2. Топология схемы генератора пилообразного напряжения

Цифровые схемы более точные, нежели аналоговые, поэтому они будут использоваться для создания генератора пилообразного напряжения в данной работе.

Ключевые звенья представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 – Принцип построения схемы

На выходе схемы должны формироваться прямоугольные импульсы, далее подключается счетчик, ЦАП и для выравнивая сигнала ФНЧ. [2]

В следующем подразделе подробнее рассмотрим составляющие части схемы.

3. Теоретические сведения об элементах схемы

Генератор импульсов (ГИ), или импульсный генератор, – это прибор (устройство), преобразующий энергию постоянного или переменного источника напряжения в энергию электрических импульсов, которые обычно имеют прямоугольную форму. Импульс электрической величины – кратковременное (от секунд до наносекунд) воздействие данных величин на нагрузку.

Генераторы прямоугольных импульсов широко используются в радиотехнике, телевидении, системах автоматического управления и вычислительной технике.

Для создания ГЛИН будем использовать генератор прямоугольных импульсов на аналоговом таймере 555 серии.

Схема 555 представляет собой довольно приличный генератор со стабильностью около 1%. Она может работать от единственного источника питания напряжением от 4,5 до 16 В, сохраняя стабильную частоту при изменениях напряжения источника питания, поскольку пороги следят за флуктуациями питания. Схема 555 можно применять также для формирования одиночным импульсов произвольной длительности и еще для многих целей. ИС 555, как и другие схемы таймеров, создает мощную (150мА) токовую помеху в цепи питания по время каждого переключения входного сигнала. Некоторые из неприятных свойств ИС 555 (большой ток потребления от источника питания, высокий ток запуска, удвоенная частота переключения выходного сигнала и неспособность функционировать при очень маленьких напряжениях источника питания) были устранены в ее КМОП – аналогах. Их можно узнать по цифрам «555», расположенным в какой-либо части маркировки.

Следует отметить их способность функционировать при очень низких напряжениях питания (до 1 В) и, как правило, токе потребления. Эти кристаллы также более быстродействующие, чем исходная схема 555. Выходные КМОП – каскады дают максимальный удвоенный перепад напряжения выходного сигнала, по крайней мере при низких токах нагрузки (отметим, что эти кристаллы не имеют мощного выходного каскада, как в типовой схема 555). Все кристаллы, кроме исходной схемы 555 и XR – L555, сделаны по КМОП – технологии. Последняя же схема является микромощной биполярной схемой 555 и проявляет свою родословную в виде здоровенной нагрузочной способности и хорошей температурной стабильности.

Принцип действия этого таймера достаточно прост (рисунок 7). При подаче сигнала на вход ТРИГГЕР выходной сигнал переключается на ВЫСОКИЙ уровень (около Uкк) и остается в этом состоянии до тех пор, пока не произойдет переключение входа ПОРОГ; в этот момент выходной сигнал падает до НИЗКОГО уровня (около потенциала «земли») и тогда включается транзистор РАЗРЯД. Выход ТРИГГЕР включается при уровне входного сигнала меньше 1/3 Uкк, а ПОРОГ – при уровне входного сигнала больше 2/3 Uкк.

Рисунок 7 – Упрощенная эквивалентная схема ИМС 555

Рассмотрим астабильный режим работы таймера. При включении источника питания конденсатор разряжен, поэтому ИС 555 оказывается в состоянии, когда входной сигнал имеет ВЫСОКИЙ уровень, транзистор разряда Т1 закрыт и конденсатор начинает заряжаться до 10В через резисторы RA+RB. Когда его напряжение достигнет 2/3Uкк, переключается вход ПОРОГ и выходной сигнал переходит в состояние НИЗКОГО уровня, одновременно происходит отпирание транзистора T1, разряжающего конденсатор C на заемлю через резистор Rв. Схема переходит в периодический режим работы, и напряжение на конденсаторе C колеблется между значениями 1/3Uкк и 2/3Uкк с периодом T = 0,693*(RA+2RB)*C. В этом случае с выхода схемы обычно снимаются колебания прямоугольной формы (рисунок 8).

Рисунок 8 – Подключение ИМС 555 как генератора прямоугольных импульсов

Распиловка таймера 555 приведена на рисунке 9. [3]

Рисунок 9 – Расположение выводов таймера 555

Далее прямоугольный сигнал с выхода генератора на таймере 555 подаем на счетчик CD4040B.

Общие характеристики логической ИС CD4040B:
Тип логики	Двоичный счетчик – 12
Количество узлов	1
Диапазон напряжений питания	3…18 В
Номинальное напряжение питания	5 В
Задержка прохождения сигнала вход-выход	14 нс
Выходной гистерезис	1,35 – 3,15 В
Максимальный входной ток	1000 мА
Особенности	K = 4096

Принцип работы счетчика CD4040B заключается в том, что на 12 выходах (в данной работе использованы только 8) формируется одиночный прямоугольный импульс (рисунок 10) с задержкой по времени.

Рисунок 10 – Временная диаграмма

Распиновка представлена на рисунке 11. [5]

Рисунок 11 – Расположение выводов счетчика CD4040B

После счетчика подключим ЦАП DAC0808. Это 8-ми разрядный цифро-аналоговый преобразователь, его блок-схема изображена на рисунке 12.

Рисунок 12 – ЦАП DAC0808 из библиотеки Digital Primitives в Micro-Cap 12

Основные параметры ЦАП
Разрешение, бит	8
Время установки, мкс	0,15
Каналов, шт	1
Тип выхода	Current
Интерфейс	Parallel
	Ext.
Напряжение питания:	4.5…18 В
	22 мА
	0,002 Вт
	от 0 до 75
Корпус	DIP-16 SOIC-16

Рисунок 13 – Расположение выводов ЦАП

Этот преобразователь подключается следующим образом (рисунок 14).

Рисунок 14 – Подключение DAC

ЦАП обеспечивает преобразование цифрового сигнала (двоичного кода) в аналоговый сигнал. [6]

Последним звеном разрабатываемой схемы будет ФНЧ (рисунок 15).

Рисунок 15 – АЧХ фильтра LPF (low pass filter)

Высококачественные гармоники в выходном сигнале искажают его, поэтому чтобы избавиться от искажений, построим ФНЧ.