. Аналогична ранее описанному генератору ЦГ-2. Габаритные размеры приведены на рис. 1, масса 7 кг.

Релаксационные генераторы на основе потенциальных логических
элементов
1.Мультивибраторы на потенциальных логических элементах.
Переходные процессы, определяющие частоту и период колебаний в мультивибраторах на транзисторах, операционных усилителях, логических элементах, аналогичны. Структурно они также строятся по схемам: 2 транзистора по схеме ОЭ или 2ЛЭ с отрицанием типов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, включенных последовательно. Мультивибратор имеет два временно устойчивых состояния: один ЛЭ (микросхема) закрыт, другой — открыт и наоборот. Параметры времязадающих RC-цепей определяют частоту мультивибратора.
Мультивибраторы могут работать в следующих режимах:

• 
  автогенераторный;
  
• 
  ждущий;
  
• 
  режим синхронизации (работа мультивибратора синхронизирована внешним задающим генератором).
  

Для построения мультивибраторов на потенциально логических элементах могут использоваться элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Для многовходовых элементов неиспользуемые входы объединяют, однако при этом возрастает входная емкость и уменьшается входное сопротивление, либо подключают их для элемента И-НЕ на +Еп, для элемента ИЛИ-НЕ на -Еп (общую шину).
Принципиальная схема мультивибратора на элементах И-НЕ приведена на рис. 3. Время формирования импульса и паузы определяется постоянными времени заряда конденсаторов ( ), разряд происходит через ускоряющие диоды ( ).

Рис. 3. Принципиальная схема мультивибратора на ПЛЭ «И-НЕ»
Рассмотрим цепь заряда конденсатора С1: С1 заряжается, когда элемент DD2 находится в состоянии логической «1», при этом элемент DD1 — в состоянии логического «0». Между выходным зажимом DD2 и его общей шиной элемент можно представить электрической моделью в виде источника э.д.с. (см. рис. 3.)

Рис. 3. Модель элемента DD2 в состоянии логической «1»
Здесь R_вых— выходное сопротивление элемента в состоянии логической «1», Е —э.д.с. источника. Для серии К155 Е3,5 В, R_вых100600 Ом.
Цепь заряда конденсатора С1: от +Е_п источника э.д.с. через выходное сопротивление элемента DD2 R_вых, конденсатор C1 и резистор R1 на — питания э.д.с. Е.
В момент переключения элемента DD2 в состояние «1», его выходное напряжение U_выхDD2=3,5В (для серии К155) будет приложено ко входу DD1, т.к. в момент коммутации U_C1-=0, при этом выходное напряжение элемента DD2 U_выхDD1 падает до 0 В. В мультивибраторе имеет место 1-ое временно устойчивое состояние (DD2 в состоянии логической «1», DD1 – в «0»). По мере заряда конденсатора С1 напряжение на входе DD1 уменьшается и в определенный момент времени достигает порогового уровня U_пор (U_пор1,5В для серии К155), при котором DD1 переключается в состояние логической «1», что соответственно переводит элемент DD2 в состояние логического «0». При этом происходит переход схемы во 2-ое временно устойчивое состояние. В этом состоянии конденсатор С1 разряжается, а конденсатор С2 заряжается. Для цепи разряда С1 (элемент DD2 находится в состоянии логического нуля).
Между выходным зажимом DD2 и его общей шиной его можно представить следующей электрической моделью (см. рис. 4.)

Рис. 4. Модель элемента DD2 в состоянии логической «0»
Здесь R_вых— выходное сопротивление элемента в состоянии логического «0», Е —э.д.с. источника. Для серии К155 Е0,20,3 В, R_вых100 Ом.
При разряде конденсатора С1 источником э.д.с. в цепи является U_С1 (U_С1Е=3,5В). Цепь разряда конденсатора от +U_С1 через R_вых, противо э.д.с. E и прямое сопротивление диода (R1>>r_VD1 и они включены параллельно). Разряд конденсатора происходит быстро, ввиду малой постоянной времени разряда С1 - r_VD1, поэтому момент следующего переключения определяется достижением U_вхDD2=U_пор. Схема вновь переходит в 1-ое временно устойчивое состояние.
Осциллограммы работы мультивибратора приведены на рис. 5.
Расчет длительности импульса и паузы мультивибратора.
Длительность импульса мультивибратора на ПЛЭ рассчитывается по формуле:

Длительность паузы мультивибратора на ПЛЭ рассчитывается по формуле:

Для симметричной схемы R1=R2, C1=C2 и R>>R¹_вых, получим:


, при
Для обеспечения нормальной работы мультивибратора необходимо выполнить условие , что накладывает ограничения на верхний уровень величины резистора R. При этом (для серии К155) значение R не должно превышать величины 11,3 кОм.
Существуют мультивибраторы в интегральном исполнении: 218ГФ1(2) — требует согласования уровня, К218ГФ1 — элемент нелинейной ОС, который обеспечивает мягкое возбуждение.

Рис. 5. Осциллограммы работы мультивибратора на ПЛЭ

5.2.Одновибраторы на потенциальных логических элементах.

Одновибратор — генератор одиночных импульсов, заторможенный мультивибратор. Если подавать серию одиночных импульсов на вход, то одновибратор будет выдавать серию импульсов на выходе.
Схему одновибратора на логических элементах И-НЕ (см. рис. 6) можно получить из схемы автоколебательного мультивибратора на тех же элементах (см. рис. 1), исключив из последней одну времязадающую цепочку R2, C2 с диодом VD2. Процессы генерирования импульсов в одновибраторе аналогичны процессам в автоколебательном мультивибраторе.
Осциллограммы работы одновибратора приведены на рис. 7.


Рис. 6. Принципиальная схема одновибратора на ПЛЭ «И-НЕ»
Одновибратор имеет одно устойчивое и одно временно устойчивое состояние. В исходном состоянии устойчивого равновесия (до поступления запускающего импульса) логический элемент DD1 закрыт и U_вых1 равно уровню логической «1» (см. рис. 7). Такое состояние элемента DD1 обеспечивается подключением к его входу резистора R1 небольшого сопротивления. Логический элемент DD2 открыт высоким уровнем входного напряжения, поступающего на один из его входов. При этом конденсатор С1 разряжен.
При подаче на вход схемы в момент времени t₁ отрицательного импульса запуска элемент DD2 переходит в закрытое состояние и напряжение на его выходе достигает уровня логической «1». Этот положительный скачок напряжения U_вых2 передается через конденсатор С1 на вход элемента DD1, закрывая его. Напряжение U_вых1 снижается до уровня логического «0». Конденсатор С1 при этом заряжается, напряжение на его обкладках увеличивается, а U_вых1 на резисторе R1 уменьшается. При U_вых1= U_пор (при t=t₂) происходит опрокидывание одновибратора, как и в автоколебательном мультивибраторе (см. временные диаграммы на рис. 7 и рис. 5). На этом заканчивается формирование импульса и одновибратор переходит в исходное устойчивое состояние равновесия.
Время нахождения схемы во временно устойчивом состоянии определяется постоянной времени заряда конденсатора