Особливістю ОУ серії КР1446 є розширений до напруги джерела харчування допустимий інтервал вхідної і вихідної напруги. Це дозволяє застосовувати їх в різних пристроях з низьковольтним харчуванням, де важливо максимально використовувати напругу джерела.
Схема генератора, який виробляє два вихідних сигналу - трикутної та прямокутної форм, показана на рис. 1.
У місці з'єднання резисторів R1 та R2 утворюється штучна середня точка, напруга в якій визначає режим обох ОУ. На ОУ DA1.1, резисторі R4 і конденсаторі С1 побудований інтегратор, а на ОУ DA1.2 з резисторами R3 і R5 - тригер Шмітта. Особливість тригера - дуже широка петля гістерезису Uгист = Uжив R3/R5 і точні і стабільні пороги перемикання. Широка петля дозволяє отримати максимальну амплітуду трикутного напруги на виході інтегратора, оскільки розмах цього сигналу відповідає ширині петлі.
Частоту генерації можна з достатньою для практики точністю розрахувати за формулою fr = R5/4C1·R3 - R4. При вказаних на схемі номіналах елементів частота генерації дорівнює 265 Гц, причому зі зміною напруги живлення від 2,5 до 7 В її відхилення від зазначеного значення не перевищила 1%.
Описаний пристрій нескладно перетворити на генератор, керований напругою (ГУН), якщо неінвертуючий вхід ОП DA1.1 відключити від штучної середньої точки джерела живлення і подавати на цей вхід керуючу напругу. Залежність частоти генерації від напруги керування Uупр ілюструє нижня крива на рис. 2. Вона знята при напрузі живлення 5 В, ємності конденсатора С1 430 пф і DA1 - КР1446УД5.
Початковий ділянку кривої - від 5 до 500 мВ - має непоганий лінійністю, частота пропорційно змінюється від 10 до 1000 Гц. Якщо необхідно збільшити довжина лінійного ділянки, можна зробити інтегратор несиметричним (рис. 3). При низькому рівні напруги на виході ОУ DA1.2, тобто на виході генератора, відбувається відносно повільний процес інтегрування, швидкість наростання напруги на виході ОУ DA1.1 визначається напругою Uynp і постійної часу ланцюги C1R1. Повний розмах пилкоподібної напруги на виході ОУ DA1.1, як і в генераторі за схемою рис. 1, дорівнює ширині петлі гістерезису тригера Шмітта, зібраного на ОУ DA1.2, тому тривалість прямого ходу tnp= Uжив·R1·R3·С1 / Uynp·R6.
Коли на виході ОУ DA1.2 низький рівень напруги змінюється високим, відкривається діод VD1, паралельно резистору R1 підключається R2 і швидкість інтегрування суттєво збільшується, а тривалість зворотного ходу відповідно зменшується. Тому з великим ступенем точності можна вважати, що період генерованого сигналу визначає тривалість прямого ходу, і частота дорівнює: fr = Uynp·R6/Uжив·С1·R2·R3.
На рис. 2 зображена експериментально отримана залежність частоти вихідних імпульсів (верхня крива) від напруги керування для генератора за схемою рис. 3. Ділянка лінійної залежності став довшим у шість разів - до значення керуючого напруги 3 В (до вихідної частоти 6 кГц).
Залежність частоти генерації від напруги керування поблизу нуля великий мірою залежить від зсуву нуля конкретного екземпляра використовуваного ОУ. На практиці частота вихідних імпульсів може бути рівною нулю при невеликому плюсовому напрузі Uупр, так і при мінусовому.
При практичному застосуванні генератора в тих випадках, коли можливе перевищення керуючого напруги над живильним в розрив ланцюга управління (висновок 3 ОУ DA1.1) слід включати резистор опором кілька десятків килоом.
На рис. 4 представлена схема ГУН, в якому можлива точна підстроювання нуля.
При низькій напрузі на виході ОУ DA1.2 (вихід генератора) транзистор VT1 закритий і напруга на виході інтегратора на ОУ DA1.1 плавно зменшується зі швидкістю, пропорційною керуючому напрузі. Коли вона знизиться до нижнього порогу перемикання тригера Шмітта на ОУ DA1.2, на його виході з'явиться високий рівень, який відкриє транзистор VT1. Так як на неинвертирующии вхід ОУ DA1.1 з дільника R4R5 подана напруга близько 100 мВ, цей ОУ перейде в режим перемикання і напруга на його виході почне підвищуватися зі швидкістю, визначається максимальним вихідним струмом операційного підсилювача і ємністю конденсатора С1. Коли напруга на виході ОУ DA1.1 досягне верхнього порогу перемикання тригера Шмітта на ОУ DA1.2, він переключиться, транзистор VT1 закриється, процес повториться.
Оскільки тривалість зворотного ходу набагато менше, ніж прямого, частота залежить від керуючої напруги цілком лінійно.
Без резисторів R1 і R2 частота дорівнює нулю при вхідній напрузі, рівному напруги на резисторі R5. Ланцюг R1R2 дозволяє зробити так, щоб частота була нульовий при нульовому керуючому напрузі.
Ширина петлі гістерезису тригера Шмітта на ОУ DA1.2 при R7=R8 дорівнює Uгист = Uжив/(1+2R9/R8), а генерується частота може бути визначена за формулою fr= Uynp (1+2R9/R8) /Uжив/·С1·C3.
На рис. 5 показана експериментально знята залежність частоти выходраничение сигналу операційним підсилювачем DA1.2, що цілком обспечивают ОУ розглянутої серії. Важливо також, щоб амплітуда сигналу на виході ОУ DA1.2 була меншою, ніж рівні обмеження сигналу на виході ОУ DA1.1.
У згаданому прототипі це досягнуто зменшеним напругою живлення ОУ DA1.2 порівняно з ОУ DA1.1 Близький ефект в генераторі за схемою рис. 6 досягнутий шляхом перекладу ОУ DA1.2 в режим підсилення - обмеження, в результаті чого на його виході формуються коливання трапецеїдальної форми зі зниженим рівнем гармонік порівняно з прямокутним сигналом, який формується відповідним ОУ в прототипі.
При зазначених на рис. 6 номіналах елементів і напрузі живлення 5 В резистором R5 можна перебудовувати частоту вихідного сигналу в межах 1600...5800 Гц, однак на частоті 3000 Гц і більш форма генерується синусоїди помітно спотворювалася, а амплітуда падала до 60% від значення на низькій частоті. При С1=С2=0,047 мкФ смуга перебудови дорівнює 170...640 Гц при хорошій формі сигналу, а нерівномірність амплітуди по смузі не перевищувала 10%.
Автор: С. Бірюков, р. Москва