Generatoare electronice

Generatoarele sunt dispozitive electronice care convertesc energia unei surse de curent continuu în energie de curent alternativ (oscilații electromagnetice) cu diferite forme ale frecvenței și puterii necesare.

Generatoarele electronice utilizate în radiodifuziune, medicină, radar, fac parte din convertoare analog-digitale, sisteme cu microprocesoare etc.

Niciun sistem electronic nu este complet fără generatoare interne sau externe care determină ritmul de funcționare al acestuia. Cerințe de bază pentru generatoare — stabilitatea frecvenței vibrațiilor și capacitatea de a elimina semnalele de la acestea pentru utilizare ulterioară.

Clasificarea generatoarelor electronice:

1) după forma semnalelor de ieșire:

— semnale sinusoidale;

— semnale dreptunghiulare (multivibratoare);

— semnale de tensiune care variază liniar (CLAY) sau se mai numesc și generatoare de tensiune dinți de ferăstrău;

— semnale speciale de formă.

2) din frecvența oscilațiilor generate (condițional):

— frecvență joasă (până la 100 kHz);

— frecvență înaltă (peste 100 kHz).

3) prin metoda excitatiei:

— cu excitație independentă (externă);

— cu autoexcitare (autogeneratoare).

Autogenerator - un generator autoexcitat, fără influență externă, care transformă energia surselor de energie în vibrații continue, de exemplu, un circuit vibrant.

Figura 1 — Schema bloc a generatorului

Circuitele generatoare electronice (Figura 1) sunt construite după aceleași scheme ca și amplificatoarele, doar generatoarele nu au o sursă de semnal de intrare, aceasta este înlocuită cu un semnal de feedback pozitiv (PIC). Vă reamintim că feedback-ul este transferul unei părți din semnalul de ieșire către circuitul de intrare. Forma de undă necesară este furnizată de structura buclei de feedback. Pentru a seta frecvența de oscilație, circuitele OS sunt construite pe circuite LC sau RC (frecvența determină timpul de reîncărcare a condensatorului).

Semnalul generat în circuitul PIC este aplicat la intrarea amplificatorului, amplificat cu un factor K și trimis la ieșire. În acest caz, o parte din semnalul de la ieșire este returnat la intrare prin circuitul PIC, unde este atenuat de un factor K, ceea ce va permite menținerea unei amplitudini constante a semnalului de ieșire al generatorului.

Oscilatoarele cu excitație externă independentă (amplificatoare selective) sunt amplificatoare de putere cu domeniul parțial corespunzător, a căror intrare este un semnal electric de la un oscilator. Aceste. doar o anumită bandă de frecvență este amplificată.

Generatoare RC

Pentru a crea generatoare de joasă frecvență, se folosesc de obicei amplificatoare operaționale, cum ar fi un circuit PIC, circuitele RC sunt instalate pentru a furniza o frecvență dată f0 de oscilații sinusoidale.

Circuitele RC sunt filtre de frecvență - dispozitive care transmit semnale într-un anumit interval de frecvență și nu trec în intervalul greșit.În acest caz, prin bucla de feedback, amplificatorul este alimentat înapoi la intrarea amplificatorului, ceea ce înseamnă că doar o anumită frecvență sau bandă de frecvență este amplificată.

Figura 2 prezintă principalele tipuri de filtre de frecvență și răspunsul lor în frecvență (AFC). Răspunsul în frecvență arată lățimea de bandă a filtrului în funcție de frecvență.

Figura 2 — Tipuri de filtre de frecvență și răspunsul lor în frecvență

Tipuri de filtre:

— filtre trece-jos (LPF);

— filtre de trecere înaltă (HPF);

— filtre trece-bandă (BPF);

— filtre de frecvență de blocare (FSF).

Filtrele sunt caracterizate printr-o frecvență de tăiere fc deasupra sau sub care există o atenuare puternică a semnalului.Benzile de trecere și filtrele de respingere sunt, de asemenea, caracterizate de lățimea de bandă IFP (RFP non-pass).

Figura 3 prezintă o diagramă a unui generator sinusoidal. Câștigul necesar este setat folosind circuitul OOS al rezistențelor R1, R2. În acest caz, circuitul PIC este un filtru trece-bandă. Frecvența de rezonanță f0 este determinată de formula: f0 = 1 / (2πRC)

Pentru a stabiliza frecvența oscilațiilor generate, rezonatoarele de cuarț sunt utilizate ca circuit de reglare a frecvenței. Un rezonator de cuarț este o placă minerală subțire montată într-un suport de cuarț. După cum știți, cuarțul are efect piezoelectric, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia ca sistem echivalent cu un circuit electric oscilant și care posedă proprietăți rezonante. Frecvențele de rezonanță ale plăcilor de cuarț variază de la câțiva kiloherți la mii de MHz, cu instabilitate de frecvență de obicei de ordinul 10-8 și mai jos.

Figura 3 — Diagrama unui generator de undă sinusoidală RC

Multivibratoarele sunt generatoare electronice semnale unde pătrate.

Multivibratorul în majoritatea cazurilor îndeplinește funcția unui oscilator principal care generează impulsuri de intrare de declanșare pentru nodurile și blocurile ulterioare într-un sistem de acțiune digitală sau de impulsuri.

Figura 4 prezintă o diagramă a unui multivibrator simetric bazat pe IOU. Simetric — timpul de impuls al unui impuls dreptunghiular este egal cu timpul de pauză tpause = tpause.

IOU este acoperit de feedback pozitiv - un circuit R1, R2 care acționează în mod egal la toate frecvențele. Tensiunea la intrarea nedeformatoare este constantă și depinde de rezistența rezistențelor R1, R2. Tensiunea de intrare a multivibratorului este generată folosind OOS prin circuitul RC.

Figura 4 — Schema unui multivibrator simetric

Nivelul tensiunii de ieșire se modifică de la + Usat la -Us și invers.

Dacă tensiunea de ieșire Uout = + Usat, condensatorul este încărcat și tensiunea Uc care acționează asupra intrării inversoare crește exponențial (Fig. 5).

Cu egalitatea Un = Uc, va exista o schimbare bruscă a tensiunii de ieșire Uout = -Us, ceea ce va duce la supraîncărcarea condensatorului. Când se atinge egalitatea -Un = -Uc, starea Uout se va schimba din nou. Procesul se repetă.

Figura 5 — Diagrame de timp pentru funcționarea multivibratorului

Modificarea constantei de timp a circuitului RC are ca rezultat o modificare timpul de încărcare și descărcare a condensatorului, și de aici frecvența de oscilație a multivibratorului. În plus, frecvența depinde de parametrii PIC și este determinată de formula: f = 1 / T = 1 / 2t și = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Dacă este necesar să se obțină oscilații dreptunghiulare asimetrice pentru t și ≠ tp, se folosesc multivibratoare asimetrice, în care condensatorul este reîncărcat în diferite circuite cu diferite constante de timp.

Un singur vibrator (multivibratoare în așteptare) este proiectat să formeze un impuls de tensiune dreptunghiular de durata necesară atunci când este expus la un impuls scurt de declanșare la intrare. Monovibratoarele sunt adesea numite relee electronice de întârziere.

Există mai mult în literatura tehnică. numele one-shot-ului este multivibratorul în așteptare.

Un monovibrator are o stare de echilibru pe termen lung, echilibrul în care se află înainte de aplicarea impulsului de declanșare. A doua stare posibilă este temporar stabilă. Univibratorul intră în această stare sub acțiunea unui impuls de declanșare și poate fi în el pentru un timp limitat tv, după care revine automat la starea inițială.

Principalele cerințe pentru dispozitivele cu o singură lovitură sunt stabilitatea duratei impulsului de ieșire și stabilitatea stării sale inițiale.

Generatoarele de tensiune liniară (CLAY) formează semnale periodice care variază liniar (impulsuri din dinți de ferăstrău).

Impulsurile din dinți de ferăstrău se caracterizează prin durata cursei de lucru tp, durata cursei de întoarcere la și amplitudinea Um (Figura 6, b).

Pentru a crea o dependență liniară a tensiunii în timp, cel mai des este utilizată încărcarea (sau descărcarea) unui condensator cu un curent constant. Cea mai simplă schemă de LUT este prezentată în figura 6, a.

Când tranzistorul VT este închis, condensatorul C2 este încărcat de sursa de alimentare Up prin rezistorul R2. În acest caz, tensiunea în condensator și, prin urmare, la ieșire crește liniar.Când un impuls pozitiv ajunge la bază, tranzistorul se deschide și condensatorul se descarcă rapid prin rezistența sa scăzută, ceea ce asigură o reducere rapidă a tensiunii de ieșire la zero și invers.

CLAY este utilizat în dispozitivele de scanare a fasciculului în CRT, în convertoare analog-digitale (ADC) și în alte dispozitive de conversie.

Figura 6 — a) Cea mai simplă schemă pentru formarea tensiunii care se schimbă liniar b) Diagrama temporală a impulsurilor trionilor.