Elektroniske generatorer

Generatorer er elektroniske enheter som konverterer energien til en likestrømkilde til vekselstrømsenergi (elektromagnetiske oscillasjoner) med ulike former for nødvendig frekvens og effekt.

Elektroniske generatorer som brukes i radiokringkasting, medisin, radar, er en del av analog-til-digital-omformere, mikroprosessorsystemer, etc.

Intet elektronisk system er komplett uten interne eller eksterne generatorer som bestemmer tempoet i driften. Grunnleggende krav til generatorer — stabiliteten til vibrasjonsfrekvensen og evnen til å fjerne signaler fra dem for videre bruk.

Klassifisering av elektroniske generatorer:

1) i henhold til formen til utgangssignalene:

— sinusformede signaler;

— rektangulære signaler (multivibratorer);

— lineært varierende spenningssignaler (LERE) eller de kalles også sagtannspenningsgeneratorer;

— spesielle formsignaler.

2) fra frekvensen til de genererte oscillasjonene (betinget):

— lav frekvens (opptil 100 kHz);

— høy frekvens (over 100 kHz).

3) ved eksitasjonsmetoden:

— med uavhengig (ekstern) eksitasjon;

— med selveksitering (autogeneratorer).

Autogenerator — en selveksitert generator, uten ekstern påvirkning, som konverterer energien til energikilder til kontinuerlig vibrasjon, for eksempel en vibrerende krets.

Figur 1 — Blokkdiagram av generatoren

Elektroniske generatorkretser (figur 1) er bygget i henhold til de samme ordningene som forsterkere, bare generatorer har ikke en inngangssignalkilde, den erstattes av et positivt tilbakemeldingssignal (PIC). Vi minner om at tilbakemelding er overføring av en del av utgangssignalet til inngangskretsen. Den nødvendige bølgeformen leveres av tilbakekoblingssløyfestrukturen. For å stille inn oscillasjonsfrekvensen er OS-kretser bygget på LC- eller RC-kretser (frekvensen bestemmer kondensatorens ladetid).

Signalet som genereres i PIC-kretsen tilføres inngangen til forsterkeren, forsterkes med en faktor K og sendes til utgangen. I dette tilfellet blir en del av signalet fra utgangen returnert til inngangen gjennom PIC-kretsen, hvor det dempes med en faktor på K, noe som vil tillate å opprettholde en konstant amplitude av utgangssignalet til generatoren.

Oscillatorer med uavhengig ekstern eksitasjon (selektive forsterkere) er effektforsterkere med tilsvarende delområde, hvis inngang er et elektrisk signal fra en oscillator. Disse. bare et visst frekvensbånd forsterkes.

RC generatorer

For å lage lavfrekvente generatorer brukes vanligvis operasjonsforsterkere, for eksempel en PIC-krets, RC-kretser er installert for å gi en gitt frekvens f0 av sinusformede oscillasjoner.

RC-kretser er frekvensfiltre - enheter som sender signaler i et bestemt frekvensområde og ikke går inn i feil område.I dette tilfellet, gjennom tilbakekoblingssløyfen, føres forsterkeren tilbake til inngangen til forsterkeren, noe som betyr at kun en viss frekvens eller frekvensbånd forsterkes.

Figur 2 viser hovedtypene av frekvensfiltre og deres frekvensrespons (AFC). Frekvensresponsen viser båndbredden til filteret som en funksjon av frekvensen.

Figur 2 — Typer av frekvensfiltre og deres frekvensrespons

Typer filtre:

— lavpassfiltre (LPF);

— høypassfiltre (HPF);

— båndpassfiltre (BPF);

— blokkerende frekvensfiltre (FSF).

Filtre kjennetegnes ved en grensefrekvens fc over eller under som det er en kraftig dempning av signalet.Passbånd og avvisningsfiltre er også preget av IFP (RFP non-pass) båndbredden.

Figur 3 viser et diagram av en sinusformet generator. Den nødvendige forsterkningen stilles inn ved hjelp av OOS-kretsen til motstandene R1, R2. I dette tilfellet er PIC-kretsen et båndpassfilter. Resonansfrekvensen f0 bestemmes av formelen: f0 = 1 / (2πRC)

For å stabilisere frekvensen til de genererte oscillasjonene, brukes kvartsresonatorer som en frekvensinnstillingskrets. En kvartsresonator er en tynn mineralplate montert i en kvartsholder. Som du vet har kvarts piezoelektrisk effekt, som gjør det mulig å bruke det som et system som tilsvarer en elektrisk oscillerende krets og har resonansegenskaper. Resonansfrekvensene til kvartsplater varierer fra noen få kilohertz til tusenvis av MHz med frekvensustabilitet typisk i størrelsesorden 10-8 og lavere.

Figur 3 — Diagram av en RC sinusbølgegenerator

Multivibratorer er elektroniske generatorer firkantbølgesignaler.

Multivibratoren utfører i de fleste tilfeller funksjonen til en masteroscillator som genererer trigger-inngangspulser for påfølgende noder og blokker i et puls- eller digitalt handlingssystem.

Figur 4 viser et diagram av en IOU-basert symmetrisk multivibrator. Symmetrisk — pulstiden til en rektangulær puls er lik pausetiden tpause = tpause.

IOUen er dekket av positiv tilbakemelding - en krets R1, R2 som virker likt på alle frekvenser. Spenningen ved den ikke-avbøyende inngangen er konstant og avhenger av motstanden til motstandene R1, R2. Inngangsspenningen til multivibratoren genereres ved hjelp av OOS gjennom RC-kretsen.

Figur 4 — Skjematisk av en symmetrisk multivibrator

Utgangsspenningsnivået endres fra + Usat til -Us og omvendt.

Hvis utgangsspenningen Uout = + Usat, lades kondensatoren og spenningen Uc som virker på den inverterende inngangen øker eksponentielt (fig. 5).

Med likheten Un = Uc vil det være en skarp endring i utgangsspenningen Uout = -Us, noe som vil føre til overlading av kondensatoren. Når likheten -Un = -Uc er nådd, vil tilstanden til Uout endres igjen. Prosessen gjentas.

Figur 5 — Tidsdiagrammer for multivibratordrift

Endring av tidskonstanten til RC-kretsen resulterer i en endring lade- og utladingstid for kondensatoren, og derav oscillasjonsfrekvensen til multivibratoren. I tillegg avhenger frekvensen av PIC-parametrene og bestemmes av formelen: f = 1 / T = 1 / 2t og = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Hvis det er nødvendig å oppnå asymmetriske rektangulære oscillasjoner for t og ≠ tp, brukes asymmetriske multivibratorer, der kondensatoren lades opp i forskjellige kretser med forskjellige tidskonstanter.

En enkelt vibrator (ventende multivibratorer) er designet for å danne en rektangulær spenningspuls med nødvendig varighet når den utsettes for en kort triggerpuls ved inngangen. Monovibratorer kalles ofte elektroniske tidsforsinkelsesreléer.

Det er mer til den tekniske litteraturen. navnet på one-shot er den ventende multivibratoren.

En monovibrator har én langsiktig stabil tilstand, likevekten den er i før triggerpulsen påføres. Den andre mulige tilstanden er midlertidig stabil. Univibratoren går inn i denne tilstanden under påvirkning av en triggerpuls og kan være i den i en begrenset tidsperiode på tv, hvoretter den automatisk går tilbake til sin opprinnelige tilstand.

Hovedkravene til enkeltskuddsenheter er stabiliteten til varigheten av utgangspulsen og stabiliteten til dens opprinnelige tilstand.

Lineære spenningsgeneratorer (CLAY) danner periodiske signaler som varierer lineært (sagtannpulser).

Sagtannpulser karakteriseres av varigheten av arbeidsslaget tp, varigheten av returslaget til og amplituden Um (Figur 6, b).

For å skape en lineær avhengighet av spenning på tid, brukes oftest ladningen (eller utladningen) av en kondensator med konstant strøm. Det enkleste oppsettet av LEIR er vist i figur 6, a.

Når transistoren VT er lukket, lades kondensatoren C2 av strømforsyningen Opp gjennom motstanden R2. I dette tilfellet øker spenningen i kondensatoren og derfor ved utgangen lineært.Når en positiv puls kommer til basen, åpnes transistoren og kondensatoren lades raskt ut gjennom sin lave motstand, noe som gir en rask reduksjon av utgangsspenningen til null – og omvendt.

CLAY brukes i stråleskanningsenheter i CRT-er, i analog-til-digital-omformere (ADC) og andre konverteringsenheter.

Figur 6 — a) Det enkleste opplegget for dannelse av lineært skiftende spenning b) Tidsdiagram for trionpulser.