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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Geradores baseados em amplificadores operacionais da série KR1446. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Uma característica especial do amplificador operacional da série KR1446 é a faixa de tensão de entrada e saída permitida estendida à tensão da fonte de alimentação. Isso permite que sejam utilizados em diversos dispositivos com alimentação de baixa tensão, onde é importante aproveitar ao máximo a tensão da fonte. O circuito do gerador, que produz dois sinais de saída – triangular e retangular, é mostrado na Fig. 1.
Na junção dos resistores R1 e R2, é formado um ponto médio artificial, cuja tensão determina o modo de ambos os amplificadores operacionais. Um integrador é construído no amplificador operacional DA1.1, resistor R4 e capacitor C1, e um gatilho Schmitt é construído no amplificador operacional DA1.2 com resistores R3 e R5. Uma característica especial do gatilho é um loop de histerese muito amplo Ugist = Upit R3/R5 e limites de comutação precisos e estáveis. Um loop largo permite obter a amplitude máxima da tensão triangular na saída do integrador, pois a amplitude deste sinal corresponde à largura do loop. A frequência de geração pode ser calculada com precisão suficiente para a prática usando a fórmula fr = R5/4C1·R3 - R4. Com as classificações dos elementos indicadas no diagrama, a frequência de geração é de 265 Hz, e com a alteração da tensão de alimentação de 2,5 para 7 V, seu desvio do valor especificado não ultrapassou 1%. O dispositivo descrito pode ser facilmente convertido em um oscilador controlado por tensão (VCO) se a entrada não inversora do amplificador operacional DA1.1 for desconectada do ponto médio artificial da fonte de alimentação e uma tensão de controle for aplicada a esta entrada. A dependência da frequência de geração na tensão de controle Ucontrol é ilustrada pela curva inferior na Fig. 2. Foi tirada com tensão de alimentação de 5 V, capacitância do capacitor C1 430 pF e DA1 - KR1446UD5.
O trecho inicial da curva - de 5 a 500 mV - apresenta boa linearidade, a frequência muda proporcionalmente de 10 a 1000 Hz. Caso seja necessário aumentar o comprimento da seção linear, o integrador pode ser assimétrico (Fig. 3). Em um nível de baixa tensão na saída do amplificador operacional DA1.2, ou seja, na saída do gerador, ocorre um processo de integração relativamente lento; a taxa de aumento de tensão na saída do amplificador operacional DA1.1 é determinada pela tensão Uynp e pela constante de tempo do circuito C1R1. A oscilação total da tensão dente de serra na saída do amplificador operacional DA1.1, como no gerador de acordo com o diagrama da Fig. 1 é igual à largura do loop de histerese do gatilho Schmitt montado no amplificador operacional DA1.2, portanto a duração do curso direto tnp= Upit R1 R3 C1 / Uynp R6. Quando um nível de baixa tensão é substituído por um nível de alta tensão na saída do amplificador operacional DA1.2, o diodo VD1 abre, R1 é conectado em paralelo com o resistor R2 e a velocidade de integração aumenta significativamente e a duração do curso reverso diminui de acordo. Portanto, com alto grau de precisão, podemos assumir que o período do sinal gerado determina a duração do curso para frente, e a frequência é igual a: fr = Uynp·R6/Upit·С1·R2·R3. Na Fig. A Figura 2 mostra a dependência obtida experimentalmente da frequência de pulso de saída (curva superior) na tensão de controle do gerador de acordo com o diagrama da Fig. 3. A seção de dependência linear tornou-se seis vezes mais longa - até uma tensão de controle de 3 V (até uma frequência de saída de 6 kHz).
A dependência da frequência de geração da tensão de controle próxima de zero depende em grande parte do deslocamento de zero da instância específica do amplificador operacional usado. Na prática, a frequência dos pulsos de saída pode ser igual a zero tanto com uma pequena tensão positiva Ucontrol quanto com uma tensão negativa. Na utilização prática de um gerador, nos casos em que é possível que a tensão de controle exceda a tensão de alimentação, um resistor com resistência de várias dezenas de quilo-ohms deve ser conectado ao circuito aberto do circuito de controle (pino 3 do amplificador operacional DA1.1). Na fig. 4 mostra um circuito VCO no qual o ajuste fino zero é possível.
Quando a tensão na saída do amplificador operacional DA1.2 (saída do gerador) é baixa, o transistor VT1 é fechado e a tensão na saída do integrador no amplificador operacional DA1.1 diminui suavemente a uma taxa proporcional à tensão de controle . Quando ele cai para o limite de comutação inferior do gatilho Schmitt no amplificador operacional DA1.2, um nível alto aparecerá em sua saída, o que abrirá o transistor VT1. Como uma tensão de cerca de 1.1 mV é aplicada à entrada não inversora do amplificador operacional DA4 do divisor R5R100, este amplificador operacional entrará no modo de comutação e a tensão em sua saída começará a aumentar a uma taxa determinada por a corrente máxima de saída do amplificador operacional e a capacitância do capacitor C1. Quando a tensão na saída do amplificador operacional DA1.1 atingir o limite de comutação superior do gatilho Schmitt no amplificador operacional DA1.2, ele comutará, o transistor VT1 fechará e o processo será repetido. Como a duração do curso reverso é muito mais curta do que o curso direto, a frequência depende da tensão de controle de forma bastante linear. Sem os resistores R1 e R2, a frequência é zero em uma tensão de entrada igual à tensão no resistor R5. O circuito R1R2 permite garantir que a frequência seja zero na tensão de controle zero. A largura do loop de histerese do gatilho Schmitt no amplificador operacional DA1.2 em R7=R8 é igual a Uhyst = Upit/(1+2R9/R8), e a frequência gerada pode ser determinada pela fórmula fr= Uynp ( 1+2R9/R8) /Upit/·С1 ·C3. Na Fig. A Figura 5 mostra a dependência medida experimentalmente da frequência do sinal de saída do amplificador operacional DA1.2, que é totalmente suportada pelos amplificadores operacionais da série em consideração. Também é importante que a amplitude do sinal na saída do amplificador operacional DA1.2 seja menor que os níveis limitantes do sinal na saída do amplificador operacional DA1.1.
No protótipo mencionado, isso foi conseguido reduzindo a tensão de alimentação do amplificador operacional DA1.2 em comparação com o amplificador operacional DA1.1. Um efeito semelhante no gerador de acordo com o circuito da Fig. 6 foi conseguido alternando o amplificador operacional DA1.2 para o modo de limitação de amplificação, como resultado do qual oscilações trapezoidais com um nível reduzido de harmônicos são formadas em sua saída em comparação com o sinal retangular gerado pelo correspondente operacional. amplificador no protótipo.
Com aqueles mostrados na Fig. 6 elementos e uma tensão de alimentação de 5 V, o resistor R5 pode ajustar a frequência do sinal de saída dentro da faixa de 1600...5800 Hz, no entanto, em uma frequência de 3000 Hz ou mais, o formato da senóide gerada foi visivelmente distorcido e a amplitude caiu para 60% do valor em baixa frequência. Quando C1 = C2 = 0,047 μF, a banda de sintonia é 170...640 Hz com um bom formato de sinal e a irregularidade da amplitude ao longo da banda não excedeu 10%. Autor: S. Biryukov, Moscou
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