Elektroniniai generatoriai

Generatoriai – elektroniniai prietaisai, nuolatinės srovės šaltinio energiją paverčiantys kintamos srovės energija (elektromagnetiniais virpesiais), kurių reikiamo dažnio ir galios įvairios formos.

Elektroniniai generatoriai, naudojami radijo transliacijose, medicinoje, radare, yra analogo-skaitmeninio keitiklių, mikroprocesorių sistemų ir kt.

Jokia elektroninė sistema neapsieina be vidinių ar išorinių generatorių, lemiančių jos veikimo tempą. Pagrindiniai reikalavimai generatoriams - vibracijos dažnio stabilumas ir galimybė pašalinti iš jų signalus tolesniam naudojimui.

Elektroninių generatorių klasifikacija:

1) pagal išėjimo signalų formą:

— sinusiniai signalai;

— stačiakampiai signalai (multivibratoriai);

— tiesiškai kintantys įtampos signalai (CLAY) arba jie dar vadinami pjūklo įtampos generatoriais;

— specialios formos signalai.

2) nuo generuojamų svyravimų dažnio (sąlygiškai):

— žemas dažnis (iki 100 kHz);

— aukštas dažnis (virš 100 kHz).

3) sužadinimo būdu:

— su nepriklausomu (išoriniu) sužadinimu;

— su savaiminiu sužadinimu (autogeneratoriai).

Autogeneratorius – savaime sužadinamas generatorius, be išorinio poveikio, energijos šaltinių energiją paverčiantis nuolatine vibracija, pavyzdžiui, vibracine grandine.

1 paveikslas – generatoriaus blokinė schema

Elektroninių generatorių grandinės (1 pav.) statomos pagal tas pačias schemas kaip ir stiprintuvai, tik generatoriai neturi įėjimo signalo šaltinio, jį pakeičia teigiamo grįžtamojo ryšio signalas (PIC). Primename, kad grįžtamasis ryšys – tai dalies išėjimo signalo perdavimas į įvesties grandinę. Reikiamą bangos formą užtikrina grįžtamojo ryšio kilpos struktūra. Norėdami nustatyti virpesių dažnį, OS grandinės yra sukurtos ant LC arba RC grandinių (dažnis nustato kondensatoriaus įkrovimo laiką).

PIC grandinėje generuojamas signalas nukreipiamas į stiprintuvo įvestį, sustiprinamas koeficientu K ir siunčiamas į išėjimą. Tokiu atveju dalis signalo iš išėjimo per PIC grandinę grąžinama į įvestį, kur jis susilpninamas koeficientu K, kas leis išlaikyti pastovią generatoriaus išėjimo signalo amplitudę.

Osciliatoriai su nepriklausomu išoriniu sužadinimu (selektyvieji stiprintuvai) – tai atitinkamą dalinį diapazoną turintys galios stiprintuvai, kurių įvestis yra elektros signalas iš generatoriaus. Šie. sustiprinama tik tam tikra dažnių juosta.

RC generatoriai

Žemo dažnio generatoriams sukurti dažniausiai naudojami operaciniai stiprintuvai, pvz., PIC grandinė, RC grandinės įrengiamos tam, kad būtų užtikrintas tam tikras sinusinių virpesių dažnis f0.

RC grandinės yra dažnio filtrai – įrenginiai, kurie perduoda signalus tam tikrame dažnių diapazone ir neperduoda į netinkamą diapazoną.Tokiu atveju per grįžtamojo ryšio kilpą stiprintuvas grąžinamas atgal į stiprintuvo įvestį, o tai reiškia, kad sustiprinamas tik tam tikras dažnis arba dažnių juosta.

2 paveiksle pavaizduoti pagrindiniai dažnio filtrų tipai ir jų dažnio atsakas (AFC). Dažnio atsakas rodo filtro pralaidumą kaip dažnio funkciją.

2 pav. Dažnio filtrų tipai ir jų dažnio charakteristika

Filtrų tipai:

— žemų dažnių filtrai (LPF);

— aukšto dažnio filtrai (HPF);

— juostos pralaidumo filtrai (BPF);

— blokavimo dažnio filtrai (FSF).

Filtrai pasižymi ribiniu dažniu fc, viršijančiu arba žemiau kurio signalas smarkiai susilpnėja Praleidimo juostos ir atmetimo filtrai taip pat pasižymi IFP (RFP non-pass) pralaidumu.

3 paveiksle parodyta sinusinio generatoriaus schema. Reikalingas stiprinimas nustatomas naudojant rezistorių R1, R2 OOS grandinę. Šiuo atveju PIC grandinė yra pralaidumo filtras. Rezonansinis dažnis f0 nustatomas pagal formulę: f0 = 1 / (2πRC)

Norint stabilizuoti generuojamų virpesių dažnį, kaip dažnio derinimo grandinė naudojami kvarciniai rezonatoriai. Kvarcinis rezonatorius yra plona mineralinė plokštė, sumontuota kvarco laikiklyje. Kaip žinote, kvarcas turi pjezoelektrinis efektas, todėl ją galima naudoti kaip sistemą, lygiavertę elektrinei virpesių grandinei ir turinčią rezonansinių savybių. Kvarcinių plokščių rezonansiniai dažniai svyruoja nuo kelių kilohercų iki tūkstančių MHz, o dažnio nestabilumas paprastai yra 10–8 ir mažesnis.

3 pav. RC sinusinių bangų generatoriaus diagrama

Multivibratoriai yra elektroniniai generatoriai kvadratinės bangos signalai.

Daugeliu atvejų multivibratorius atlieka pagrindinio osciliatoriaus funkciją, kuri generuoja trigerio įvesties impulsus tolesniems mazgams ir blokams impulsinėje arba skaitmeninėje veiksmo sistemoje.

4 paveiksle parodyta IOU pagrindu veikiančio simetrinio multivibratoriaus schema. Simetriškas – stačiakampio impulso impulso laikas yra lygus pauzės trukmei tpause = tpause.

IOU apima teigiamas grįžtamasis ryšys - grandinė R1, R2 veikia vienodai visais dažniais. Įtampa nenukrypstančiame įėjime yra pastovi ir priklauso nuo rezistorių R1, R2 varžos. Multivibratoriaus įėjimo įtampa generuojama naudojant OOS per RC grandinę.

4 pav. Simetriško multivibratoriaus schema

Išėjimo įtampos lygis keičiasi iš + Usat į -Us ir atvirkščiai.

Jei išėjimo įtampa Uout = + Usat, kondensatorius įkraunamas ir įtampa Uc, veikianti invertuojamąjį įėjimą, didėja eksponentiškai (5 pav.).

Esant lygybei Un = Uc, išėjimo įtampa Uout = -Us smarkiai pasikeis, o tai sukels kondensatoriaus perkrovą. Pasiekus lygybę -Un = -Uc, Uout būsena vėl pasikeis. Procesas kartojamas.

5 pav. Multivibratoriaus veikimo laiko diagramos

Pakeitus RC grandinės laiko konstantą, pasikeičia kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo laikas, taigi ir multivibratoriaus virpesių dažnis. Be to, dažnis priklauso nuo PIC parametrų ir yra nustatomas pagal formulę: f = 1 / T = 1 / 2t ir = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Jei reikia gauti asimetrinius stačiakampius virpesius t ir ≠ tp, naudojami asimetriniai multivibratoriai, kuriuose kondensatorius įkraunamas skirtingose ​​grandinėse su skirtingomis laiko konstantomis.

Vienas vibratorius (laukiantys multivibratoriai) suprojektuoti taip, kad, veikiant trumpam trigerio impulsui prie įėjimo, suformuotų reikiamos trukmės stačiakampį įtampos impulsą. Monovibratoriai dažnai vadinami elektroninėmis laiko delsos relėmis.

Yra daugiau techninės literatūros. vienkartinio šūvio pavadinimas yra laukiantis multivibratorius.

Monovibratorius turi vieną ilgalaikę pastovią būseną – pusiausvyrą, kurioje jis yra prieš paleidžiant trigerio impulsą. Antroji galima būsena laikinai stabili. Univibratorius į šią būseną patenka veikiant trigerio impulsui ir gali būti joje ribotą laiką tv, po kurio jis automatiškai grįžta į pradinę būseną.

Pagrindiniai reikalavimai vieno kadro įrenginiams yra išėjimo impulso trukmės stabilumas ir jo pradinės būsenos stabilumas.

Linijinės įtampos generatoriai (CLAY) formuoja periodinius signalus, kurie kinta tiesiškai (pjūklo impulsai).

Pjūklo impulsai apibūdinami darbinio eigos trukme tp, grįžimo eigos į trukme ir amplitude Um (6 pav., b).

Norint sukurti tiesinę įtampos priklausomybę nuo laiko, dažniausiai naudojamas nuolatinės srovės kondensatoriaus įkrovimas (arba iškrovimas). Paprasčiausia MOLIO schema parodyta 6 paveiksle, a.

Kai tranzistorius VT uždarytas, kondensatorius C2 įkraunamas maitinimo šaltiniu Up per rezistorių R2. Šiuo atveju įtampa kondensatoriuje, taigi ir išėjime, didėja tiesiškai.Kai į bazę patenka teigiamas impulsas, tranzistorius atsidaro ir kondensatorius greitai išsikrauna per mažą varžą, o tai greitai sumažina išėjimo įtampą iki nulio ir atvirkščiai.

CLAY naudojamas spindulių skenavimo įrenginiuose CRT, analoginio į skaitmeninį keitikliuose (ADC) ir kituose konvertavimo įrenginiuose.

6 pav. — a) Paprasčiausia tiesiškai kintančios įtampos susidarymo schema b) Trionių impulsų laiko diagrama.