Генератор, управляемый напряжением, на операционном усилителе
Схема генератора, управляемого напряжением, изображённого на рисунке 1, позволяет получить частоту сигнала на выходе, лежащую в диапазоне 0,5...4 кГц при изменении входного напряжения от 0,5 до 8,5 вольт. Зависимость частоты на выходе генератора от управляющего напряжения показана на рисунке 2.
Принцип действия этого генератора основан на том, что конденсатор C1 заряжается через резистор R1 до заданного напряжения, затем происходит его разряд через диод D1, и далее процесс повторяется. Процессом разряда управляет компаратор-одновибратор, реализованный на операционном усилителе DA1. Чем меньше напряжение, до которого заряжается конденсатор, тем больше частота на выходе генератора.
Рис. 1. Принципиальная схема генератора, управляемого напряжением.
DA1 - любой операционный усилитель общего применения, например, 741, 140УД708 и т.д.
Диод D1 - любой маломощный кремниевый типа КД503, КД509 или германиевый типа Д9.
Рис. 2. Зависимость частоты на выходе генератора от управляющего напряжения.
Применение компаратора-одновибратора позволяет увеличить диапазон управляющих напряжений, и кроме того амплитуда выходного сигнала остаётся неизменным (рисунок 3).
Рис. 3. Осциллограммы генератора при управляющем напряжении Uупр=1,5 В.
Красный цвет - напряжение на выходе ОУ DA1, синий - напряжение на конденсаторе C1.
Рассмотрим работу компаратора-одновибратора. В исходных условиях конденсатор C2 заряжен, а C1 разряжен. Поскольку напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя DA1 меньше, чем на его прямом входе, то на выходе DA1 присутствует напряжение, близкое к напряжению питания. Как только напряжение на конденсаторе C1 станет больше, чем напряжение прямом входе усилителя DA1, на выходе компаратора-одновибратора появится напряжение, близкое к нулю. Поскольку конденсатор C2 заряжен, то через этот конденсатор на прямой вход усилителя потечёт ток обратной полярности, что приведёт к появлению отрицательного напряжения на прямом входе усилителя DA1, и это продлится до тех пор, пока конденсатор C2 не перезарядится. То есть конденсатор C2 образовывает временную положительную обратную связь, которая превращает усилитель в триггер Шмитта, и за время действия этой ОС частотозадающий конденсатор C1 успевает почти полностью разрядиться через диод D1.
В схеме генератора может быть применён практически любой операционный усилитель, например, 741, 140УД708 и т.д. Диод D1 - любой кремниевый типа КД503, КД509 или германиевый типа Д9.