Електронни генератори

Генераторите са електронни устройства, които преобразуват енергията на източник на постоянен ток в енергия на променлив ток (електромагнитни трептения) с различни форми на необходимата честота и мощност.

Електронни генератори използвани в радиоразпръскване, медицина, радар, са част от аналогово-цифрови преобразуватели, микропроцесорни системи и др.

Нито една електронна система не е пълна без вътрешни или външни генератори, които определят темпото на неговата работа. Основни изисквания към генератори — стабилност на честотата на вибрациите и възможност за отстраняване от тях сигнали за по -нататъшно използване.

Класификация на електронни генератори:

1) според формата на изходните сигнали:

— синусоидални сигнали;

— правоъгълни сигнали (мултивибратори);

— сигнали с линейно променящо се напрежение (CLAY) или те се наричат ​​още генератори на трионно напрежение;

— сигнали със специална форма.

2) от честотата на генерираните трептения (условно):

— ниска честота (до 100 kHz);

— висока честота (над 100 kHz).

3) по метода на възбуждане:

— с независимо (външно) възбуждане;

— със самовъзбуждане (автогенератори).

Автогенератор — генератор със самовъзбуждане, без външно влияние, преобразуващ енергията на източниците на енергия в непрекъсната вибрации, например, вибрационни верига.

Фигура 1 — Блокова схема на генератора

Електронните генераторни вериги (Фигура 1) са изградени съгласно същите схеми като усилвателите, само че генераторите нямат източник на входен сигнал, той се заменя със сигнал с положителна обратна връзка (PIC). Напомняме ви, че обратната връзка е прехвърлянето на част от изходния сигнал към входната верига. Необходимата форма на вълната се осигурява от структурата на контура за обратна връзка. За да зададете честотата на трептене, схемите на ОС са изградени върху LC или RC вериги (честотата определя времето на презареждане на кондензатора).

Сигналът, генериран в PIC веригата, се подава към входа на усилвателя, усилва се с коефициент K и се изпраща към изхода. В този случай част от сигнала от изхода се връща към входа през PIC веригата, където се отслабва с коефициент K, което ще позволи поддържане на постоянна амплитуда на изходния сигнал на генератора.

Осцилаторите с независимо външно възбуждане (селективни усилватели) са усилватели на мощност със съответния частичен обхват, чийто вход е електрически сигнал от осцилатор. Тези. усилва се само определена честотна лента.

RC генератори

За да се създадат нискочестотни генератори, обикновено се използват операционни усилватели, като PIC верига, RC вериги се инсталират, за да осигурят дадена честота f0 на синусоидални трептения.

RC веригите са честотни филтри — устройства, които предават сигнали в определен честотен диапазон и не преминават в грешен диапазон. В този случай чрез контура за обратна връзка усилвателят се връща към входа на усилвателя, което означава, че се усилва само определена честота или честотна лента.

Фигура 2 показва основните видове честотни филтри и тяхната честотна характеристика (AFC). Честотната характеристика показва честотната лента на филтъра като функция на честотата.

Фигура 2 — Видове честотни филтри и тяхната честотна характеристика

Видове филтри:

— нискочестотни филтри (LPF);

— високочестотни филтри (HPF);

— лентови честотни филтри (BPF);

— блокиращи честотни филтри (FSF).

Филтрите се характеризират с гранична честота fc, над или под която има рязко затихване на сигнала.Пропускателните ленти и филтрите за отхвърляне също се характеризират с честотната лента на IFP (непропускане на RFP).

Фигура 3 показва диаграма на синусоидален генератор. Изискваното усилване се задава с помощта на OOS веригата на резисторите R1, R2. В този случай веригата PIC е лентов филтър. Резонансната честота f0 се определя по формулата: f0 = 1 / (2πRC)

За да се стабилизира честотата на генерираните трептения, кварцовите резонатори се използват като схема за настройка на честотата. Кварцов резонатор е тънка минерална плоча, монтирана в кварцов държач. Както знаете, кварцът има пиезоелектричен ефект, което прави възможно използването му като система, еквивалентна на електрическа колебателна верига и притежаваща резонансни свойства. Резонансните честоти на кварцовите плочи варират от няколко килохерца до хиляди MHz с честотна нестабилност, обикновено от порядъка на 10-8 и по -долу.

Фигура 3 — Диаграма на RC генератор на синусоидални сигнали

Мултивибратори са електронни генератори сигнали с квадратна вълна.

Мултивибраторът в по -голямата част от случаите изпълнява функцията на главен осцилатор, който генерира задействащи входни импулси за следващи възли и блокове в импулсна или цифрова система за действие.

Фигура 4 показва диаграма на симетричен мултивибратор, базиран на IOU. Симетрично — времето на импулса на правоъгълен импулс е равно на времето на пауза tpause = tpause.

IOU е обхванат от положителна обратна връзка — верига R1, R2, действаща еднакво на всички честоти. Напрежението на неотклоняващия вход е постоянно и зависи от съпротивлението на резисторите R1, R2. Входното напрежение на мултивибратора се генерира с помощта на OOS през RC веригата.

Фигура 4 — Схема на симетричен мултивибратор

Нивото на напрежение на изхода се променя от + Usat на -Us и обратно.

Ако изходното напрежение Uout = + Usat, кондензаторът се зарежда и напрежението Uc, действащо върху инвертиращия вход, се увеличава експоненциално (фиг. 5).

При равенството Uн = Uс ще настъпи рязка промяна в изходното напрежение Uout = -Us, което ще доведе до презареждане на кондензатора. Когато се достигне равенството -Uн = -Uс, състоянието на Uout отново ще се промени. Процесът се повтаря.

Фигура 5 — Времеви диаграми за работа на мултивибратор

Промяната на времевата константа на RC веригата води до промяна време на зареждане и разреждане на кондензатора, а оттам и честотата на трептене на мултивибратора. В допълнение, честотата зависи от параметрите на PIC и се определя по формулата: f = 1 / T = 1 / 2t и = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Ако е необходимо да се получат асиметрични правоъгълни трептения за t и ≠ tp, се използват асиметрични мултивибратори, при които кондензаторът се презарежда в различни вериги с различни времеви константи.

Един вибратор (чакащи мултивибратори) са проектирани да образуват правоъгълен импулс на напрежение с необходимата продължителност, когато са изложени на къс пусков импулс на входа. Моновибратори често се наричат ​​електронни релета за забавяне на времето.

Има още нещо в техническата литература. името на еднократния изстрел е чакащият мултивибратор.

Моновибраторът има едно дълготрайно стабилно състояние равновесието, в което се намира, преди да се приложи задействащият импулс. Второто възможно състояние е временно стабилно. Унивибраторът влиза в това състояние под действието на задействащ импулс и може да бъде в него за ограничено време tv, след което автоматично се връща в първоначалното си състояние.

Основните изисквания за устройства с единичен изстрел са стабилността на продължителността на изходния импулс и стабилността на неговия начален държави.

Генератори на линейно напрежение (CLAY) образуват периодични сигнали, които се променят линейно (пилообразни импулси).

Пилообразните импулси се характеризират с продължителността на работния ход tp, продължителността на обратния ход към и амплитудата Um (Фигура 6, b).

За да се създаде линейна зависимост на напрежението от времето, най -често се използва зарядът (или разреждането) на кондензатор с постоянен ток. Най -простата схема на CLAY е показана на фигура 6, а.

Когато транзисторът VT е затворен, кондензаторът C2 се зарежда от захранването Uп през резистора R2. В този случай напрежението в кондензатора и следователно на изхода се увеличава линейно. Когато положителен импулс пристигне в основата, транзисторът се отваря и кондензаторът бързо се разрежда чрез ниското си съпротивление, което осигурява бързо намаляване на изходното напрежение до нула — обратно.

CLAY се използва в устройства за сканиране на лъч в CRT, в аналогово-цифрови преобразуватели (ADC) и други преобразуващи устройства.

Фигура 6 — а) Най -простата схема за образуване на линейно променящо се напрежение б) Времева диаграма на трионните импулси.