Генератори електричних сигналів

19.08.2015

Генератори електричних сигналів

Генератори електричних сигналів

Призначення та види генераторів .

Електронним генератором сигналів називають пристрій, за допомогою якого енергія сторонніх джерел живлення перетвориться в електричні коливання необхідної форми, частоти і потужності. Електронні генератори входять складовою частиною в багато електронні прилади і системи. Так, наприклад, генератори гармонійних або інших форм коливань використовуються в універсальних вимірювальних приладах, осцилографах, мікропроцесорних системах, в різних технологічних установках та ін. В телевізорах генератори рядкової і кадрової розгорток використовуються для формування світиться екрану.

Класифікація генераторів виконується за рядом ознак: форми коливань, їх частоти, вихідної потужності, призначенням, типом використовуваного активного елемента, увазі частотно-виборчої ланцюга зворотного зв’язку і ін. За призначенням генератори ділять на технологічні, вимірювальні, медичні, зв’язкові. За формою коливань їх ділять на генератори гармонійних і негармонических (імпульсних) сигналів.

За вихідної потужності генератора ділять на малопотужні (менше 1 Вт), середньої потужності (нижче 100 Вт) і потужні (понад 100 Вт). По частоті генератори можна розділити на наступні групи: інфранизкочастотні (менше 10Гц), низькочастотні (від 10Гц до 100 кГц), високочастотні (від 100 кГц до 100МГц) та надвисокочастотні (вище 100МГц).

За використовуваним активним елементам генератори ділять на лампові, транзисторні, на операційних підсилювачах, на тунельних діодах, або динисторах, а за типом частотно-вибіркових ланцюгів зворотного зв’язку — на генератори LC-RC — і ^L-типу. Крім того, зворотній зв’язок в генераторах може бути зовнішньої або внутрішньої.

Принципи побудови генераторів.

Генератор є нелінійним пристроєм, який перетворює, як вже сказано, енергію постійного напруги від джерел живлення в енергію коливань. Узагальнена структурна схема генератора з зовнішнім зворотним зв’язком наведена на рис..1. Вона містить підсилювач з коефіцієнтом підсилення К, частотно-виборчу ланцюг позитивного зворотного зв’язку з коефіцієнтом передачі ? і ланцюг негативного зворотного зв’язку з коефіцієнтом передачі m.

Функціонування генератора можна розділити на два етапи: етап збудження генератора і етап стаціонарного режиму. На етапі збудження коливань

в генераторі з’являються коливання і амплітуда їх поступово наростає. На другому етапі амплітуда коливань стабілізується і генератор переходить у стаціонарний режим. Форма коливань на обох етапах показана на рис.

На етапі порушення коливань основну роль грає ланцюг позитивного зворотного зв’язку. Ця ланцюг визначає умова збудження коливань, їх частоту та швидкість наростання амплітуди. Після виникнення коливань їх амплітуда зростає до тих пір, поки дія нелінійної негативного зворотного зв’язку обмежить їх зростання.

Оскільки на етапі порушення ланцюг негативного зворотного зв’язку не працює, розглянемо більш просту схему генератора, зображену на рис.2 Ланцюг позитивного зворотного зв’язку b зазвичай виконується на пасивних елементах і тому має втрати. Загасання сигналу в ланцюзі зворотного зв’язку компенсується посиленням, яке забезпечує підсилювач У. Розглянемо умови, при яких в схемі, наведеній на рис.2 а можуть виникнути коливання.

При включенні живлення в схемі виникають коливання, зумовлені нестаціонарними процесами — зарядом ємностей і індуктивностей, перехідними

Малюнок 2 –Спрощена схема генератора.

процесами в транзисторах або ОУ. Ці коливання поступають на вхід підсилювача у вигляді сигналу UBX і, пройшовши підсилювач, з’являються на його виході у вигляді сигналу Uвих =Uвх K. З виходу підсилювача коливання через ланцюг позитивного зворотного зв’язку знову надходять на вхід підсилювача, тому

u вих(1-до?)=0, (1)

де До — комплексне значення коефіцієнта підсилення, b — передача ланцюга зворотного зв’язку.

З рівняння (1) випливає, що напруга на вході підсилювача, а отже, і на його виході може мати кінцеве значення тільки при виконанні умови:

1-до ? =про,

звідки знаходимо умова збудження коливань:

до ? =1, (2)

де твір ? називається петлевим посиленням підсилювача зі зворотним зв’язком.

Умова виникнення коливань (2) розпадається на дві умови, які прийнято називати умовами балансу амплітуд і фаз:

до ? =1, (3)

аrctg (?) = ? ? + ?до=0.

Перше з умов (3) означає, що в стаціонарному режимі повне петлеве посилення на робочій частоті генератора повинна бути дорівнює одиниці, тобто модуль коефіцієнта підсилення підсилювача повинен бути дорівнює модулю зворотної величини коефіцієнта передачі ланки позитивного зворотного зв’язку | До| = | ? -1 |. Інакше кажучи, наскільки сигнал послаблюється при передачі через ланцюг зворотного зв’язку b, настільки ж він повинен посилюватися підсилювачем.

Якщо коефіцієнт підсилення підсилювача |K||b|, коливання будуть наростаючими, як показано на рис.2 б. Для точного виконання умови балансу амплітуд в схему генератора вводиться негативна зворотній зв’язок, за допомогою якої змінюється петлеве посилення. Можливі різні способи регулювання петлевого посилення: зміною коефіцієнта підсилення підсилювача, зміною коефіцієнта передачі ланцюга позитивного зворотного зв’язку, зміною коефіцієнта передачі ланцюга негативного зворотного зв’язку. В якості елементів, що регулюють петлеве посилення, використовуються або пасивні нелінійні елементи: термістори, варистори, позистор, лампи розжарювання та ін. або транзистори в режимі регульованого опору.

Друга умова (3), зване умовою балансу фаз, означає, що повний фазовий зсув в замкнутому контурі генератора повинна бути дорівнює 2pn, де n — будь-яке ціле число. Умова балансу фаз дозволяє визначити частоту генерованих коливань. Якщо умова балансу фаз виконується тільки на одній частоті, то при виконанні умови балансу амплітуд коливання будуть гармонійними. Якщо умова балансу фаз виконується для ряду частот, то коливання будуть негармоническими.

Крім розглянутих генераторів з зовнішньої зворотним зв’язком, існують генератори з внутрішнім зворотнім зв’язком, у яких позитивний зворотний зв’язок обумовлена пристроєм використовуваного активного елемента. До таких елементів відносяться деякі типи напівпровідникових діодів, які мають ділянку з від’ємним опором: діністори. тиристори, тунельні діод, а також електронні лампи з вторинною емісією. У таких генераторах від’ємний опір активного елемента використовується для компенсації позитивного опору втрат в пасивних елементах. Ці генератори можуть використовуватися як при синусоїдальної форми вихідної напруги, так і при негармонических вихідних напругах. Для формування гармонійних напружень у таких генераторах зазвичай використовуються різні резонансні контури.

Генератори гармонійних сигналів.

генератори гармонійних сигналів ланцюг позитивного зворотного зв’язку виконується таким чином, щоб умова балансу фаз виконувалося на одній єдиній частоті, на якій виконується умова балансу амплітуд.

Найбільш поширеними генератори гармонійних сигналів є генератори, в яких ланцюг позитивного зворотного зв’язку виконана на послідовних або паралельних резонансних контурах, на фазозсувних RC — або RL-ланцюгах. В якості прикладу розглянемо роботу генератора на польовому транзисторі з резонансним контуром в ланцюзі стоку, рис. 3 а.

Режим роботи схеми генератора постійного струму вибираємося з допомогою двох джерел живлення: джерело живлення стоку Єс та джерела зміщення затвора Тобто У схемі використаний паралельний коливальний контур, опір враховує втрати на елементах контуру котушці і ємності. Підсилювач генератора виконаний па польовому транзисторі з керованою зворотним зв’язком:

Слід відзначити ще одну особливість трансформаторної зворотного зв’язку. використовується в схемі генератора, наведеною на рис. 3 а. Однополярні кінці обмоток трансформатора для збудження генератора повинні бути включені таким чином, щоб будь-яке обурення коливальної системи призводило до появи сигналу зворотного зв’язку, який, поєднуючись з початковим обуренням, збільшував би його. Враховуючи, що транзистор змінює полярність сигналу на протилежну, трансформатор також повинен змінювати полярність сигналу, з тим, щоб повний зсув фази склав 2л.

Триточкові генератори.

Крім генераторів з трансформаторної зв’язком широко застосовуються схеми, що отримали назву триточкових. У цих схемах враховані два основних положення, які були встановлені раніше: 1) для виконання умови балансу фаз напруги, діючі на затворі (або базі) та стоці (або колекторі), повинні бути в протифазі; 2) для виконання балансу амплітуд до затвору (або базі) підводиться тільки частина напруги па контурі. Спрощені схеми триточкових

Короткий опис статті: електричний генератор

Джерело: Генератори електричних сигналів

Також ви можете прочитати