Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) на элементах КМОП

В статье описана схема генератора линейно-изменяющегося напряжения на двух логических элементах ИЛИ-НЕ типа КМОП.

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) находят самое разнообразное применение и являются широко известными импульсными устройствами. На рис.1 показана схема генератора, выполненная на двух логических элементах ИЛИ-НЕ. B eё основе лежит обычная схема несимметричного генератора прямоугольных импульсов, в которой вместо резистора, током через который заряжается времязадающий конденсатор, применён генератор тока на полевом транзисторе VT1. Одновременно эта же цепь создает отрицательную обратную связь. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу ГЛИН, приведены на рис.2. Импульсы на рисунке имеют "закруглённый" вид, поскольку изображены для самых высоких рабочих частот.

Работает ГЛИН следующим образом. Пусть на выходе DD1.1 произошло изменение напряжения с высокого логического уровня на низкий. Конденсатор С1 при этом разряжен, т.е. на обкладке, подключённой ко входу DD1.2 - низкий уровень напряжения. Соответственно, на выходе DD1.2 - высокий уровень. Генератор тока на полевом транзисторе VT1 (ток регулируется подстроечным резистором R1) определяет частоту следования генерируемых импульсов. Появление на выходе DD1.2 высокого уровня включает генератор тока, и его ток заряжает времязадающий (по схеме) конденсатор С1. Напряжение на правой обкладке конденсатора линейно увеличивается, а левая обкладка конденсатора замкнута через выход DD1.1 на общий провод, поскольку на этом выходе - низкий уровень напряжения. Таким образом, на правой обкладке конденсатора С1 формируется линейно нарастающее напряжение. Вход и выход DD1.2 соединены через генератор тока, имеющий некоторое внутреннее сопротивление. Это означает, что за счёт отрицательной обратной связи с выхода на вход DD1.2 работает в линейном режиме как инвертирующий усилитель. По мере увеличения напряжения на входе DD1.2 напряжение на его выходе уменьшается до тех пор, пока оно не достигнет уровня переключения DD1.1. Обычно этот уровень равен примерно половине напряжения питания. На выходе DD1.1 при этом появляется высокий уровень напряжения, и левая обкладка конденсатора подключается через выход DD1.1 к положительному полюсу источника питания. Конденсатор быстро разряжается на общий провод через диод VD1 и выход логического элемента (ЛЭ) DD1.2. Когда напряжение на входе DD1.2 достигнет нулевого уровня, на его выходе появляется высокий уровень напряжения. DD1.1 при этом переключается, на его выходе появляется низкий уровень напряжения, и начинается новый цикл формирования импульса. С выхода DD1.1 снимается короткий импульс, предшествующий началу формирования ЛИН. Диод VD2 обеспечивает защиту входа DD1.2 от отрицательного напряжения. Левая обкладка конденсатора до переключения оказывается подключённой к общему проводу через выход DD1.1. Вследствие этого на входе DD1.2 появляется отрицательное напряжение, и формирование напряжения начинается с низкого (отрицательного) уровня. С целью устранения этого нежелательного эффекта между входом DD1.2 и общим проводом включён диод VD2, который ограничивает отрицательное напряжение на уровне 0,6...0,7 В (0,2...0,4 В для германиевого диода).

Этот ГЛИН может работать при частотах повторения импульсов десятки и сотни килогерц. На этих частотах даже скоростные ОУ работают плохо. Данная схема применена в источнике питания с преобразованием на ВЧ и стабилизацией выходного напряжения с помощью широтно-импульсной модуляции.

Источник публикации: ж. Радиомир, 2005, №11, с.33