Generátor pilového kmitočtu – DP-II-STR.103

Úkoly:
1) Vytvořte simulační obvod v programu Multism, proveďte simulaci na zatěžovacím odporu 10 kiloohmů a soubor odešlete zpět.
2) Vytvořte návrh plošného spoje v programu Eagle a odešlete jej zpět.
3) Podle návrhu vytvořte DPS, oživte a proveďte měření.
4) Proveďte měření podle výukového schématu, vytvořte tabulku, pojmenujte měřená napětí a obvod změřte. Výslednou tabulku vytvořte v programu Excel a odešlete zpět.

Kromě harmonických (sinusových) kmitů velmi často potřebujeme i jiné průběhy periodického signálu. Nejčastěji se setkáváme s generátory, které produkují obdélníkový nebo trojúhelníkový (pilový) průběh napětí. Výstupní signály takových generátorů pak obsahují více harmonických kmitočtů. Pokud přivedeme taková napětí na reproduktor, pak poslechem pouhým uchem dokážeme podle „barvy“ tónu rozlišit sinusový, trojúhelníkový a obdélníkový průběh napětí. Obdélníkových tvarů se využívá hodně především v číslicových obvodech, trojúhelníkových zase ve sdělovací a měřicí technice.

Zde se jedná o generátor pilového průběhu s velmi lineárním průběhem a velkou strmostí hrany zpětného běhu. Změnou C1 můžeme měnit rozsah frekvencí (v našem případě C1 = 100 nF) a generátor kmitá frekvencí okolo 1 kHz.

Popis funkce:

V okamžiku připojení napájecího zdroje jsou tranzistory, s výjimkou T2, otevřeny. První tranzistor pracuje jako zdroj konstantního proudu s velkým odporem v emitoru. Potřebné napětí k jeho otevření přichází z odporového děliče R1, P1, R2. Přes otevřený obvod C-E teče nabíjecí proud do připojeného nabíjecího kondenzátoru C1. Původně velké napětí kolektoru T1, jen o 2 V nižší (přibližně) než napájecí napětí, začíná postupně klesat, jak se kondenzátor C1 nabíjí. K linearitě nabíjení přispívá velký odpor rezistoru R3, zařazený do obvodu emitoru tranzistoru T1.

Linearita pilového průběhu závisí výhradně na kvalitě proudového zdroje. Na místě T1 vyhoví běžný univerzální tranzistor, nemusí být spínací. S vyšším napětím v bázi T1, přivedeným z běžce P1, probíhá nabíjení rychleji, tzn. frekvence se zvyšuje. Optimální režim pro bázi T1 je v rozsahu 4 až 6,5 V. Na místě C1 vyhoví kondenzátor s kapacitou přibližně 68 nF až 100 nF, přičemž výstupní kmitočet je řádově v kHz. Při dvojnásobné kapacitě klesne kmitočet zhruba na polovinu.

Kolektor T1 je přímo spojen s bází výstupního tranzistoru T4, zapojeného jako emitorový sledovač. Stejné kolísání napětí jako probíhá na kolektoru T1, zjistíme i na emitoru T4. Znamená to, že původně velké otevření T4 se s klesajícím napětím na kolektoru T1 postupně zmenšuje. Kolektorový proud T4 klesá a s ním klesá i napětí na pracovním odporu P2, zastoupené potenciometrem. Z jeho běžce se odvádí nastavená úroveň pilového napětí. Je tedy zřejmé, že na odporu P2 stoupá a klesá napětí úplně stejně jako při nabíjení kondenzátoru C1.

Na tranzistor T4 jsou kladeny již větší požadavky. Především má mít velký zesilovací činitel, aby připojenou bází co nejméně zatěžoval nabíjecí obvod s kondenzátorem. Kromě toho nesmí zhoršit strmý průběh hrany zpětného běhu, takže pracuje ve spínacím režimu (např. KSY21). Při základním kmitočtu 1 kHz však postačí, když splní pouze podmínku – co největší h_21E. Ve zkušebním vzorku vyhověl i tranzistor BC547.

Klopný obvod s tranzistory T2, T3 má za úkol v daný okamžik co nejrychleji vybít kondenzátor C1, aby strmost hrany zpětného běhu paprsku byla dostatečně vysoká. Oby tranzistory pracují ve spínacím režimu, a proto je vybereme z velké nabídky spínacích tranzistorů. Vzorek byl osazen tranzistory BC547. Trimr P3 zavádí zápornou zpětnou vazbu, která pomáhá linearizovat vybíjení kondenzátoru. Po rozkmitání obvodu nastavíme takovou polohu, při které je průběh sestupné hrany lineární. Zpravidla nastavujeme trimr do stření polohy.

Podle následujícího výukového schématu proveďte měření stejnosměrných napětí a vypracujte tabulku.