Операционные усилители c rail-to-rail входом и выходом, как на полевых, так и на биполярных транзисторах, существуют уже давно, но возможности их использования в простых схемах многофункциональных генераторов до сих пор удивляют. На Рисунке 1 приведен пример формирования различных точных сигналов при использовании в качестве активного устройства единственного сдвоенного rail-to-rail операционного усилителя (ОУ).
 |
|
| Рисунок 1. | Буферизованные треугольные, пилообразные и прямоугольные импульсы можно получить с помощью двух операционных усилителей. |
Вот как это работает.
Для получения треугольных выходных импульсов TOUT усилитель A2 интегрирует разность между rail-to-rail выходным напряжением усилителя A1 и напряжением на движке потенциометра R2, определяющим форму сигнала. Постоянная времени интегрирования задается элементами R1C1, которые в сочетании с потенциометром R2 определяют скорости нарастания и спада:
и
где
VR2 – напряжение на движке потенциометра R2,
dV+/dt – скорость нарастания пилообразного напряжения,
dV–/dt – скорость спада пилообразного напряжения.
Как показано на Рисунке 2, треугольные импульсы получаются симметричными, если VR2 = VDD/2, имеют положительный наклон, если VR2 < VDD/2, и отрицательный наклон, если VR2 > VDD/2.
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость формы треугольных импульсов на выходе TOUT от положения движка потенциометра R2. |
Как будет показано далее, потенциометр R2 также управляет коэффициентом заполнения прямоугольных импульсов POUT.
Импульсы TOUT симметричны относительно VDD/2, а их размах задается напряжением VR3 на движке потенциометра R3 в диапазоне от 0 (полностью вывернут против часовой стрелки) до VDD (полностью вывернут по часовой стрелке), как показано на Рисунке 3.
 |
|
| Рисунок 3. | Влияние напряжения на движке потенциометра R3 на амплитуду TOUT. Размах импульсов TOUT устанавливается потенциометром R3 в диапазон от 0 до VDD. |
Усилитель A1 работает как компаратор, управляемый разностью между напряжением TOUT (масштабированным установкой потенциометра R3) и опорным напряжением VDD/2, снимаемым с делителя R5/R6. Положительная обратная связь, замыкаемая резистором R4, заставляет А1 периодически переключать направление изменения пилообразного напряжения TOUT. Отношение сопротивлений R4 к R3 определяет уровни пиков TOUT, необходимые для переключения состояний усилителя A2, и тем самым устанавливает пиковую амплитуду импульсов TOUT.
С выхода POUT снимаются прямоугольные импульсы с размахом от 0 до VDD, коэффициент заполнения которых меняется от 0% до 100% при изменении напряжения на движке потенциометра R2 от 0 до VDD (полностью вывернут по часовой стрелке).
На частоту колебаний влияют все три потенциометра, но форма и амплитуда TOUT и коэффициент заполнения импульсов POUT взаимно независимы. Поэтому самый простой способ настройки различных параметров, быстрее всего приводящий к результату, – это сначала настроить потенциометры R2 и R3 для получения нужной формы и амплитуды импульсов, а затем потенциометром R1 установить нужную частоту.
В некоторой зависимости от выбора напряжения VDD, общий ток потребления без учета выходной нагрузки составляет порядка 2 мА. Максимальная частота колебаний при использовании микросхемы TLV2372 составляет около 10 кГц, но если требуется большее быстродействие, доступны более быстрые усилители, а также операционные усилители, способные работать с более высокими напряжениями. И, конечно, при двуполярном питании можно получить двуполярные выходные импульсы. На выбор шеф-повара!
Купить TLV2372 на РадиоЛоцман.Цены
