Elektroniset generaattorit

Generaattorit ovat elektronisia laitteita, jotka muuttavat tasavirtalähteen energian vaihtovirtaenergiaksi (sähkömagneettiset värähtelyt) eri muodoilla vaaditulla taajuudella ja teholla.

Elektroniset generaattorit, joita käytetään radiolähetyksissä, lääketieteessä, tutkassa, ovat osa analogia-digitaalimuuntimia, mikroprosessorijärjestelmiä jne.

Mikään elektroninen järjestelmä ei ole täydellinen ilman sisäisiä tai ulkoisia generaattoreita, jotka määräävät sen toiminnan tahdin. Generaattorien perusvaatimukset — värähtelytaajuuden vakaus ja kyky poistaa niistä signaaleja myöhempää käyttöä varten.

Elektronisten generaattoreiden luokitus:

1) lähtösignaalien muodon mukaan:

— sinimuotoiset signaalit;

— suorakaiteen muotoiset signaalit (multibraattorit);

— lineaarisesti vaihtelevat jännitesignaalit (CLAY) tai niitä kutsutaan myös sahahammasjännitegeneraattoreiksi;

— erikoismuotoiset signaalit.

2) syntyneiden värähtelyjen taajuudesta (ehdollisesti):

— matala taajuus (jopa 100 kHz);

— korkea taajuus (yli 100 kHz).

3) herätysmenetelmällä:

— itsenäisellä (ulkoisella) virityksellä;

— itsevirityksellä (autogeneraattorit).

Autogeneraattori - itsestään virittyvä generaattori, ilman ulkoista vaikutusta, joka muuntaa energialähteiden energian jatkuvaksi värähtelyksi, esimerkiksi värähteleväksi piiriksi.

Kuva 1 — Generaattorin lohkokaavio

Elektroniset generaattoripiirit (kuva 1) on rakennettu samojen kaavioiden mukaan kuin vahvistimet, vain generaattoreissa ei ole tulosignaalilähdettä, se korvataan positiivisella takaisinkytkentäsignaalilla (PIC). Muistutamme, että takaisinkytkentä on osan lähtösignaalista siirtoa tulopiiriin. Vaadittu aaltomuoto saadaan takaisinkytkentäsilmukan rakenteesta. Värähtelytaajuuden asettamiseksi käyttöjärjestelmäpiirit rakennetaan LC- tai RC-piireille (taajuus määrittää kondensaattorin latausajan).

PIC-piirissä tuotettu signaali syötetään vahvistimen sisääntuloon, vahvistetaan kertoimella K ja lähetetään lähtöön. Tässä tapauksessa osa lähdöstä tulevasta signaalista palautetaan sisääntuloon PIC-piirin kautta, jossa se vaimennetaan kertoimella K, mikä mahdollistaa generaattorin lähtösignaalin vakioamplitudin ylläpitämisen.

Oskillaattorit, joissa on riippumaton ulkoinen heräte (selektiiviset vahvistimet) ovat tehovahvistimia, joilla on vastaava osa-alue, jonka tulona on oskillaattorin sähköinen signaali. Nämä. vain tietty taajuusalue vahvistetaan.

RC generaattorit

Matalataajuisten generaattoreiden luomiseen käytetään yleensä operaatiovahvistimia, kuten PIC-piiriä, RC-piirit asennetaan antamaan tietty taajuus f0 sinimuotoisia värähtelyjä.

RC-piirit ovat taajuussuodattimia – laitteita, jotka läpäisevät signaalit tietyllä taajuusalueella eivätkä siirry väärälle alueelle.Tällöin vahvistin syötetään takaisinkytkentäsilmukan kautta takaisin vahvistimen tuloon, mikä tarkoittaa, että vain tietty taajuus tai taajuuskaista vahvistetaan.

Kuvassa 2 on esitetty taajuussuodattimien päätyypit ja niiden taajuusvaste (AFC). Taajuusvaste näyttää suodattimen kaistanleveyden taajuuden funktiona.

Kuva 2 – Taajuussuodattimien tyypit ja niiden taajuusvaste

Suodattimien tyypit:

— alipäästösuodattimet (LPF);

— ylipäästösuodattimet (HPF);

— kaistanpäästösuodattimet (BPF);

— estotaajuussuodattimet (FSF).

Suodattimille on tunnusomaista katkaisutaajuus fc, jonka ylä- tai alapuolella on signaalin jyrkkä vaimennus, päästökaistat ja hylkäyssuodattimet ovat myös tunnusomaisia ​​IFP (RFP non-pass) -kaistanleveydellä.

Kuvassa 3 on kaavio sinimuotoisesta generaattorista. Tarvittava vahvistus asetetaan käyttämällä vastusten R1, R2 OOS-piiriä. Tässä tapauksessa PIC-piiri on kaistanpäästösuodatin. Resonanssitaajuus f0 määritetään kaavalla: f0 = 1 / (2πRC)

Syntyneiden värähtelyjen taajuuden stabiloimiseksi taajuudensäätöpiirinä käytetään kvartsiresonaattoreita. Kvartsiresonaattori on ohut mineraalilevy, joka on asennettu kvartsipidikkeeseen. Kuten tiedät, kvartsilla on pietsosähköinen vaikutus, mikä mahdollistaa sen käytön sähköistä värähtelypiiriä vastaavana järjestelmänä, jolla on resonanssiominaisuudet. Kvartsilevyjen resonanssitaajuudet vaihtelevat muutamasta kilohertsistä tuhansiin MHz:iin ja taajuuden epävakaus on tyypillisesti luokkaa 10-8 ja sen alle.

Kuva 3 – Kaavio RC-siniaaltogeneraattorista

Multivibraattorit ovat elektronisia generaattoreita neliöaaltosignaalit.

Multivibraattori toimii useimmissa tapauksissa pääoskillaattorina, joka tuottaa liipaisutulopulsseja myöhemmille solmuille ja lohkoille pulssi- ​​tai digitaalisessa toimintajärjestelmässä.

Kuvassa 4 on kaavio IOU-pohjaisesta symmetrisestä multivibraattorista. Symmetrinen — suorakulmaisen pulssin pulssiaika on yhtä suuri kuin taukoaika tpause = tpause.

IOU on positiivisen takaisinkytkennän peitossa — piiri R1, R2, joka toimii samalla tavalla kaikilla taajuuksilla. Jännite poikkeuttamattomassa sisääntulossa on vakio ja riippuu vastusten R1, R2 resistanssista. Multivibraattorin tulojännite muodostetaan OOS:n avulla RC-piirin kautta.

Kuva 4 – Kaavio symmetrisestä multivibraattorista

Lähtöjännitetaso muuttuu arvosta + Usat arvoon -Us ja päinvastoin.

Jos lähtöjännite Uout = + Usat, kondensaattori latautuu ja invertoivaan tuloon vaikuttava jännite Uc kasvaa eksponentiaalisesti (kuva 5).

Yhtälöllä Un = Uc tapahtuu jyrkkä muutos lähtöjännitteessä Uout = -Us, mikä johtaa kondensaattorin ylilatautumiseen. Kun yhtälö -Un = -Uc saavutetaan, Uout-tila muuttuu jälleen. Prosessi toistetaan.

Kuva 5 — Multivibraattorin toiminnan ajoituskaaviot

RC-piirin aikavakion muuttaminen aiheuttaa muutoksen kondensaattorin lataus- ja purkuaika, ja siten multivibraattorin värähtelytaajuus. Lisäksi taajuus riippuu PIC-parametreista ja määräytyy kaavasta: f = 1 / T = 1 / 2t ja = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Jos on tarpeen saada epäsymmetrisiä suorakaiteen muotoisia värähtelyjä t:lle ja ≠ tp:lle, käytetään epäsymmetrisiä multivibraattoreita, joissa kondensaattoria ladataan eri piireissä eri aikavakioilla.

Yksi vibraattori (odottavat multivibraattorit) on suunniteltu muodostamaan vaaditun pituinen suorakulmainen jännitepulssi, kun se altistuu lyhyelle liipaisupulssille tulossa. Monovibraattoreita kutsutaan usein elektronisiksi aikaviivereleiksi.

Teknisessä kirjallisuudessa on muutakin. yhden laukauksen nimi on odottava multivibraattori.

Monovibraattorilla on yksi pitkäaikainen vakaa tila, tasapaino, jossa se on ennen liipaisupulssin käyttöä. Toinen mahdollinen tila on tilapäisesti vakaa. Univibraattori siirtyy tähän tilaan liipaisupulssin vaikutuksesta ja voi olla siinä rajoitetun ajan tv:n ajan, jonka jälkeen se palaa automaattisesti alkutilaansa.

Päävaatimukset yhden laukauksen laitteille ovat lähtöpulssin keston vakaus ja sen alkutilan stabiilisuus.

Lineaariset jännitegeneraattorit (CLAY) muodostavat jaksollisia signaaleja, jotka vaihtelevat lineaarisesti (sahapulsseja).

Sahapulsseille on tunnusomaista työiskun kesto tp, paluuiskun kesto to ja amplitudi Um (Kuva 6, b).

Jännitteen lineaarisen riippuvuuden luomiseksi ajasta käytetään useimmiten vakiovirralla olevan kondensaattorin latausta (tai purkausta). Yksinkertaisin SAVE-kaavio on esitetty kuvassa 6, a.

Kun transistori VT on kiinni, kondensaattori C2 ladataan virtalähteestä Up vastuksen R2 kautta. Tässä tapauksessa jännite kondensaattorissa ja siten lähdössä kasvaa lineaarisesti.Kun positiivinen pulssi saapuu kannalle, transistori avautuu ja kondensaattori purkautuu nopeasti pienen resistanssinsa kautta, mikä saa aikaan nopean lähtöjännitteen alenemisen nollaan - ja päinvastoin.

CLAY:tä käytetään CRT-säteen skannauslaitteissa, analogia-digitaalimuuntimissa (ADC) ja muissa muunnoslaitteissa.

Kuva 6 — a) Yksinkertaisin menetelmä lineaarisesti muuttuvan jännitteen muodostamiseksi b) Trionipulssien aikakaavio.