Elektroniska generatorer

Generatorer är elektroniska enheter som omvandlar energin från en likströmskälla till växelströmsenergi (elektromagnetiska svängningar) med olika former av erforderlig frekvens och effekt.

Elektroniska generatorer som används i radiosändningar, medicin, radar, är en del av analog-till-digital-omvandlare, mikroprocessorsystem, etc.

Inget elektroniskt system är komplett utan interna eller externa generatorer som bestämmer takten i dess drift. Grundläggande krav för generatorer — stabiliteten hos vibrationsfrekvensen och förmågan att ta bort signaler från dem för vidare användning.

Klassificering av elektroniska generatorer:

1) enligt formen på utsignalerna:

— sinusformade signaler;

— rektangulära signaler (multivibratorer).

— linjärt varierande spänningssignaler (CLAY) eller de kallas även sågtandsspänningsgeneratorer;

— speciella formsignaler.

2) från frekvensen av de genererade svängningarna (villkorligt):

— låg frekvens (upp till 100 kHz);

— hög frekvens (över 100 kHz).

3) med excitationsmetoden:

— med oberoende (extern) excitation;

— med självexcitering (autogeneratorer).

Autogenerator — en självexciterad generator, utan yttre påverkan, omvandlar energin från energikällor till kontinuerlig vibration, till exempel en vibrerande krets.

Figur 1 — Blockschema över generatorn

Elektroniska generatorkretsar (Figur 1) är byggda enligt samma scheman som förstärkare, bara generatorer har ingen ingångssignalkälla, den ersätts av en positiv återkopplingssignal (PIC). Vi påminner dig om att återkoppling är överföringen av en del av utsignalen till ingångskretsen. Den erforderliga vågformen tillhandahålls av återkopplingsslingans struktur. För att ställa in oscillationsfrekvensen är OS-kretsar byggda på LC- eller RC-kretsar (frekvensen bestämmer kondensatorns laddningstid).

Signalen som genereras i PIC-kretsen matas till förstärkarens ingång, förstärks med en faktor K och skickas till utgången. I detta fall återförs en del av signalen från utgången till ingången genom PIC-kretsen, där den dämpas med en faktor på K, vilket gör det möjligt att upprätthålla en konstant amplitud av generatorns utsignal.

Oscillatorer med oberoende extern excitation (selektiva förstärkare) är effektförstärkare med motsvarande delområde, vars ingång är en elektrisk signal från en oscillator. Dessa. endast ett visst frekvensband förstärks.

RC generatorer

För att skapa lågfrekventa generatorer används vanligtvis operationsförstärkare, såsom en PIC-krets, RC-kretsar installeras för att ge en given frekvens f0 av sinusformade svängningar.

RC-kretsar är frekvensfilter – enheter som skickar signaler inom ett visst frekvensområde och inte går in i fel område.I detta fall, genom återkopplingsslingan, återkopplas förstärkaren till förstärkarens ingång, vilket innebär att endast en viss frekvens eller ett visst frekvensband förstärks.

Figur 2 visar huvudtyperna av frekvensfilter och deras frekvenssvar (AFC). Frekvenssvaret visar filtrets bandbredd som en funktion av frekvensen.

Figur 2 — Typer av frekvensfilter och deras frekvenssvar

Typer av filter:

— Lågpassfilter (LPF).

— Högpassfilter (HPF).

— Bandpassfilter (BPF).

— Blockerande frekvensfilter (FSF).

Filter kännetecknas av en gränsfrekvens fc över eller under vilken det finns en kraftig dämpning av signalen. Passband och avvisningsfilter kännetecknas också av IFP-bandbredden (RFP non-pass).

Figur 3 visar ett diagram över en sinusformad generator. Den erforderliga förstärkningen ställs in med hjälp av OOS-kretsen för motstånden R1, R2. I detta fall är PIC-kretsen ett bandpassfilter. Resonansfrekvensen f0 bestäms av formeln: f0 = 1 / (2πRC)

För att stabilisera frekvensen av de genererade svängningarna används kvartsresonatorer som en frekvensavstämningskrets. En kvartsresonator är en tunn mineralplatta monterad i en kvartshållare. Som ni vet har kvarts piezoelektrisk effekt, vilket gör det möjligt att använda det som ett system som motsvarar en elektrisk oscillerande krets och som har resonansegenskaper. Resonansfrekvenserna för kvartsplattor sträcker sig från några kilohertz till tusentals MHz med frekvensinstabilitet typiskt i storleksordningen 10-8 och lägre.

Figur 3 — Diagram över en RC sinusvågsgenerator

Multivibratorer är elektroniska generatorer fyrkantsvågssignaler.

Multivibratorn utför i de flesta fall funktionen av en masteroscillator som genererar triggeringångspulser för efterföljande noder och block i ett puls- eller digitalt åtgärdssystem.

Figur 4 visar ett diagram över en IOU-baserad symmetrisk multivibrator. Symmetrisk — pulstiden för en rektangulär puls är lika med paustiden tpause = tpause.

IOU täcks av positiv återkoppling — en krets R1, R2 som verkar lika på alla frekvenser. Spänningen vid den icke-avböjande ingången är konstant och beror på resistansen hos motstånden R1, R2. Multivibratorns inspänning genereras med OOS genom RC-kretsen.

Figur 4 — Schematisk bild av en symmetrisk multivibrator

Utspänningsnivån ändras från + Usat till -Us och vice versa.

Om utspänningen Uout = + Usat laddas kondensatorn och spänningen Uc som verkar på den inverterande ingången ökar exponentiellt (fig. 5).

Med likheten Un = Uc blir det en kraftig förändring i utspänningen Uout = -Us, vilket leder till överladdning av kondensatorn. När likheten -Un = -Uc uppnås kommer tillståndet för Uout att ändras igen. Processen upprepas.

Figur 5 — Tidsdiagram för multivibratordrift

Ändring av tidskonstanten för RC-kretsen resulterar i en förändring laddnings- och urladdningstid för kondensatorn, och därmed oscillationsfrekvensen för multivibratorn. Dessutom beror frekvensen på PIC-parametrarna och bestäms av formeln: f = 1 / T = 1 / 2t och = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Om det är nödvändigt att erhålla asymmetriska rektangulära oscillationer för t och ≠ tp används asymmetriska multivibratorer, där kondensatorn laddas upp i olika kretsar med olika tidskonstanter.

En enda vibrator (väntande multivibratorer) är utformade för att bilda en rektangulär spänningspuls av erforderlig varaktighet när den utsätts för en kort triggerpuls vid ingången. Monovibratorer kallas ofta elektroniska tidsfördröjningsreläer.

Det finns mer i den tekniska litteraturen. namnet på one-shot är den väntande multivibratorn.

En monovibrator har ett långsiktigt stabilt tillstånd, den jämvikt den befinner sig i innan triggerpulsen appliceras. Det andra möjliga tillståndet är tillfälligt stabilt. Univibratorn går in i detta tillstånd under verkan av en triggerpuls och kan vara i den under en begränsad tid på tv, varefter den automatiskt återgår till sitt ursprungliga tillstånd.

Huvudkraven för enkelskottsenheter är stabiliteten för varaktigheten av utpulsen och stabiliteten i dess initiala tillstånd.

Linjära spänningsgeneratorer (CLAY) bildar periodiska signaler som varierar linjärt (sågtandspulser).

Sågtandspulser kännetecknas av varaktigheten av arbetsslaget tp, varaktigheten av returslaget till och amplituden Um (Figur 6, b).

För att skapa ett linjärt spänningsberoende i tid används oftast laddningen (eller urladdningen) av en kondensator med konstant ström. Det enklaste schemat för LERA visas i figur 6, a.

När transistorn VT är stängd laddas kondensatorn C2 av strömförsörjningen Upp genom motståndet R2. I detta fall ökar spänningen i kondensatorn och därför vid utgången linjärt.När en positiv puls kommer till basen öppnas transistorn och kondensatorn laddas ur snabbt genom sitt låga motstånd, vilket ger en snabb minskning av utspänningen till noll – och vice versa.

CLAY används i strålavsökningsenheter i katodstrålerör, i analog-till-digitalomvandlare (ADC) och andra konverteringsenheter.

Figur 6 — a) Det enklaste schemat för bildandet av linjärt föränderlig spänning b) Tidsdiagram för trionpulser.