Elektroniskie ģeneratori

Ģeneratori ir elektroniskas ierīces, kas līdzstrāvas avota enerģiju pārveido maiņstrāvas enerģijā (elektromagnētiskajās svārstībās) ar dažādām vajadzīgās frekvences un jaudas formām.

Elektroniskie ģeneratori, ko izmanto radio apraidē, medicīnā, radaros, ir daļa no analogo-ciparu pārveidotājiem, mikroprocesoru sistēmām utt.

Neviena elektroniska sistēma nav pilnīga bez iekšējiem vai ārējiem ģeneratoriem, kas nosaka tās darbības tempu. Pamatprasības ģeneratoriem — vibrācijas frekvences stabilitāte un iespēja noņemt no tiem signālus turpmākai lietošanai.

Elektronisko ģeneratoru klasifikācija:

1) pēc izejas signālu formas:

— sinusoidālie signāli;

— taisnstūrveida signāli (multibratori);

— lineāri mainīgie sprieguma signāli (CLAY) jeb tos sauc arī par zāģzobu sprieguma ģeneratoriem;

— īpašas formas signāli.

2) no radīto svārstību frekvences (nosacīti):

— zema frekvence (līdz 100 kHz);

— augsta frekvence (virs 100 kHz).

3) ar ierosmes metodi:

— ar neatkarīgu (ārēju) ierosmi;

— ar pašiedvesmu (autoģeneratori).

Autoģenerators - pašierosināts ģenerators, bez ārējas ietekmes, pārvēršot enerģijas avotu enerģiju nepārtrauktā vibrācijā, piemēram, vibrācijas ķēdē.

1. attēls — ģeneratora blokshēma

Elektronisko ģeneratoru shēmas (1. attēls) ir veidotas pēc tādām pašām shēmām kā pastiprinātāji, tikai ģeneratoriem nav ieejas signāla avota, tas tiek aizstāts ar pozitīvas atgriezeniskās saites signālu (PIC). Atgādinām, ka atgriezeniskā saite ir izejas signāla daļas pārsūtīšana uz ievades ķēdi. Nepieciešamo viļņu formu nodrošina atgriezeniskās saites cilpas struktūra. Lai iestatītu svārstību frekvenci, OS ķēdes tiek veidotas uz LC vai RC ķēdēm (frekvence nosaka kondensatora uzlādes laiku).

PIC ķēdē ģenerētais signāls tiek ievadīts pastiprinātāja ieejā, pastiprina ar koeficientu K un tiek nosūtīts uz izeju. Šajā gadījumā daļa signāla no izejas caur PIC ķēdi tiek atgriezta ieejā, kur tā tiek vājināta ar koeficientu K, kas ļaus uzturēt nemainīgu ģeneratora izejas signāla amplitūdu.

Oscilatori ar neatkarīgu ārējo ierosmi (selektīvie pastiprinātāji) ir jaudas pastiprinātāji ar atbilstošu daļējo diapazonu, kuru ieeja ir elektriskais signāls no oscilatora. Šie. tiek pastiprināta tikai noteikta frekvenču josla.

RC ģeneratori

Lai izveidotu zemfrekvences ģeneratorus, parasti tiek izmantoti darbības pastiprinātāji, piemēram, PIC ķēde, tiek uzstādītas RC ķēdes, lai nodrošinātu noteiktu sinusoidālo svārstību frekvenci f0.

RC shēmas ir frekvenču filtri — ierīces, kas pārraida signālus noteiktā frekvenču diapazonā un nenonāk nepareizā diapazonā.Šajā gadījumā, izmantojot atgriezeniskās saites cilpu, pastiprinātājs tiek padots atpakaļ uz pastiprinātāja ieeju, kas nozīmē, ka tiek pastiprināta tikai noteikta frekvence vai frekvenču josla.

2. attēlā parādīti galvenie frekvenču filtru veidi un to frekvences reakcija (AFC). Frekvences reakcija parāda filtra joslas platumu kā frekvences funkciju.

2. attēls. Frekvenču filtru veidi un to frekvences reakcija

Filtru veidi:

— zemas caurlaidības filtri (LPF);

— augstas caurlaidības filtri (HPF);

— joslas caurlaides filtri (BPF);

— bloķēšanas frekvences filtri (FSF).

Filtriem ir raksturīga robežfrekvence fc, virs vai zem kuras ir vērojama strauja signāla vājināšanās.. Passbands un noraidīšanas filtriem ir arī raksturīgs IFP (RFP non-pass) joslas platums.

3. attēlā parādīta sinusoidālā ģeneratora diagramma. Nepieciešamais pastiprinājums tiek iestatīts, izmantojot rezistoru R1, R2 OOS ķēdi. Šajā gadījumā PIC ķēde ir joslas caurlaides filtrs. Rezonanses frekvenci f0 nosaka pēc formulas: f0 = 1 / (2πRC)

Lai stabilizētu radīto svārstību frekvenci, kā frekvences regulēšanas ķēde tiek izmantoti kvarca rezonatori. Kvarca rezonators ir plāna minerālplāksne, kas uzstādīta kvarca turētājā. Kā jūs zināt, kvarcam ir pjezoelektriskais efekts, kas ļauj to izmantot kā sistēmu, kas līdzvērtīga elektriskās svārstību ķēdei un kurai ir rezonanses īpašības. Kvarca plākšņu rezonanses frekvences svārstās no dažiem kiloherciem līdz tūkstošiem MHz ar frekvences nestabilitāti, kas parasti ir 10–8 un zemāka.

3. attēls — RC sinusoidālā viļņa ģeneratora diagramma

Multivibratori ir elektroniski ģeneratori kvadrātviļņu signāli.

Multivibrators vairumā gadījumu veic galvenā oscilatora funkciju, kas ģenerē sprūda ievades impulsus nākamajiem mezgliem un blokiem impulsu vai digitālo darbību sistēmā.

4. attēlā parādīta uz IOU balstīta simetriskā multivibratora diagramma. Simetrisks — taisnstūra impulsa impulsa laiks ir vienāds ar pauzes laiku tpause = tpause.

Uz IOU attiecas pozitīva atgriezeniskā saite - ķēde R1, R2, kas darbojas vienādi visās frekvencēs. Spriegums pie nenovirzes ieejas ir nemainīgs un ir atkarīgs no rezistoru R1, R2 pretestības. Multivibratora ieejas spriegums tiek ģenerēts, izmantojot OOS caur RC ķēdi.

4. attēls. Simetriska multivibratora shēma

Izejas sprieguma līmenis mainās no + Usat uz -Us un otrādi.

Ja izejas spriegums Uout = + Usat, kondensators tiek uzlādēts un spriegums Uc, kas iedarbojas uz invertējošo ieeju, pieaug eksponenciāli (5. att.).

Ar vienādību Un = Uc izejas spriegumā Uout = -Us būs krasas izmaiņas, kas novedīs pie kondensatora pārlādēšanas. Kad ir sasniegta vienādība -Un = -Uc, Uout stāvoklis atkal mainīsies. Process tiek atkārtots.

5. attēls. Multivibratora darbības laika diagrammas

Mainot RC ķēdes laika konstanti, notiek izmaiņas kondensatora uzlādes un izlādes laiks, un līdz ar to arī multivibratora svārstību frekvence. Turklāt frekvence ir atkarīga no PIC parametriem, un to nosaka pēc formulas: f = 1 / T = 1 / 2t un = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Ja nepieciešams iegūt asimetriskas taisnstūra svārstības t un ≠ tp, tiek izmantoti asimetriskie multivibratori, kuros kondensators tiek uzlādēts dažādās ķēdēs ar dažādām laika konstantēm.

Viens vibrators (gaidīšanas multivibratori) ir paredzēts, lai izveidotu vajadzīgā ilguma taisnstūrveida sprieguma impulsu, ja ieejā tiek pakļauts īsam sprūda impulsam. Monovibratorus bieži sauc par elektroniskiem laika aizkaves relejiem.

Ir vairāk par tehnisko literatūru. viena šāviena nosaukums ir gaidošais multivibrators.

Monovibratoram ir viens ilgtermiņa līdzsvara stāvoklis, līdzsvars, kurā tas atrodas pirms sprūda impulsa. Otrs iespējamais stāvoklis īslaicīgi ir stabils. Univibrators nonāk šajā stāvoklī sprūda impulsa ietekmē un var būt tajā ierobežotu laiku tv, pēc kura tas automātiski atgriežas sākotnējā stāvoklī.

Galvenās prasības viena kadra ierīcēm ir izejas impulsa ilguma stabilitāte un tā sākotnējā stāvokļa stabilitāte.

Lineārie sprieguma ģeneratori (CLAY) veido periodiskus signālus, kas mainās lineāri (zāģa zoba impulsi).

Zāģzobu impulsus raksturo darba gājiena ilgums tp, atgriešanās gājiena ilgums uz un amplitūda Um (6. attēls, b).

Lai izveidotu lineāru sprieguma atkarību no laika, visbiežāk tiek izmantota kondensatora uzlāde (vai izlāde) ar pastāvīgu strāvu. Vienkāršākā MĀLA shēma ir parādīta 6. attēlā, a.

Kad tranzistors VT ir aizvērts, kondensators C2 tiek uzlādēts no barošanas avota Up caur rezistoru R2. Šajā gadījumā spriegums kondensatorā un līdz ar to arī izejā palielinās lineāri.Kad bāzē nonāk pozitīvs impulss, tranzistors atveras un kondensators ātri izlādējas caur zemo pretestību, kas nodrošina ātru izejas sprieguma samazināšanos līdz nullei un otrādi.

CLAY tiek izmantots staru skenēšanas ierīcēs CRT, analogo-digitālo pārveidotājos (ADC) un citās pārveidošanas ierīcēs.

6. attēls — a) Vienkāršākā lineāri mainīga sprieguma veidošanās shēma b) Triona impulsu laika diagramma.