Генераторы прямоугольного сигнала
Рассмотрим различные генераторы прямоугольного сигнала:
Генератор прямоугольного сигнала на логических элементах
Генератор прямоугольного сигнала на операционных усилителях
Самый первый вариант - генератор прямоугольного сигнала на логических элементах
Или вариант по проще (ухудшаются характеристики формы сигнала)
Принцип работы:
При включении емкость разряжена и напряжение на 5 ножке принимает случайный характер: может как появиться 0, так и 1: оба будут устойчивыми. При появлении лог. 0 на 1,2 и на 5 ножках, на ножке 3 возникает лог. 1. Ток течет через резистор R1 и начинает заряжать конденсатор. Заряжается до тех пор, пока напряжение на ножках 1,2 не превысит уровня лог. 1. В этом случае первый элемент переключается, и конденсатор начинает уже разряжаться.
Период колебаний этой схемы равен примерно T=2*R*C, частота F=1/(2*R*C)
Генератор имеет температурную нестабильность, а также зависимость частоты от напряжения питания и не рекомендуется для использования в точных схемах.
Генератор прямоугольного сигнала на Операционном усилителе
Принцип работы:
Колебания зарождаются благодаря наличию отрицательной обратной связи, причем с порогом срабатывания на 1/11 от напряжения амплитуды (соотношение резисторов R1/(R1+R2))
Генератор прост в изготовлении, принцип работы генератора:
При включении конденсатор С1 разряжен и в зависимости от шума и сигналов между входами ОУ, он принимает или положительное или отрицательное значение напряжения на выходе. Как только появляется полярность у выходного сигнала, он моментально подхватывается положительной обратной связью (Резисторы R1 R2) и на входе ОУ имеем 0В на негативном входе и 1/11 от напряжения питания на позитивном.
Таким образом ОУ перешел в стабильное состояние, пока конденсатор С1 не зарядится до напряжения, сравнимого с напряжением на позитивном входе. В этот момент выходное напряжение ОУ меняется, поскольку изменяется знак разности напряжений между входами. И ОУ снова переходит в устойчивое состояние, пока не перезарядится конденсатор уже до напряжения -1/11 от напряжения питания.
Частота колебаний в этом случае вычисляется по закону заряда и разряда RC цепочки.
Полупериод колебаний равен длительности заряда конденсатора С1 от напряжения -R1*U/(R1+R2) до напряжения R1*U/(R1+R2) через сопротивление Roc от напряжения U, где напряжение U - это амплитуда выходного сигнала операционного усилителя. Зачастую она на 1 Вольт меньше напряжения питания. Выше рассуждение шло для Rail-to-Rail операционного усилителя, когда амплитуда выходного сигнала равна напряжению питания.
Время зарядки tz можно рассчитать через формулу заряда конденсатора dU/dt=I/C, где dU / dT - производная напряжения по времени, I - ток заряда, равный (Uпит-U)/R, C - емкость конденсатора.
tz = R*C*ln[(Uпит-U1)/(Uпит-U2)] U1 и U2 - напряжения на конденсаторе до и после зарядки соответственно. Итого формула принимает вид tz = Roc*C1*ln[1+2R1/R2]
и для периода колебаний: T = 2*Roc*C1*ln[1+2R1/R2]
