Elektroniske generatorer

Generatorer er elektroniske enheder, der omdanner energien fra en jævnstrømskilde til vekselstrømsenergi (elektromagnetiske svingninger) med forskellige former for den nødvendige frekvens og effekt.

Elektroniske generatorer, der bruges i radioudsendelser, medicin, radar, er en del af analog-til-digital-konvertere, mikroprocessorsystemer osv.

Intet elektronisk system er komplet uden interne eller eksterne generatorer, der bestemmer tempoet i dets drift. Grundlæggende krav til generatorer — stabilitet af vibrationsfrekvensen og evnen til at fjerne signaler fra dem til videre brug.

Klassificering af elektroniske generatorer:

1) i henhold til udgangssignalernes form:

— sinusformede signaler;

— rektangulære signaler (multivibratorer);

— lineært varierende spændingssignaler (CLAY), eller de kaldes også savtandspændingsgeneratorer;

— særlige formsignaler.

2) fra frekvensen af ​​de genererede oscillationer (betinget):

— lav frekvens (op til 100 kHz);

— høj frekvens (over 100 kHz).

3) ved excitationsmetoden:

— med uafhængig (ydre) excitation;

— med selv-excitering (autogeneratorer).

Autogenerator — en selvophidset generator uden ekstern påvirkning, der omdanner energien fra energikilder til kontinuerlig vibration, for eksempel et vibrerende kredsløb.

Figur 1 — Blokdiagram af generatoren

Elektroniske generatorkredsløb (figur 1) er bygget i henhold til de samme skemaer som forstærkere, kun generatorer har ikke en indgangssignalkilde, den erstattes af et positivt feedbacksignal (PIC). Vi minder dig om, at feedback er overførslen af ​​en del af udgangssignalet til indgangskredsløbet. Den nødvendige bølgeform er tilvejebragt af feedback-sløjfestrukturen. For at indstille oscillationsfrekvensen er OS-kredsløb bygget på LC- eller RC-kredsløb (frekvensen bestemmer kondensatorens genopladningstid).

Signalet, der genereres i PIC-kredsløbet, tilføres til forstærkerens indgang, forstærkes med en faktor K og sendes til udgangen. I dette tilfælde returneres en del af signalet fra udgangen til indgangen gennem PIC-kredsløbet, hvor det dæmpes med en faktor på K, hvilket gør det muligt at opretholde en konstant amplitude af generatorens udgangssignal.

Oscillatorer med uafhængig ekstern excitation (selektive forstærkere) er effektforstærkere med det tilsvarende delområde, hvis input er et elektrisk signal fra en oscillator. Disse. kun et bestemt frekvensbånd forstærkes.

RC generatorer

For at skabe lavfrekvente generatorer anvendes normalt operationsforstærkere, såsom et PIC-kredsløb, RC-kredsløb er installeret for at give en given frekvens f0 af sinusformede svingninger.

RC-kredsløb er frekvensfiltre - enheder, der sender signaler i et bestemt frekvensområde og ikke passerer ind i det forkerte område.I dette tilfælde føres forstærkeren gennem feedback-sløjfen tilbage til forstærkerens indgang, hvilket betyder, at kun en bestemt frekvens eller et bestemt frekvensbånd forstærkes.

Figur 2 viser hovedtyperne af frekvensfiltre og deres frekvensrespons (AFC). Frekvenssvaret viser filterets båndbredde som funktion af frekvensen.

Figur 2 — Typer af frekvensfiltre og deres frekvensrespons

Typer af filtre:

— lavpasfiltre (LPF);

— højpasfiltre (HPF);

— båndpasfiltre (BPF);

— blokerende frekvensfiltre (FSF).

Filtre er karakteriseret ved en afskæringsfrekvens fc over eller under hvilken der er en skarp dæmpning af signalet.Passbånd og afvisningsfiltre er også karakteriseret ved IFP (RFP non-pass) båndbredden.

Figur 3 viser et diagram af en sinusformet generator. Den nødvendige forstærkning indstilles ved hjælp af OOS-kredsløbet af modstande R1, R2. I dette tilfælde er PIC-kredsløbet et båndpasfilter. Resonansfrekvensen f0 bestemmes af formlen: f0 = 1 / (2πRC)

For at stabilisere frekvensen af ​​de genererede oscillationer bruges kvartsresonatorer som et frekvenstuningkredsløb. En kvartsresonator er en tynd mineralplade monteret i en kvartsholder. Det har kvarts som bekendt piezoelektrisk effekt, hvilket gør det muligt at bruge det som et system svarende til et elektrisk oscillerende kredsløb og med resonansegenskaber. Resonansfrekvenserne for kvartsplader spænder fra nogle få kilohertz til tusindvis af MHz med frekvensustabilitet typisk i størrelsesordenen 10-8 og derunder.

Figur 3 — Diagram af en RC sinusbølgegenerator

Multivibratorer er elektroniske generatorer firkantbølgesignaler.

Multivibratoren udfører i de fleste tilfælde funktionen som en masteroscillator, der genererer trigger-indgangsimpulser til efterfølgende knudepunkter og blokke i et impuls- eller digitalt handlingssystem.

Figur 4 viser et diagram af en IOU-baseret symmetrisk multivibrator. Symmetrisk — pulstiden for en rektangulær puls er lig med pausetiden tpause = tpause.

IOU'en er dækket af positiv feedback - et kredsløb R1, R2, der virker lige ved alle frekvenser. Spændingen ved den ikke-afbøjende indgang er konstant og afhænger af modstandene R1, R2. Multivibratorens indgangsspænding genereres ved hjælp af OOS gennem RC-kredsløbet.

Figur 4 — Skematisk af en symmetrisk multivibrator

Udgangsspændingsniveauet ændres fra + Usat til -Us og omvendt.

Hvis udgangsspændingen Uout = + Usat, oplades kondensatoren, og spændingen Uc, der virker på den inverterende input, stiger eksponentielt (fig. 5).

Med ligheden Un = Uc vil der ske en skarp ændring i udgangsspændingen Uout = -Us, hvilket vil føre til overopladning af kondensatoren. Når ligheden -Un = -Uc er nået, vil tilstanden af ​​Uout ændre sig igen. Processen gentages.

Figur 5 — Timingdiagrammer for multivibratordrift

Ændring af tidskonstanten for RC-kredsløbet resulterer i en ændring opladning og afladningstid for kondensatoren, og dermed oscillationsfrekvensen for multivibratoren. Derudover afhænger frekvensen af ​​PIC-parametrene og bestemmes af formlen: f = 1 / T = 1 / 2t og = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Hvis det er nødvendigt at opnå asymmetriske rektangulære oscillationer for t og ≠ tp, anvendes asymmetriske multivibratorer, hvor kondensatoren genoplades i forskellige kredsløb med forskellige tidskonstanter.

En enkelt vibrator (ventende multivibratorer) er designet til at danne en rektangulær spændingsimpuls af den nødvendige varighed, når den udsættes for en kort triggerimpuls ved indgangen. Monovibratorer kaldes ofte elektroniske tidsforsinkelsesrelæer.

Der er mere til den tekniske litteratur. navnet på one-shot er den ventende multivibrator.

En monovibrator har én langsigtet steady state, ligevægten den er i, før triggerimpulsen påføres. Den anden mulige tilstand er midlertidigt stabil. Univibratoren går ind i denne tilstand under påvirkning af en triggerimpuls og kan være i den i et begrænset tidsrum tv, hvorefter den automatisk vender tilbage til sin oprindelige tilstand.

De vigtigste krav til enkeltskudsenheder er stabiliteten af ​​varigheden af ​​udgangsimpulsen og stabiliteten af ​​dens begyndelsestilstand.

Lineære spændingsgeneratorer (CLAY) danner periodiske signaler, der varierer lineært (savtandsimpulser).

Savtandimpulser er karakteriseret ved varigheden af ​​arbejdsslaget tp, varigheden af ​​returslaget til og amplituden Um (Figur 6, b).

For at skabe en lineær afhængighed af spænding til tiden bruges opladningen (eller afladningen) af en kondensator med en konstant strøm oftest. Det enkleste skema af LER er vist i figur 6, a.

Når transistoren VT er lukket oplades kondensatoren C2 af strømforsyningen Op gennem modstanden R2. I dette tilfælde stiger spændingen i kondensatoren og derfor ved udgangen lineært.Når en positiv impuls ankommer til basen, åbner transistoren, og kondensatoren aflades hurtigt gennem sin lave modstand, hvilket giver en hurtig reduktion af udgangsspændingen til nul - og omvendt.

CLAY bruges i strålescanningsenheder i CRT'er, i analog-til-digital konvertere (ADC'er) og andre konverteringsenheder.

Figur 6 — a) Det enkleste skema til dannelse af lineært skiftende spænding b) Tidsdiagram af trionimpulser.