Elektronski generatorji

Generatorji so elektronske naprave, ki pretvarjajo energijo vira enosmernega toka v energijo izmeničnega toka (elektromagnetna nihanja) z različnimi oblikami zahtevane frekvence in moči.

Elektronski generatorji, ki se uporabljajo v radiodifuziji, medicini, radarju, so del analogno-digitalnih pretvornikov, mikroprocesorskih sistemov itd.

Noben elektronski sistem ni popoln brez notranjih ali zunanjih generatorjev, ki določajo tempo njegovega delovanja. Osnovne zahteve za generatorje - stabilnost frekvence vibracij in sposobnost odstranjevanja signalov iz njih za nadaljnjo uporabo.

Razvrstitev elektronskih generatorjev:

1) glede na obliko izhodnih signalov:

— sinusni signali;

— pravokotni signali (multivibratorji);

— linearno spremenljive napetostne signale (CLAY) ali jih imenujemo tudi generatorji žagaste napetosti;

— signali posebne oblike.

2) od frekvence ustvarjenih nihanj (pogojno):

— nizka frekvenca (do 100 kHz);

— visoka frekvenca (nad 100 kHz).

3) z metodo vzbujanja:

— z neodvisnim (zunanjim) vzbujanjem;

— s samovzbujanjem (avtogeneratorji).

Avtogenerator - generator s samim vzbujanjem, brez zunanjega vpliva, pretvarja energijo virov energije v neprekinjeno vibracijo, na primer vibrirajoče vezje.

Slika 1 — Blokovna shema generatorja

Elektronska generatorska vezja (slika 1) so zgrajena po enakih shemah kot ojačevalniki, le generatorji nimajo vira vhodnega signala, nadomesti ga pozitivni povratni signal (PIC). Spomnimo vas, da je povratna informacija prenos dela izhodnega signala v vhodno vezje. Zahtevano valovno obliko zagotavlja struktura povratne zanke. Za nastavitev frekvence nihanja so OS vezja zgrajena na LC ali RC vezjih (frekvenca določa čas polnjenja kondenzatorja).

Signal, ustvarjen v vezju PIC, se uporabi na vhodu ojačevalnika, ojača s faktorjem K in pošlje na izhod. V tem primeru se del signala iz izhoda vrne na vhod skozi PIC vezje, kjer se oslabi s faktorjem K, kar bo omogočilo ohranjanje konstantne amplitude izhodnega signala generatorja.

Oscilatorji z neodvisnim zunanjim vzbujanjem (selektivni ojačevalniki) so močnostni ojačevalniki s pripadajočim delnim območjem, katerih vhod je električni signal iz oscilatorja. te. ojačan je samo določen frekvenčni pas.

RC generatorji

Za ustvarjanje nizkofrekvenčnih generatorjev se običajno uporabljajo operacijski ojačevalniki, kot je vezje PIC, vezja RC so nameščena za zagotavljanje dane frekvence f0 sinusoidnih nihanj.

RC vezja so frekvenčni filtri – naprave, ki prepuščajo signale v določenem frekvenčnem območju in ne prehajajo v napačno območje.V tem primeru se preko povratne zanke ojačevalnik vrne nazaj na vhod ojačevalnika, kar pomeni, da se ojači samo določena frekvenca oziroma frekvenčni pas.

Slika 2 prikazuje glavne vrste frekvenčnih filtrov in njihov frekvenčni odziv (AFC). Frekvenčni odziv prikazuje pasovno širino filtra kot funkcijo frekvence.

Slika 2 — Vrste frekvenčnih filtrov in njihov frekvenčni odziv

Vrste filtrov:

— nizkoprepustni filtri (LPF);

— visokoprepustni filtri (HPF);

— pasovni filtri (BPF);

— blokirni frekvenčni filtri (FSF).

Za filtre je značilna mejna frekvenca fc, nad ali pod katero pride do ostrega slabljenja signala.Za prepustne pasove in zavrnitvene filtre je značilna tudi pasovna širina IFP (RFP non-pass).

Slika 3 prikazuje diagram sinusnega generatorja. Zahtevano ojačenje je nastavljeno z OOS vezjem uporov R1, R2. V tem primeru je vezje PIC pasovni filter. Resonančna frekvenca f0 je določena s formulo: f0 = 1 / (2πRC)

Za stabilizacijo frekvence ustvarjenih nihanj se kot vezje za uravnavanje frekvence uporabljajo kvarčni resonatorji. Kvarčni resonator je tanka mineralna plošča, nameščena v kvarčnem držalu. Kot veste, ima kremen piezoelektrični učinek, kar omogoča uporabo kot sistem, ki je enakovreden električnemu nihajnemu krogu in ima resonančne lastnosti. Resonančne frekvence kremenčevih plošč segajo od nekaj kilohercev do tisoč MHz s frekvenčno nestabilnostjo, ki je običajno reda 10-8 in manj.

Slika 3 — Diagram RC sinusnega generatorja

Multivibratorji so elektronski generatorji kvadratni signali.

Multivibrator v večini primerov opravlja funkcijo glavnega oscilatorja, ki generira prožilne vhodne impulze za naslednja vozlišča in bloke v impulznem ali digitalnem akcijskem sistemu.

Slika 4 prikazuje diagram simetričnega multivibratorja na osnovi IOU. Simetrično — čas impulza pravokotnega impulza je enak času premora tpause = tpause.

IOU je pokrit s pozitivnimi povratnimi informacijami — vezjem R1, R2, ki delujeta enako na vseh frekvencah. Napetost na neodklonskem vhodu je konstantna in odvisna od upornosti uporov R1, R2. Vhodna napetost multivibratorja se generira z OOS preko RC vezja.

Slika 4 — Shema simetričnega multivibratorja

Raven izhodne napetosti se spreminja od + Usat do -Us in obratno.

Če je izhodna napetost Uout = + Usat, se kondenzator napolni in napetost Uc, ki deluje na obračalni vhod, eksponentno narašča (slika 5).

Z enakostjo Un = Uc bo prišlo do močne spremembe izhodne napetosti Uout = -Us, kar bo povzročilo prenapolnjenost kondenzatorja. Ko je dosežena enakost -Un = -Uc, se stanje Uout ponovno spremeni. Postopek se ponovi.

Slika 5 — Časovni diagrami za delovanje multivibratorja

Sprememba časovne konstante vezja RC povzroči spremembo čas polnjenja in praznjenja kondenzatorjain s tem frekvenco nihanja multivibratorja. Poleg tega je frekvenca odvisna od parametrov PIC in je določena s formulo: f = 1 / T = 1 / 2t in = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Če je treba dobiti asimetrična pravokotna nihanja za t in ≠ tp, se uporabljajo asimetrični multivibratorji, pri katerih se kondenzator polni v različnih tokokrogih z različnimi časovnimi konstantami.

Enojni vibrator (čakajoči multivibratorji) so zasnovani tako, da tvorijo pravokotni napetostni impulz zahtevanega trajanja, ko so izpostavljeni kratkemu sprožilnemu impulzu na vhodu. Monovibratorje pogosto imenujemo elektronski zakasnilni releji.

Tehnična literatura je več. ime one-shot je čakajoči multivibrator.

Monovibrator ima eno dolgotrajno stabilno stanje, ravnotežje, v katerem je, preden se uporabi sprožilni impulz. Drugo možno stanje je začasno stabilno. Univibrator preide v to stanje pod vplivom prožilnega impulza in je lahko v njem omejen čas tv, po katerem se samodejno vrne v začetno stanje.

Glavne zahteve za enosmerne naprave so stabilnost trajanja izhodnega impulza in stabilnost njegovega začetnega stanja.

Generatorji linearne napetosti (CLAY) tvorijo periodične signale, ki se linearno spreminjajo (žagasti impulzi).

Za žagaste impulze je značilno trajanje delovnega giba tp, trajanje povratnega giba do in amplituda Um (slika 6, b).

Za ustvarjanje linearne odvisnosti napetosti od časa se najpogosteje uporablja polnjenje (ali praznjenje) kondenzatorja s konstantnim tokom. Najenostavnejša shema GLINE je prikazana na sliki 6, a.

Ko je tranzistor VT zaprt, se kondenzator C2 napolni z napajanjem Up skozi upor R2. V tem primeru se napetost v kondenzatorju in s tem na izhodu linearno povečuje.Ko pozitivni impulz prispe na bazo, se tranzistor odpre in kondenzator se zaradi nizkega upora hitro izprazni, kar zagotavlja hitro zmanjšanje izhodne napetosti na nič – in obratno.

CLAY se uporablja v napravah za skeniranje snopa v CRT-jih, v analogno-digitalnih pretvornikih (ADC) in drugih napravah za pretvorbo.

Slika 6 — a) Najenostavnejša shema za nastanek linearno spreminjajoče se napetosti b) Časovni diagram trionskih impulzov.