Генераторы синусоидальных колебаний реферат

Обновлено: 17.05.2024

Электронные генераторы как устройства, преобразующие электрическую энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебаний заданных формы. Условия самовозбуждения колебаний. Автогенераторы типа фазосдвигающих цепей. Условие баланса фаз.

ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

1. Общие положения

Электронными генераторами называются устройства, преобразующие электрическую энергию источника постоянного тока (источника питания) в энергию электрических колебаний заданных формы и частоты. Форма электрических колебаний может быть различной. Генераторы, формирующие синусоидальные колебания, называются генераторами синусоидальных, или гармонических колебаний. Если форма колебаний отличается от синусоидальной (прямоугольные, треугольные, пилообразные и т.д.), то такие генераторы называются импульсными, или релаксационными.

По принципу управления генераторы разделяются на две группы - генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним (независимым) возбуждением. Последние, по существу, являются усилителями мощности высокой частоты, работающими на резонансную нагрузку и здесь рассматриваться не будут.

Схема автогенератора обычно содержат усилитель, охваченный обратной связью. Для построения автогенератора синусоидальных колебаний элементы схем либо усилителя, либо ОС должны обладать явно выраженными частотными свойствами. Наиболее часто используются два типа усилительных схем - с резонансными (колебательными) контурами и с резистивно-емкостными цепями. Автогенераторы, выполненные на основе схемы резонансного усилителя, часто называют автогенераторами типа LC, а автогенераторы, построенные на основе схемы усилителя на RC цепях,- автогенераторами типа RC или RC генераторы. Генерирование колебаний с частотами меньше 15 - 20 кГц на резонансных LC контурах затруднено и неудобно из-за их громоздкости. В низкочастотном диапазоне широко используются генераторы типа RC. Они могут генерировать весьма стабильные синусоидальные колебания в сравнительно широком диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц. Кроме того, они имеют малые габариты и массу. Конечно, в наибольшей мереполно преимущества генераторов типа RC проявляются в области низких частот.

Здесь мы будем рассматривать автогенераторы синусоидальных колебаний, построенные на основе RC цепей, которые нашли широкое применение в устройствах электронной автоматики и вычислительной техники.

2. Условия самовозбуждения

где Kус и - модули коэффициента усиления используемого усилителя и коэффициента передачи цепи ОС,

к и - фазовый сдвиг сигнала при прохождении через усилитель цепь ОС.

Поэтому коэффициент усиления схемы с ОС (генератора) должен быть представлен в виде:

Самовозбуждение схемы произойдет, когда коэффициент усиления Kг будет стремиться к бесконечности, т.е. когда знаменатель последнего выражения стремится к нулю:

Последнее равенство будет иметь место только при выполнении двух условий: нулю должны быть равны как мнимая, так и действительная его части. Так как ни Kус ни не равны нулю, то выполнение условий может быть реализовано только за счет элементов выражения, содержащих фазовые сдвиги.

Первое условие можно получить, приравняв нулю мнимую часть. Мнимая часть равенства (10.3) может быть равна нулю, когда sin( ) = 0, что возможно при условии:

= n . (10.4)

где n - любое целое число.

Приравняв нулю действительную часть равенства (10.3), получаем:

При значениях суммарного фазового сдвига, соответствующего (10.4), соs( ) может принимать значения либо минус, либо плюс 1. В первом случае нарушается выполнение равенства (10.5), во втором - может быть выполнено, если

K = 1. (10.6)

Условие, соответствующее (10.6), носит название баланса амплитуд. Как было показано, для его выполнения необходимо получить такие фазовые сдвиги, при которых их синус был равен нулю, а косинус - плюс 1. Это возможно при четном числе n, т.е.

= 2 n, (10.7)

Условие, соответствующее (10.7), носит название баланса фаз. Условие баланса фаз показывает, что для самовозбуждения усилителя в схеме должна быть введена положительная обратная связь. Условие баланса амплитуд показывает, что для существования автоколебательного процесса ослабление сигнала, вносимое цепью обратной связи, должно компенсироваться усилителем. Для возбуждения гармонических колебаний, необходимо, чтобы условие баланса фаз и условие баланса амплитуд выполнялись только на одной (заданной) частоте. Поэтому в генераторе синусоидальных колебаний необходимо обеспечить частотно-избирательный характер или коэффициента усиления усилителя, или коэффициента передачи цепи обратной связи.

Процесс развития и установления колебательного процесса в схеме генератора можно пояснить с помощью графических построений, выполняемых на амплитудных характеристиках усилителя и цепи обратной связи. На рисунке 10.1 представлены зависимости выходного напряжения от входного Uвых = f (Uвх) этих элементов, которая получила наименование колебательной характеристики автогенератора.

На этом рисунке изображены амплитудная характеристика (К) используемого в генераторе усилителя и прямая линия, выражающая зависимость коэффициента передачи ( ) цепи обратной связи. Первая - нелинейна (см. раздел 3), вторая - линейна, т.к. цепь ОС обычно не содержит нелинейных элементов.

Рисунок 10.1. Колебательная характеристика автогенератора

Если в начальный момент K > 1, то появившееся по какой-либо причине (например, при включении источника питания схемы) на входе усилителя малое напряжение Uвх1 усиливается в K раз усилителем, ослабляется в раз цепью обратной связи и поступает на вход усилителя в той же фазе, но с большей амплитудой Uвх2. Амплитуда сигнала на выходе растет. По мере роста амплитуды выходного напряжения генератора коэффициент усиления усилителя K начинает уменьшаться, так как, (см. раздел 5) при больших входных напряжениях амплитудная характеристика усилителя насыщается. Как только произведение K установится равным единице, амплитуда выходного напряжения фиксируется на постоянном уровне (точка А).

В соответствии со сказанным, в процессе функционирования генератора можно выделить два этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима, что изображено на рисунке 10.2.

Рисунок 10.2. Процесс установления колебаний в генераторе

3. Автогенераторы типа RC

Наибольшее распространение получили два типа фазосдвигающих цепей: так называемые лестничные (рисунок 10.3,а,б) и мост Вина (рисунок 10.3,в).

Рисунок 10.3. Трехзвенные RС цепи (а,б) и схема моста Вина (в)

Лестничные цепочки представляют последовательное соединение обычно трех В связи с тем, что одно звено RC изменяет фазу на угол RC звеньев, каждое из которых при одинаковых элементах (R1 = R2 =R3 =R и С1 =С2 =С3 = С) обеспечивает сдвиг сигнала по фазе на 60°. В результате выходное напряжение будет сдвинуто по отношения к входному на 180°. В зависимости от того, какой из элементов цепи является конечным они носят наименование либо С-параллель (рисунок 10.3,а), либо R-параллель (рисунок 10.3,б). Для возбуждения колебаний усилитель также должен иметь сдвиг по фазе, равный 180°, т.е. он должен быть инвертирующим. Лестничная цепь должна быть подключена к инвертирующему входу усилителя.

Частота генератора определяется постоянной времени RC цепей. Частота генерируемых синусоидальных колебаний для этих схем при условии R1 = R2 =R3 =R и С1 =С2 =С3 = С рассчитывается по следующим формулам:

для схемы С-параллель

для схемы R-параллель

Для обеспечения баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя должен быть равен затуханию, вносимому фазовращающей цепочкой, через которую напряжение с выхода поступает на вход усилителя, или превышать его. Расчеты показывают, что для приведенных схем затухание равно 210. Следовательно, схемы с использованием трехзвенных фазовращающих цепочек, имеющих одинаковые звенья, могут генерировать синусоидальные колебания с частотой лишь в том случае, сели коэффициент усиления усилителя превышает 210. Мост (цепочка) Вина (рисунок 10.3,в) состоит из двух RС звеньев. Первое звено состоит из последовательного соединения R и С и имеет сопротивление

Второе звено состоит из параллельного соединения таких же R и С и имеет сопротивление

Коэффициент передачи звена положительной обратной связи определяется выражением

откуда после подстановки Z1 и Z2, найдем

Если выполнить условие

то фазовый сдвиг будет равен нулю, а .

В этом случае частоту генератора можно будет определить по формуле

Наиболее просто строится генератор на мосте Вина при использовании операционного усилителя. В нем цепь ПОС, формируемую мостом Вина, можно подсоединить к прямому, неинвертирующему входу, а нужный коэффициент усиления задать резистивным делителем в цепи ООС, подсоединенной к инвертирующему входу (рисунок 10.4).

Рисунок 10.4. Генератор на основе ОУ

Отношение резисторов в цепи ООС, обеспечивающее выполнение условия баланса амплитуд, должно отвечать соотношению т.к. коэффициент усиления для сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход на единицу больше отношение указанных резисторов (см. раздел 8).

Чтобы скачать работу бесплатно нужно вступить в нашу группу ВКонтакте. Просто кликните по кнопке ниже. Кстати, в нашей группе мы бесплатно помогаем с написанием учебных работ.

>>>>> Перейти к скачиванию файла с работой
Кстати! В нашей группе ВКонтакте мы бесплатно помогаем с поиском рефератов, курсовых и информации для их написания. Не спешите выходить из группы после загрузки работы, мы ещё можем Вам пригодиться ;)

Секреты идеального введения курсовой работы (а также реферата и диплома) от профессиональных авторов крупнейших рефератных агентств России. Узнайте, как правильно сформулировать актуальность темы работы, определить цели и задачи, указать предмет, объект и методы исследования, а также теоретическую, нормативно-правовую и практическую базу Вашей работы.

Секреты идеального заключения дипломной и курсовой работы от профессиональных авторов крупнейших рефератных агентств России. Узнайте, как правильно сформулировать выводы о проделанной работы и составить рекомендации по совершенствованию изучаемого вопроса.

Виды генераторов синусоидальных колебаний. Выбор структурной и принципиальной схем, схемы фильтра и схемы усилителя напряжения. Расчёт фильтра и усилителя генератора. Расчёт усилителя напряжения. Расчёт коэффициента полезного действия генератора.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 22.10.2017
Размер файла 109,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Выбор структурной схемы

2. Выбор принципиальной схемы

2.1 Выбор усилителя генератора

2.2 Выбор схемы фильтра

2.3 Выбор схемы усилителя напряжения

3. Расчёт принципиальной схемы

3.1 Расчёт фильтра генератора

3.2 Расчёт усилителя генератора

3.3 Расчёт усилителя напряжения

4. Расчёт коэффициента полезного действия генератора

Список использованной литературы

Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии.

Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащается электронными устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которого осуществлялось бы без использования электроники. Функции электронных устройств становятся все более разнообразными.

Электроника имеет короткую, но богатую событиями историю, которая составляет чуть более 100 лет. За этот промежуток времени были достигнуты колоссальные успехи. Оценивая электронные устройства в плане быстродействия и плотности упаковки можно сделать вывод, что эти параметры возросли во много раз /1/. Если до появления полупроводниковых элементов использовались лампы, размеры которых были велики, то сейчас в таком же объеме как у лампы располагают миллионы транзисторов и других полупроводниковых элементов.

Роль электроники в настоящее время существенно возрастает в связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии. Многие сферы нашей жизнедеятельности уже невозможно представить себе без электронных приборов.

Развитие электроники повлекло за собой бурное развитие и других точных наук. После изобретения электронных вычислительных устройств продвинулись в своих задачах такие науки как математика и физика. Они в свою очередь не оставались в долгу и тоже вносили свой вклад в развитие электроники. Таким образом, произошло бурное развитие микропроцессорных систем в конце двадцатого века. Но это далеко не все положительные стороны развития электроники. Человечество достигло успехов и в других науках, таких как медицина, химия.

Одним из важнейших направлений электроники являются автогенераторы. Автогенераторы - это электронные устройства, в которых по какому-либо периодическому закону происходит изменение напряжений и токов соответствующей закону формы /1,2/. Эти цепи следует рассматривать как преобразователи энергии источника питания постоянного напряжения в энергию периодических колебаний.

Автогенераторы можно разделить на генераторы импульсов и генераторы синусоидальных колебаний. Генераторы импульсов в зависимости от формы выходного напряжения делят на генераторы: напряжений прямоугольной формы; напряжений экспоненциальной формы; линейно изменяющегося напряжения; напряжения треугольной формы; ступенчато изменяющегося напряжения/1,3/.

Одним из видов автогенераторов являются генераторы синусоидальных колебаний. На их выходе возникают гармонические колебания напряжения синусоидальной формы. Их отличие заключается в наличии у них цепи или компонента с резонансными свойствами. Благодаря ней условия возникновения автоколебаний выполняются для узкой полосы частот. Компоненты и цепи с резонансными свойствами могут быть установлены в цепях межкаскадной связи усилителя или в цепях, создающих положительную или отрицательную обратную связь.

Генераторы синусоидальных колебаний делятся на генераторы: с избирательными RC - цепочками, с избирательными LC - цепочками, с кварцевыми резонаторами/1,3,4/.

Генераторы с кварцевыми резонаторами обычно применяют на повышенных частотах, когда требуется получить колебания известной и стабильной частоты. Они значительно сложнее и дороже генераторов с RC и LC цепочками. Однако при создании прецизионных преобразовательных устройства без них обойтись невозможно.

Генераторы с LC - цепочками имеют большую стабильность частоты, из-за хороших избирательных свойств LC контура. В основном такие генераторы применяются для получения высокочастотных колебаний. Не возможность использовать эти цепи на низких частотах обуславливается необходимостью больших емкостей и индуктивностей. К их недостаткам относится трудность изготовления высокостабильных температурно-независимых индуктивностей, а также стоимость и громоздкость последних.

Генераторы с RC - цепочками применяются в основном для генерирования сигналов низких частот. Резонансные RC цепи делятся на фазосдвигающие и мост Вина. В генераторах с мостом Вина достигается меньший коэффициент нелинейных искажений. В общем случае, для генераторов с RC - резонансной цепью коэффициент нелинейных искажений лежит в пределах от долей до нескольких процентов. К их недостаткам можно отнести низкий коэффициент полезного действия, который не превышает 50%.

Напряжение синусоидальной формы используется во многих отраслях человеческой деятельности, а именно: в радиолокации и телевидении, в медицине, в радиосвязи и радиовещании, при различных измерениях, для автоматизации производственных процессов, для уничтожения вредителей /5/. В качестве примера можно привести напряжение, которое используется у нас в домах и квартирах.

Высокая интеграция электронных компонент на сегодняшний день позволяет получать генераторы синусоидальных колебаний малых габаритов и более высоким КПД.

генератор синусоидальный фильтр усилитель

1. Выбор структурной схемы

Генератор синусоидальных колебаний представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний /1/.

Для генератора необходимо наличие частотно-избирательной цепи, то есть фильтра. Так как в фильтре происходят потери энергии, то необходим усилитель генератора (УГ). Таким образом, можно сделать вывод, что сам генератор состоит из фильтра (Ф) и усилителя. Так как существует необходимость регулировать коэффициент усиления по напряжению, то выход генератора подается на вход усилителя напряжения (УН) с переменным коэффициентом усиления.

В результате получаем следующую структурную схему генератора, показанную на рисунке 1.

Рисунок 1 Структурная схема генератора

2. Выбор принципиальной схемы

2.1 Выбор усилителя генератора

Усилитель генератора выполняется на основе операционного усилителя. У него в обратной связи помимо резистора R3 присутствует корректирующая цепь амплитуды, состоящая из двух параллельно соединенных диодов VD1 и VD2 и последовательно с ними соединенного резистора R2.

Эта цепь необходима для самовозбуждения генератора при запуске, и последующей стабилизации напряжения на выходе данного усилителя. Схема приведена на рисунке 2.

2.2 Выбор схемы фильтра

Фильтром называется устройство, которое пропускает синусоидальные сигналы в определённом диапазоне частот (в полосе пропускания) и не пропускает их в остальном диапазоне.

В качестве фильтра используется схема на основе операционного усилителя и моста Вина. Помимо схемы с мостом Вина существуют также схемы с LC-цепями и фазосдвигающими RC-цепями. Схема с LC-цепями отвергается из-за непригодности в генераторах низкой частоты /1,4/. Схема с мостом Вина выбрана как более подходящая за счёт высокого по сравнению с фазосдвигающей RC-цепью КПД, а также меньшего количества пассивных элементов, и, как следствие, меньшего количества выделяемой мощности на элементах /1/. Схема приведена на рисунке 3.

2.3 Выбор схемы усилителя напряжения

В качестве усилителя напряжения используется операционный усилитель с отрицательной обратной связью, обеспечивающей требуемый коэффициент усиления.

Так как ОУ обладает большим входным и небольшим выходным сопротивлением, исчезает необходимость в согласовании с последующим усилителем тока, то есть необходимость в применении буферных каскадов. Отрицательная обратная связь способствует повышению стабильности усилителя. Регулировка коэффициента усиления по напряжению осуществляется при помощи переменного резистора R8. Схема приведена на рисунке 4.

3. Расчёт принципиальной схемы

3.1 Расчёт фильтра генератора

Активный фильтр состоит из операционного усилителя, в цепи обратной связи которого находится мост Вина. Мост Вина состоит из двух конденсаторов С1, С2 и двух резисторов R4, R5. Резистор R4 и конденсатор С1 включены последовательно и представляют собой комплексное сопротивление Z1.

Резистор R5 и конденсатор С2 соединены параллельно и их комплексное сопротивление Z2 будет рассчитываться по формуле:

Передаточная функция данного каскада будет записана в виде

Если рассмотреть данный каскад вместе с предыдущим, то получим передаточную функцию замкнутой системы можно записать в виде:

где W(p) - передаточная функция фильтра, зависящая от частоты;

K - передаточная функция пропорционального звена (усилителя генератора) независящая от частоты.

Подставляя в последнее уравнение передаточные функции фильтра и усилителя генератора, упростив их, получим следующее выражение:

Последнее выражение является произведением передаточных функций апериодического звена второго порядка и дифференцирующего звена первого порядка, которое в общем случае выглядит как:

где - коэффициент затухания;

T - период колебаний.

Условием поддержания незатухающих колебаний является равенство нулю коэффициента затухания . Получаем формулу (6) для расчёта коэффициента усиления усилителя генератора:

По условию задания данный фильтр должен пропускать ток в диапазоне от КГц до КГц, причём:

Пусть в качестве конденсаторов будут С1 К53-1-1 мкФ ± 5% и С2 К53-1-0,33 мкФ ± 5% /6/. Выразим и определим номиналы сопротивлений из формул (7) и (8):

K=2, то есть для возникновения незатухающих колебаний нам необходим усилитель с коэффициентом усиления, равным 2. По причине того, что операционный усилитель генератора по инвертирующей схеме, мы сможем достичь коэффициента усиления равного минус 2. Из этого следует, что коэффициент усиления фильтра заданного диапазона частот должен быть равен минус 0,5. Только при соблюдении этих пропорций возникнут незатухающие колебания.

Выберем в качестве R4 резистор МЛТ-0,125-160 Ом ± 2% и в качестве R5 МЛТ-0,125-100 Ом ± 5% /7/.

В качестве операционного усилителя (ОУ) выбираем 140УД6 /1/. Его параметры приведены в таблице 1.

T ремя основными типами электронных генераторов сигналов синусоидальной формы являются LC генераторы, кварцевые генераторы и RC генераторы.
LC генераторы используют колебательный контур из конденсатора и катушки индуктивности, соедененных либо параллельно, либо последовательно, параметры которых определяют частоту колебаний. LC генераторы используют в основном, в диапазоне радиочастот. На низких(звуковых) частотах удобнее применять RC генераторы, в которых для задания частоты колебаний используются резистивно - емкостная цепь.

LC генераторы синусоидальных колебаний.

Основными типами LC генераторов являются генератор Хартли и генератор Колпитца.

Генератор Хартли.

В генераторе Хартли, или как еще называют эту схему - индуктивной трехточке положительная обратная связь, необходимая для возникновения колебаний берется с отвода катушки индуктивности(L1 - L2) колебательного контура.

Генератор Колпитца.

В генераторе Колпитца (емкостной трехточке) положительная обратная связь снимается с средней точки составной емкости(C1 - C2) колебательного контура. Генератор Колпитца более стабилен, чем генератор Хартли и более часто используется. Когда требуется высокая стабильность, используют кварцевые генераторы.

Кварц - это материал, способный преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот. Если к кристаллу кварца приложить переменное напряжение, он начнет колебаться, в такт с его частотой. Каждый кристалл обладает собственной резонансной частотой, зависящей от его размеров и структуры. Чем ближе частота приложенного напряжения, к резонансной частоте, тем выше интенсивность колебаний. Для изготовления кварцевого резонатора на кристаллическую пластинку кварца наносят металлические электроды.

Схема кварцевого генератора Хартли с параллельной обратной связью.

Кварц включен последовательно в цепь обратной связи. Если частота колебательного контура отклоняется от частоты кварца, волновое сопротивлние(импенданс) кварца увеличивается, уменьшая величину обратной связи с колебательным контуром. Колебательный контур возвращается на частоту кварца.

Генератор Пирса.

Очень популярная схема, поскольку в ней не используются катушки индуктивности.

Верхний предел резонанса кварца составляет 25 МГц. Если необходим стабильный генератор на более высокой частоте используют схему Батлера. Колебательный контур настраивается на частоту кварца или на частоту одной из его нечетных гармоник (третьей или пятой).


RC генераторы синусоидальных колебаний.

RC генераторы используют для задания частоты резисивно - емкостную связь. Основные два вида генераторов синусоидальных колебаний это: генератор с фазосдвигающей цепью и генератор на основе моста Вина. Генератор с фазосдвигающей цепью - это обычный усилитель с фазосдвигающей цепью обратной связи. На комбинации цепочек имеют место потери мощности, поэтому транзистор должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления.


Частота генератора рассчитывается по формуле.



R в этой формуле - значения сопротивлений R1,R2, (они одинаковые). C - это соответственно, любое из значений емкости С1 или С2 (также одинаковые)

Генератор на основе моста Вина – двухкаскадный усилитель с цепью опережения-запаздывания и делителем напряжения.


Резисторы R1 и R2 одинакового номинала(по сопротивлению), сопротивление резистора R3 примерно вполовину меньше. Емкость конденсаторов C1 и C2 равна, а конденсатора C3 - примерно в два раза больше.
Частота генерируемых колебаний определяется соотношением.



Где C - номинал конденсатора C1(C2), R номинал сопротивления - R1(R2).
При R1,R2 = 10KOm, R3=4,7KOm, C1,C2 =16нФ, C3=33нФ частота равняется, примерно - 1000гц.
Используя сдвоенный переменный резистор (в качестве R1 и R2) можно плавно изменять частоту колебаний в больших пределах.

Генератор синосуидальных колебаний имеющий несколько поддиапазонов, можно получить с помощью несложной коммутационной схемы, с помощью которой можно попеременно подключать конденсаторы различной емкости, в качестве С1, С2 и С3. Подобное устройство может быть очень полезным для радиолюбителя, в частности - для настройки различных усилительных каскадов.

Генераторы несинусоидальных колебаний.

Генераторы несинусоидальных колебаний применятся для создания периодических электрических сигналов произвольной формы – прямоугольной, пилообразной или треугольной формы.

Блокинг – генератор.

Пока конденсатор заряжен - транзистор закрыт. Но конденсатор постепенно разряжается через резистор и запирающее напряжение исчезает. Транзистор начинает приоткрываться - появляется ток в цепи обмотки трансформатора, соответственно на вторичной обмотке возникает напряжение способствуещее лавинообразному открыванию транзистора.
Транзистор переходит в режим насыщения - конденсатор заряжается через переход эмиттер – база, напряжение в вторичной обмотке падает до нуля. Транзистор запирается, после чего процесс повторяется снова и снова.

Очень часто, схему блокинг - генератора используют в различных устройствах, преобразующих постоянный ток в переменный. Это - различные импульсные блоки питания, вариации которых встречаются в современной аппаратуре очень широко. Преобразователи постоянного тока в переменный, с повышением выходного напряжения - являются основой целого ряда устройств, разной степени полезности - от портативного мегаомметра, до карманного электрошокера.

Мультивибратор.

Мультивибратор - генератор импульсов формы близкой к прямоугольной. Его основу составляют два усилительных каскада связанных между собой так, что на вход каждого каскада подается сигнал с выхода другого. Получается, что они по очереди запирают друг друга. Частота зависит от емкости конденсаторов, и величины сопротивления резисторов, через которые осуществляется их разряд.

Мультивибратор можно легко собрать, используя широко распостраненные детали, на абсолютно любых биполярных транзисторах. Кроме основной частоты рассчитываемой по формуле:

мультивибратор вырабатывает большое количество дополнительных гармоник. Если применив высокочастотные транзисторы собрать мультивибратор с основной частотой в звуковой области(лучше около 1000 гц), то частоты высших гармоник оказываются в какой то степени, промодулированными на этой, основной частоте. Получается, что подобный генератор может использоваться как универсальный пробник, для проверки как радиочастотных усилительных трактов, так и каскадов усиления низкой(звуковой) частоты.

Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт "Электрика это просто".

Генератор электрических колебаний, - это нели­нейное устройство, преобразующее энергию источ­ника постоянного тока в энергию колебаний. Гене­раторы широко используются в электронике: в ра­диоприемниках и телевизорах, в системах связи, компьютерах, промышленных системах управления и устройствах точного измерения времени.

Генератор - это электрическая цепь, которая ге­нерирует периодический сигнал переменного тока. Частота сигнала может изменяться от нескольких герц до многих миллионов герц. Выходное напря­жение генератора может быть синусоидальным, пря­моугольным или пилообразным в зависимости от типа генератора.

Когда колебательный контур возбуждается вне­шним источником постоянного тока, в нем возни­кают колебания. Эти колебания являются затухаю­щими, поскольку активное сопротивление колеба­тельного контура поглощает энергию тока. Для под­держания колебаний в колебательном контуре по­глощенную энергию необходимо восполнить. Это осуществляется с помощью положительной обрат­ной связи. Положительная обратная связь - это по­дача в колебательный контур части выходного сиг­нала для поддержки колебаний. Сигнал обратной связи должен совпадать по фазе с сигналом в коле­бательном контуре.

На (рис. 12.34) изображена блок-схема генерато­ра. Генератор можно разбить на три части. Частотозадающей цепью генератора обычно является LC ко­лебательный контур. Усилитель увеличивает амп­литуду выходного сигнала колебательного контура. Цепь обратной связи подает необходимое количество энергии в колебательный контур для поддерж­ки колебаний. Таким образом, генератор - это схе­ма с обратной связью, которая использует постоян­ный ток для получения колебаний переменного тока


Генераторы, синусоидальных колебаний - это генераторы, которые генерируют напряжение сину­соидальной формы. Они классифицируются соглас­но их частотозадающим компонентам. Тремя основ­ными типами генераторов синусоидальных колеба­ний являются LC генераторы, кварцевые генерато­ры и RC генераторы.

LC генераторы используют колебательный кон­тур из конденсатора и катушки индуктивности, со­единенных либо параллельно, либо последовательно, параметры которых определяют частоту колебаний. Кварцевые генераторы подобны LC генераторам, но обеспечивают более высокую стабильность колеба­ний. LC генераторы и кварцевые генераторы исполь­зуются в диапазоне радиочастот. Они не подходят для применения на низких частотах. На низких частотах используются RC генераторы, в которых для задания частоты колебаний используется резистивно-емкостная цепь.

LC генераторы

Основными типами LC генераторов являются ге­нератор Хартли и генератор Колпица. На (рис. 12.35) изображен генератор Хартли. Величина обратной связи в этой схеме зависит от положения отвода катушки L1. Выходной сигнал снимается с катуш­ки связи L3.



На (рис. 12.36) изображен генератор Колпитца. Ве­личина обратной связи в схеме Колпитца определя­ется отношением емкостей конденсаторов С1 и С2. Генератор Колпитца более стабилен, чем генератор Хартли, и более часто используется.

Кварцевые генераторы

Основное требование, предъявляемое к генерато­ру, - это стабильность частоты и амплитуды его ко­лебаний. Причинами нестабильной работы генера­торов являются зависимости емкости и индуктив­ности от температуры, старение компонентов и из­менение требований к нагрузке. Когда требуется высокая стабильность, используются кварцевые ге­нераторы.

Кварц - это материал, который может преобразо­вывать механическую энергию в электрическую, когда к нему прикладывают давление, и электри­ческую энергию в механическую, когда к нему при­кладывают напряжение. Когда к кристаллу кварца приложено переменное напряжение, кристалл начи­нает растягиваться и сжиматься, создавая механи­ческие колебания, частота которых соответствует частоте переменного напряжения.

Каждый кристалл кварца обладает собственной ча­стотой колебаний, обусловленной его структурой и размерами. Если частота приложенного переменного напряжения совпадает с собственной частотой, коле­бания кристалла ярко выражены. Если частота при­ложенного переменного напряжения отличается от собственной частоты кварца, кристалл колеблется слабо. Собственная частота механических колебаний кристалла кварца практически не зависит от темпе­ратуры, что делает его идеальным для использова­ния в генераторах. В тех случаях, когда необходимо обеспечить очень высокую стабильность частоты колебаний, применяют термостатирование генератора (кварцевый резонатор помещают в термостат).

Для изготовления кварцевого резонатора на кри­сталлическую пластинку кварца наносятся метал­лические электроды, к которым прижимаются пружины для обеспечения электрического контакта. После этого кристалл помещается в металлический корпус. На (рис. 12.37) показано схематическое обо­значение кварца.


На (рис. 12.38) изображена схема кварцевого ге­нератора Хартли с параллельной обратной связью. Кварц включен последовательно в цепь обратной связи. Если частота колебательного контура откло­няется от частоты кварца, импеданс кварца увели­чивается, уменьшая величину обратной связи с ко­лебательным контуром. Это позволяет колебатель­ному контуру вернуться на частоту кварца.


На (рис. 12.39) изображен генератор Колпица с кварцем, включенным так же, как и в генераторе Хартли. Кварц управляет обратной связью с коле­бательным контуром.


На (рис. 12.40) изображен генератор Пирса. Эта схема подобна генератору Колпитца, за исключени­ем того, что катушка индуктивности в колебатель­ном контуре заменена кварцем. Эта схема очень популярна, поскольку в ней не используются катуш­ки индуктивности. Кварц управляет импедансом колебательного контура, что определяет величину обратной связи и стабилизирует генератор.


Верхний предел частоты основного резонанса кри­сталла кварца составляет около 25 МГц. Однако в аппаратуре связи необходимы стабильные генера­торы более высоких частот. Для этого требуется обес­печить работу кварцевых резонаторов на их гармо­нических частотах. Обычно используются нечетные гармоники (третья и пятая).


В таких случаях используют генератор Батлера, изображенный на (рис. 12.41). Схема собрана на двух транзисторах и использует колебательный контур и кварц для задания и стабилизации частоты коле­баний. Колебательный контур должен быть настро­ен на частоту основного резонанса кварца или на частоту одной из его гармоник. Преимущество ге­нератора Батлера в том, что к кварцу приложено небольшое напряжение, что уменьшает его механи­ческие деформации.

RC генераторы

RC генераторы используют для задания частоты резистивно-емкостную цепь. Простейшим RC генератором синусоидальных колебаний является генератор с фазосдвигающей цепью.

Генератор с фазосдвигающей цепью - это обыч­ный усилитель с фазосдвигающей RC цепью обрат­ной связи (рис. 12.42).


Обратная связь должна сдвигать фазу сигнала на 180 0 . Так как емкостное сопротивление изменяется при изменении частоты, то эта компонента чувстви­тельна к частоте. Стабильность улучшается при уменьшении величины фазового сдвига на каждой RC цепочке. Однако на комбинации RC цепочек имеют место потери мощности. Для компенсации этих потерь транзистор должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления.

Читайте также: