Generatory elektroniczne

Generatory to urządzenia elektroniczne, które przetwarzają energię źródła prądu stałego na energię prądu przemiennego (drgania elektromagnetyczne) o różnych postaciach wymaganej częstotliwości i mocy.

Generatory elektroniczne stosowane w radiofonii, medycynie, radarach, wchodzą w skład przetworników analogowo-cyfrowych, układów mikroprocesorowych itp.

Żaden układ elektroniczny nie jest kompletny bez wewnętrznych lub zewnętrznych generatorów, które decydują o tempie jego działania. Podstawowe wymagania dla generatorów — stabilność częstotliwości drgań i możliwość usuwania z nich sygnałów do dalszego wykorzystania.

Klasyfikacja generatorów elektronicznych:

1) zgodnie z postacią sygnałów wyjściowych:

— sygnały sinusoidalne;

— sygnały prostokątne (multiwibratory);

— liniowo zmienne sygnały napięciowe (CLAY) lub nazywane są również generatorami napięcia piłokształtnego;

— sygnały o specjalnym kształcie.

2) z częstotliwości generowanych oscylacji (warunkowo):

— niska częstotliwość (do 100 kHz);

— wysoka częstotliwość (powyżej 100 kHz).

3) metodą wzbudzenia:

— z niezależnym (zewnętrznym) wzbudzeniem;

— z samowzbudzeniem (autogeneratory).

Autogenerator — samowzbudny generator, bez wpływu zewnętrznego, przekształcający energię źródeł energii w drgania ciągłe, na przykład obwód wibracyjny.

Rysunek 1 — Schemat blokowy generatora

Obwody generatorów elektronicznych (rysunek 1) są zbudowane według tych samych schematów, co wzmacniacze, tylko generatory nie mają źródła sygnału wejściowego, jest ono zastąpione dodatnim sygnałem sprzężenia zwrotnego (PIC). Przypominamy, że sprzężenie zwrotne to przekazanie części sygnału wyjściowego do obwodu wejściowego. Wymagany kształt fali zapewnia struktura pętli sprzężenia zwrotnego. Aby ustawić częstotliwość oscylacji, obwody OS buduje się na obwodach LC lub RC (częstotliwość określa czas ładowania kondensatora).

Sygnał generowany w układzie PIC podawany jest na wejście wzmacniacza, wzmacniany o współczynnik K i wysyłany na wyjście. W tym przypadku część sygnału z wyjścia jest zwracana do wejścia przez układ PIC, gdzie jest tłumiona o współczynnik K, co pozwoli na utrzymanie stałej amplitudy sygnału wyjściowego generatora.

Oscylatory z niezależnym wzbudzeniem zewnętrznym (wzmacniacze selektywne) to wzmacniacze mocy o odpowiednim zakresie częściowym, których wejściem jest sygnał elektryczny z oscylatora. Te. wzmacniane jest tylko określone pasmo częstotliwości.

generatory RC

Do tworzenia generatorów niskiej częstotliwości zwykle stosuje się wzmacniacze operacyjne, takie jak obwód PIC, instaluje się obwody RC, aby zapewnić określoną częstotliwość f0 oscylacji sinusoidalnych.

Obwody RC to filtry częstotliwości — urządzenia, które przepuszczają sygnały w określonym zakresie częstotliwości i nie przechodzą do niewłaściwego zakresu.W tym przypadku poprzez pętlę sprzężenia zwrotnego wzmacniacz jest podawany z powrotem na wejście wzmacniacza, co oznacza, że ​​wzmacniana jest tylko określona częstotliwość lub pasmo częstotliwości.

Rysunek 2 przedstawia główne typy filtrów częstotliwości i ich charakterystykę częstotliwościową (AFC). Charakterystyka częstotliwościowa pokazuje szerokość pasma filtra jako funkcję częstotliwości.

Rysunek 2 — Rodzaje filtrów częstotliwości i ich charakterystyka częstotliwościowa

Rodzaje filtrów:

— filtry dolnoprzepustowe (LPF);

— filtry górnoprzepustowe (HPF);

— filtry środkowoprzepustowe (BPF);

— blokujące filtry częstotliwości (FSF).

Filtry charakteryzują się częstotliwością odcięcia fc, powyżej lub poniżej której następuje gwałtowne tłumienie sygnału.Pasma przepustowe i filtry odrzucające charakteryzują się również szerokością pasma IFP (RFP non-pass).

Rysunek 3 przedstawia schemat generatora sinusoidalnego. Wymagane wzmocnienie jest ustawiane za pomocą obwodu OOS rezystorów R1, R2. W tym przypadku obwód PIC jest filtrem pasmowoprzepustowym. Częstotliwość rezonansową f0 określa wzór: f0 = 1 / (2πRC)

Aby ustabilizować częstotliwość generowanych oscylacji, jako obwód strojenia częstotliwości stosuje się rezonatory kwarcowe. Rezonator kwarcowy to cienka płyta mineralna zamontowana w kwarcowym uchwycie. Jak wiesz, kwarc ma efekt piezoelektryczny, co umożliwia wykorzystanie go jako układu równoważnego z elektrycznym obwodem oscylacyjnym i posiadającego właściwości rezonansowe. Częstotliwości rezonansowe płyt kwarcowych wahają się od kilku kiloherców do tysięcy MHz z niestabilnością częstotliwości rzędu 10-8 i mniej.

Rysunek 3 — Schemat generatora sinusoidalnego RC

Multiwibratory to generatory elektroniczne sygnały prostokątne.

Multiwibrator w większości przypadków pełni funkcję oscylatora nadrzędnego generującego impulsy wejściowe wyzwalające dla kolejnych węzłów i bloków w układzie impulsowym lub cyfrowym.

Rysunek 4 przedstawia schemat symetrycznego multiwibratora opartego na IOU. Symetryczny — czas trwania impulsu prostokątnego jest równy czasowi przerwy tpause = tpause.

IOU jest objęte dodatnim sprzężeniem zwrotnym — obwód R1, R2 działający jednakowo na wszystkich częstotliwościach. Napięcie na wejściu nieodchylającym jest stałe i zależy od rezystancji rezystorów R1, R2. Napięcie wejściowe multiwibratora jest generowane za pomocą OOS przez obwód RC.

Rysunek 4 — Schemat symetrycznego multiwibratora

Poziom napięcia wyjściowego zmienia się z + Usat na -Us i odwrotnie.

Jeżeli napięcie wyjściowe Uout = + Usat, kondensator jest ładowany, a napięcie Uc działające na wejście odwracające rośnie wykładniczo (rys. 5).

Przy równości Un = Uc nastąpi gwałtowna zmiana napięcia wyjściowego Uout = -Us, co doprowadzi do przeładowania kondensatora. Gdy równość -Un = -Uc zostanie osiągnięta, stan Uout zmieni się ponownie. Proces jest powtarzany.

Rysunek 5 — Diagramy czasowe działania multiwibratora

Zmiana stałej czasowej obwodu RC powoduje zmianę czas ładowania i rozładowania kondensatora, a stąd częstotliwość oscylacji multiwibratora. Dodatkowo częstotliwość zależy od parametrów PIC i jest określona wzorem: f = 1 / T = 1 / 2t oraz = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Jeśli konieczne jest uzyskanie asymetrycznych oscylacji prostokątnych dla t i ≠ tp, stosuje się multiwibratory asymetryczne, w których kondensator jest ładowany w różnych obwodach o różnych stałych czasowych.

Pojedynczy wibrator (multiwibratory oczekujące) są zaprojektowane do tworzenia prostokątnego impulsu napięcia o wymaganym czasie trwania po wystawieniu na krótki impuls wyzwalający na wejściu. Monowibratory są często nazywane elektronicznymi przekaźnikami opóźniającymi.

Literatura techniczna to coś więcej. nazwa jednorazowego użytku to czekający multiwibrator.

Monowibrator ma jeden długotrwały stan ustalony, równowagę, w której się znajduje przed zastosowaniem impulsu wyzwalającego. Drugi możliwy stan jest chwilowo stabilny. Uniwibrator wchodzi w ten stan pod działaniem impulsu wyzwalającego i może przebywać w nim przez określony czas tv, po czym automatycznie powraca do stanu początkowego.

Główne wymagania dla urządzeń jednostrzałowych to stabilność czasu trwania impulsu wyjściowego i stabilność jego stanu początkowego.

Liniowe generatory napięcia (CLAY) tworzą okresowe sygnały, które zmieniają się liniowo (impulsy piłokształtne).

Impulsy piłokształtne charakteryzują się czasem trwania skoku roboczego tp, czasem trwania skoku powrotnego do i amplitudą Um (ryc. 6, b).

Aby stworzyć liniową zależność napięcia od czasu, najczęściej stosuje się ładowanie (lub rozładowanie) kondensatora o stałym prądzie. Najprostszy schemat CLAY pokazano na rysunku 6, a.

Gdy tranzystor VT jest zamknięty, kondensator C2 jest ładowany przez zasilacz Up przez rezystor R2. W tym przypadku napięcie w kondensatorze, a tym samym na wyjściu, wzrasta liniowo.Kiedy dodatni impuls dociera do podstawy, tranzystor otwiera się, a kondensator szybko się rozładowuje dzięki swojej niskiej rezystancji, co zapewnia szybką redukcję napięcia wyjściowego do zera — i odwrotnie.

CLAY jest używany w urządzeniach do skanowania wiązki w kineskopach, w przetwornikach analogowo-cyfrowych (ADC) i innych urządzeniach konwertujących.

Rysunek 6 — a) Najprostszy schemat tworzenia liniowo zmieniającego się napięcia b) Wykres czasowy impulsów trionowych.