Схемотехнічна реалізація генераторів гармонічних сигналів
В генераторах гармонічних сигналів використовують 2 типи ланок зворотного зв’язку:
1) трансформаторний зв’язок;
2) фазозсуваючі RC-ланки.
Як відомо підсилювальний транзисторний каскад ввімкнений за схемою з загальним емітером є фазоінвертуючим, тобто фаза вихідного сигналу зсунена відносно вхідного на кут 
. Якщо використовувати додатковий трансформаторний каскад з узгодженим ввімкненням обмоток в колі зворотного зв’язку, то одержимо додатковий зсув фаз 
, тобто загальний зсув фаз між вхідним сигналом і сигналом зворотного зв’язку становитиме 
. Аналогічно, зсув фаз можна одержати при послідовному ввімкненні RC-ланок.
При цьому в RC-ланках використовується, як правило, більше двох ланок, оскільки зсув фаз на одній ланці одержується тільки при безмежному зростанні ємності конденсатора.
Таким чином, принципові схеми з трансформаторами та RC зв’язком мають вигляд:
В трансформаторному каскаді умови зсуву фаз використовуються тільки для резонансної частоти, тому генеровані коливання мають параметри, що визначаються коливним контуром. Якщо в схемі допускається гальванічний зв'язок між первинною і вторинною обмоткою, то живлення вторинної може бути задіяне від живлення основного каскаду. Якщо гальванічний зв'язок між каскадами – небажаний, то вторинну обмотку підключають до нульового проводу схеми (пунктир на схемі). При цьому фазність в першому і в другому випадку має бути протилежною. Для уникнення проникання високочастотних коливань в джерело живлення використовують високочастотний RC-фільтр.
|
|
|
В RC-генераторах також виконується умова балансу фаз тільки для однієї частоти, оскільки при зміні частоти сигналу, змінюється і амплітуда вектора ємнісної напруги на фазовій діаграмі. При цьому, режим за постійним струмом визначається подільником R-бази 
, в якому задіяно у фазоповертаючій ланці. RC-генератори, як правило, застосовують для одержання низькочастотних коливань, тоді як генератори з індуктивними зв’язками – для високочастотних сигналів.
Релаксаційні генератори несинусоїдальних коливань
Якщо умова балансу фаз і балансу амплітуд використовується не для однієї частоти, а певного спектру частот, то такий генератор збуджується в цьому спектрі і форма вихідних коливань стає відмінною від синусоїдальних. У випадку, якщо спектр 
, одержують генератор прямокутних імпульсів. В найпростішому випадку, це мультивібратор, що складається з двох каскадів підсилювача, охоплених 100% зворотним зв’язком за змінною складовою.
В ідеальному випадку, схема повинна бути абсолютно симетричною за параметрами елементів, тоді при ввімкненні живлення на виходах 1 і 2 формуються інверсні один до одного, практично прямокутні імпульси. В процесі релаксації, схеми визначаються часом перезарядки конденсаторів, ввімкнених в кола зворотного зв’язку. Процес перемикання включає 2 етапи, протягом яких формується імпульс тривалості 
або 
. Початковий стан при ввімкненні напруги в ідеальному випадку є невизначеним і залежить тільки від флуктуації струмів в базових та колекторних колах каскадів. Якщо з самого початку струм колектора VT1 є дещо більшим порівняно з 
, то це означає, що базова U на VT1 є більш відкриваючою, порівняно з 
VT1. тоді потенціал колектора VT1 починає зменшуватись і це зменшення не передається на базу VT2. Таким чином, VT1 повністю відкривається, а VT2 – закривається. Тривалість формування імпульсу (фронту), в даному випадку, залежить від постійної часу 
, протягом якої конденсатор 
буде заряджатися через відкритий перехід база-емітер VT1, і U на резисторі 
визначається величиною цього опору і струмом зарядки. Струм конденсатора визначається 
; тоді маємо: 
, підставивши, отримаємо: .
|
|
|
Таким чином, одержимо звичайне диференційне рівняння, яке описує часову залежність формування U на обкладках конденсатора при фіксованих параметрах елементів кола та : 
. Якщо про інтегрувати останнє рівняння, то отримаємо: 
; 
;
|
|
|
lnC – постійна інтегрування, з точністю до якої розв’язується диференційне рівняння. Значення параметру С визначається граничними або початковими умовами задачі.
Після потенціонування останнього виразу, отримаємо: 
; при t→0, 
→0 – початковий стан ; 
- напруга на конденсаторі.
;
; 
.
Взагалі-то прийнято, що імпульс є сформованим, якщо напруга формування досягає 0,9Uж =Uc(t).
З цієї умови можна визначити час, протягом якого формується тривалість фронту імпульсу tф=t1-t0.
Для визначення фронту використаємо останнє рівняння:
0,9Uж= 
; 
;
Після логарифмування цього виразу отримаємо:
; 
;
Тривалість імпульсу tім=t2-t0, визначається часом перезарядки конденсатора С1 через відкритий перехід транзистора VT1 і базовий резистор Rб2, оскільки саме напруга на цьому конденсаторі сформована до моменту часу t0 утримує транзистор VT2 у закритому стані.
Аналогічно можна показати, що процес розрядки конденсатора від заданого рівня напруги буде описуватись співвідношенням:
|
|
|
; С=2Uж;
(*)
;
В даному випадку процес перезарядки конденсатора С1 через базовий резистор Rб2 описується співвідношенням (*). Тривалість імпульсу визначається з умови, що UC1(t)→0, тоді можна записати:
, або 
Симетрична схема генерує імпульсні рівні половині періоду релаксації схеми, тобто тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи. Такий сигнал називається меандром.
Відношення 
називають шпаруватістю імпульсу.
Мультивібратори виконуються в інтегральному вигляді або на основі цифрових інтегральних схем. Вони є основою задаючих тактових генераторів в усіх цифрових схемах, а також в імпульсних перетворювачах джерел живлення обчислювальної техніки.
Одновібратори
|
Схеми одно вібраторів є аналогічні схемам мультивібраторів, тільки в одному з плеч схеми замість зв’язку за змінною складовою використовується зв'язок по постійній складовій сигналу.
Таким чином схема володітиме тільки одним стійким станом. Для формування фронту генерованого імпульсу використовується прискорюючий конденсатор С1, ввімкнений паралельно до резистора Rб2 зворотного зв’язку.
| |
, схема повертається в початкове положення.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 218; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!