Elektronische generatoren

Generatoren zijn elektronische apparaten die de energie van een gelijkstroombron omzetten in wisselstroomenergie (elektromagnetische oscillaties) met verschillende vormen van de benodigde frequentie en vermogen.

Elektronische generatoren die worden gebruikt in radio-uitzendingen, medicijnen, radar, maken deel uit van analoog-naar-digitaalomzetters, microprocessorsystemen, enz.

Geen enkel elektronisch systeem is compleet zonder interne of externe generatoren die het tempo van de werking bepalen. Basisvereisten voor generatoren - stabiliteit van de trillingsfrequentie en de mogelijkheid om signalen van hen te verwijderen voor verder gebruik.

Classificatie van elektronische generatoren:

1) volgens de vorm van de uitgangssignalen:

— sinusvormige signalen;

— rechthoekige signalen (multivibrators);

— lineair variërende spanningssignalen (CLAY) of ze worden ook wel zaagtandspanningsgeneratoren genoemd;

— speciale vormsignalen.

2) van de frequentie van de gegenereerde oscillaties (voorwaardelijk):

— lage frequentie (tot 100 kHz);

— hoge frequentie (boven 100 kHz).

3) door de excitatiemethode:

— met onafhankelijke (externe) excitatie;

— met zelfexcitatie (autogeneratoren).

Autogenerator - een zelfopgewekte generator, zonder invloed van buitenaf, die de energie van energiebronnen omzet in continue trillingen, bijvoorbeeld een vibrerend circuit.

Figuur 1 — Blokschema van de generator

Elektronische generatorcircuits (Figuur 1) zijn gebouwd volgens dezelfde schema's als versterkers, alleen generatoren hebben geen ingangssignaalbron, het wordt vervangen door een positief feedbacksignaal (PIC). We herinneren u eraan dat feedback de overdracht is van een deel van het uitgangssignaal naar het ingangscircuit. De vereiste golfvorm wordt geleverd door de feedbacklusstructuur. Om de oscillatiefrequentie in te stellen, zijn OS-circuits gebouwd op LC- of RC-circuits (de frequentie bepaalt de oplaadtijd van de condensator).

Het in de PIC-schakeling gegenereerde signaal wordt aan de ingang van de versterker toegevoerd, met een factor K versterkt en naar de uitgang gestuurd. In dit geval wordt een deel van het signaal van de uitgang teruggestuurd naar de ingang via het PIC-circuit, waar het wordt verzwakt met een factor K, waardoor een constante amplitude van het uitgangssignaal van de generator kan worden gehandhaafd.

Oscillatoren met onafhankelijke externe excitatie (selectieve versterkers) zijn vermogensversterkers met het overeenkomstige deelbereik, waarvan de invoer een elektrisch signaal is van een oscillator. Deze. alleen een bepaalde frequentieband wordt versterkt.

RC-generatoren

Om laagfrequente generatoren te maken, worden meestal operationele versterkers gebruikt, zoals een PIC-circuit, RC-circuits worden geïnstalleerd om een ​​bepaalde frequentie f0 van sinusoïdale oscillaties te leveren.

RC-circuits zijn frequentiefilters - apparaten die signalen in een bepaald frequentiebereik doorlaten en niet in het verkeerde bereik.In dit geval wordt de versterker via de terugkoppellus teruggekoppeld naar de ingang van de versterker, waardoor alleen een bepaalde frequentie of frequentieband wordt versterkt.

Figuur 2 toont de belangrijkste typen frequentiefilters en hun frequentierespons (AFC). De frequentierespons toont de bandbreedte van het filter als functie van de frequentie.

Figuur 2 — Soorten frequentiefilters en hun frequentierespons

Soorten filters:

— laagdoorlaatfilters (LPF);

— hoogdoorlaatfilters (HPF);

— banddoorlaatfilters (BPF);

— blokkerende frequentiefilters (FSF).

Filters worden gekenmerkt door een afsnijfrequentie fc waarboven of waaronder er een sterke verzwakking van het signaal plaatsvindt.Doorlaat- en onderdrukkingsfilters worden ook gekenmerkt door de IFP (RFP non-pass) bandbreedte.

Figuur 3 toont een diagram van een sinusvormige generator. De vereiste versterking wordt ingesteld met behulp van het OOS-circuit van weerstanden R1, R2. In dit geval is het PIC-circuit een banddoorlaatfilter. De resonantiefrequentie f0 wordt bepaald door de formule: f0 = 1 / (2πRC)

Om de frequentie van de gegenereerde oscillaties te stabiliseren, worden kwartsresonatoren gebruikt als een frequentieafstemmingscircuit. Een kwartsresonator is een dunne minerale plaat gemonteerd in een kwartshouder. Zoals u weet, heeft kwarts piëzo-elektrisch effect, wat het mogelijk maakt om het te gebruiken als een systeem dat equivalent is aan een elektrisch oscillerend circuit en dat resonantie-eigenschappen bezit. De resonantiefrequenties van kwartsplaten variëren van enkele kilohertz tot duizenden MHz met frequentie-instabiliteit typisch in de orde van 10-8 en lager.

Figuur 3 — Schema van een RC-sinusgolfgenerator

Multivibrators zijn elektronische generatoren blokgolfsignalen.

De multivibrator vervult in de meeste gevallen de functie van een hoofdoscillator die trigger-ingangspulsen genereert voor volgende knooppunten en blokken in een puls- of digitaal actiesysteem.

Figuur 4 toont een diagram van een op IOU gebaseerde symmetrische multivibrator. Symmetrisch — de pulstijd van een rechthoekige puls is gelijk aan de pauzetijd tpause = tpause.

De IOU wordt gedekt door positieve feedback - een circuit R1, R2 werkt gelijk op alle frequenties. De spanning op de niet-afbuigende ingang is constant en hangt af van de weerstand van de weerstanden R1, R2. De ingangsspanning van de multivibrator wordt gegenereerd met behulp van OOS via het RC-circuit.

Figuur 4 — Schema van een symmetrische multivibrator

Het uitgangsspanningsniveau verandert van +Usat naar -Us en vice versa.

Als de uitgangsspanning Uout = + Usat, wordt de condensator opgeladen en neemt de spanning Uc die op de inverterende ingang werkt exponentieel toe (fig. 5).

Met de gelijkheid Un = Uc, zal er een scherpe verandering zijn in de uitgangsspanning Uout = -Us, wat zal leiden tot overbelasting van de condensator. Wanneer de gelijkheid -Un = -Uc is bereikt, zal de toestand van Uout weer veranderen. Het proces wordt herhaald.

Figuur 5 — Timingdiagrammen voor multivibratorwerking

Het veranderen van de tijdconstante van het RC-circuit resulteert in een verandering laad- en ontlaadtijd van de condensator, en daarmee de oscillatiefrequentie van de multivibrator. Bovendien is de frequentie afhankelijk van de PIC-parameters en wordt bepaald door de formule: f = 1 / T = 1 / 2t en = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Als het nodig is om asymmetrische rechthoekige oscillaties voor t en ≠ tp te verkrijgen, worden asymmetrische multivibrators gebruikt, waarbij de condensator wordt opgeladen in verschillende circuits met verschillende tijdconstanten.

Een enkele vibrator (wachtende multivibrators) is ontworpen om een ​​rechthoekige spanningspuls van de vereiste duur te vormen bij blootstelling aan een korte triggerpuls aan de ingang. Monovibrators worden vaak elektronische tijdvertragingsrelais genoemd.

Er is meer in de technische literatuur. de naam van de one-shot is de wachtende multivibrator.

Een monovibrator heeft één langdurige stabiele toestand, het evenwicht waarin het zich bevindt voordat de triggerpuls wordt toegepast. De tweede mogelijke toestand is tijdelijk stabiel. De univibrator komt onder invloed van een triggerpuls in deze toestand en kan er een beperkte tijd in zitten, waarna hij automatisch terugkeert naar zijn oorspronkelijke toestand.

De belangrijkste vereisten voor single-shot-apparaten zijn de stabiliteit van de duur van de uitgangspuls en de stabiliteit van de begintoestand.

Lineaire spanningsgeneratoren (CLAY) vormen periodieke signalen die lineair variëren (zaagtandpulsen).

Zaagtandpulsen worden gekenmerkt door de duur van de werkslag tp, de duur van de terugslag naar en de amplitude Um (Figuur 6, b).

Om een ​​lineaire afhankelijkheid van spanning op tijd te creëren, wordt meestal de lading (of ontlading) van een condensator met een constante stroom gebruikt. Het eenvoudigste schema van CLAY wordt getoond in figuur 6, a.

Wanneer de transistor VT gesloten is, wordt de condensator C2 opgeladen door de voeding Up via de weerstand R2. In dit geval neemt de spanning in de condensator en dus aan de uitgang lineair toe.Wanneer een positieve puls bij de basis aankomt, gaat de transistor open en ontlaadt de condensator zich snel door zijn lage weerstand, wat zorgt voor een snelle verlaging van de uitgangsspanning tot nul - en vice versa.

CLAY wordt gebruikt in straalscanapparaten in CRT's, in analoog-naar-digitaalomzetters (ADC's) en andere conversieapparaten.

Figuur 6 — a) Het eenvoudigste schema voor de vorming van lineair veranderende spanning b) Tijddiagram van trionpulsen.