40174

ГЕНЕРАТОРЫ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

По форме выходного напряжения классифицируются: генераторы гармонических колебаний и генераторы негармонических колебаний импульсные или релаксацоинные. Ku=U2 U1=Kuωejφkω где Kuω=U2ω U1ω – модуль коэффициента усиления на частоте ω; φkω=ψ2ωψ1ω – сдвиг фаз между выходным и входным напряжениями Ku на частоте ω; Bu=U1’ U2’=Buωejφbω где Buω=U1’ω U2’ω – модуль коэффициента передачи на частоте ω; φbω=ψ1ωψ2ω – сдвиг фаз между выходным и входным напряжениями четырёхполюсника Bu на частоте ω. Если на входе...

Русский

2013-10-15

102 KB

1 чел.

4 ГЕНЕРАТОРЫ

 

Генератор преобразует энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока требуемой формы. По форме выходного напряжения классифицируются: генераторы гармонических колебаний и генераторы негармонических колебаний (импульсные или релаксацоинные). Режимы работы: режим автоколебаний и режим запуска внешними импульсами. Автогенератор – работает в режиме автоколебаний, не требует подачи внешнего управляющего воздействия, а формирует выходное переменное напряжение при подключении к источнику питания. Генераторы с режимом запуска внешними импульсами при подключению к источнику питания формирует выходное переменное напряжение только при подаче управляющего сигнала. Такой режим называется ждущим.

4.1 Автогенератор

Структурная схема приведена на рис.4.1.

Рис.4.1 Структурная схема автогенератора

Условия самовозбуждения автогенератора. Ku=U2/U1=Ku(ω)ek(ω), где Ku(ω)=U2(ω)/U1(ω) – модуль коэффициента усиления на частоте ω; φk(ω)=ψ2(ω)-ψ1(ω) – сдвиг фаз между выходным и входным напряжениями Ku на частоте ω; Bu=U1/U2=Bu(ω)eb(ω) , где Bu(ω)=U1(ω)/U2(ω) – модуль коэффициента передачи на частоте ω; φb(ω)=ψ1(ω)-ψ2(ω) – сдвиг фаз между выходным и входным напряжениями четырёхполюсника Bu на частоте ω. Учитывая действие цепи ПОС, коэффициент передачи равен (Ku)oc=Ku/(1-BuKu). Если на входе появилось напряжение ∆U1, то для выходного напряжения . Если для некоторой частоты ω1 выполняется условие Ku(ω)Buexpjk(ω)+φb(ω)]=1, то амплитуда выходного напряжения с частотой ω1 будет стремиться к бесконечности независимого от того, насколько было мало начальное  значение Um1. Это означает, что в схеме возможны устойчивые колебания с частотой ω1. Последнее выражение выполняется если , где k=0,1,2,3,… целое число. Условия (1) и (2) являются условиями самовозбуждения генератора. Выражение (1) – условие баланса фаз, выражение (2) – условие баланса амплитуд. Если условия выполняются только для одной частоты, то на выходе генератора будут гармонические колебания, в противном случае – негармонические. Типы автогенераторов: низкочастотные – до 100 кГц; высокочастотные – от 100 кГц до 10 МГц; ультравысокочастотные – более 10 МГц. Устройство автогенератора следующее. Основными узлами являются активный элемент – усилитель – для обеспечения баланса амплитуд и фазосдвигающая цепь, обеспечивающая баланс фаз. В автогенераторах фазовый сдвиг в каналах ОС осуществляется двумя способами: при помощи магнитной (трансформаторной) связи (LC – схемы) (рис. 4.3) и с помощью резистивно-ёмкостной связи в RC–схемах (рис.4.2). При трансформаторной   связи при обоих включениях обмотки входное U1 и выходное U2 напряжения направлены навстречу друг другу, поэтому сдвиг фаз ψ=ψ21=π.

                      

Рис. 4.2 Схема осуществления фазового сдвига в автогенераторе

с помощью     резистивно-емкостной связи

Один усилитель каскадно сдвигает фазу Uвых на π, а так как баланс осуществляется при 2, то необходимо дополнительно обеспечить в фазосдвигающей цепи сдвиг фазы Uвых на угол π. Для реализации резистивно-ёмкостной связи в цепь ПОС включается RC – контур.

Рис. 4.4 LS-генератор (а); Выходной сигнал автогенератора (б)

Для получения ∆φ=π используется трёхзвенная комбинация Т – образных ячеек (рис. 4.3) контуров. Для получения синусоидального выходного напряжения применяются генераторы , в цепь ПОС которых включается параллельный колебательный контур. Включая колебательный контур в ОС транзисторного усилительного каскада и обеспечивая в системе баланс амплитуд и фаз, получаем LC – генератор синусоидальных колебаний. Рассмотрим схему автогенератора с колебательным LkCk – контуром и взаимоиндуктивной обратной связью (рис. 4.4). В колебательном контуре, включенном в коллекторную цепь транзистора vT, под действием напряжения питания возникают затухающие синусоидальные колебания. Взаимоиндуктивная связь дросселей Lсв и Lk  обеспечивает  передачу сигнала  ОС с дополнительным сдвигом фаз (входного и выходного сигналов) на угол φ=π, что позволяет обеспечить в схеме баланс фаз. Если параметры транзисторного каскада выбрать с учетом выражения |Ku(ω1)Bu1)|=1, то в данной схеме будет выполнено и условие баланса амплитуд, что приведёт к установлению устойчивых синусоидальных колебаний выходного  напряжения. Элементы Lф и Сф, включенные в цепь питания транзистора vT, обеспечивают протекание переменной составляющей коллекторного тока vT, минуя источник питания Un. Рассмотренные выше LC – генераторы оказываются малоэффективными при низких частотах из-за необходимости применения в колебательном контуре катушки индуктивности и конденсатора с большими номиналами L и C. При низких частотах более предпочтительны автогенераторы RC – типа (рис. 4.5).

Трёхзвенная RC – цепь  в контуре ОС обеспечивает баланс фаз, способствующий генерации в выходной цепи транзистора VT гармонических колебаний. Роль резистора Rδ1 в делителе напряжения на входе транзистора VT в данном случае выполняет правый (третий) резистор R в фазосдвигающей цепи схемы.

4.2 Импульсный генератор (релаксационный). Мультивибратор

Это релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы, выполненный в виде усилителя с цепью ПОС. Различают автоколебательные и ждущие (одновибраторы) мультивибраторы.

Схема симметрична, т. е. Rk1=Rk1=Rk; C1=C2=C; Rδ1=Rδ2=Rδ. Предположим, в момент to VT1 находится в  режиме насыщения, а VT2 – в режиме отсечки. Далее в схеме начинаются два процесса, связанные с перезарядом ёмкостей C1 и C2. В момент t=t0 конденсатор С2 полностью разряжен и после насыщения VT1 начинается заряд этого конденсатора через Rk2. Uc2=Un(1-e-t/Rk2C2).

а)

Рис.4.6 Схема мультивибратора (а);

график работы мультивибратора (б)

Т. к. конденсатор C2 через эмиттерный переход насыщенного транзистора VT1 шунтирует коллектор – эмиттерный выводы VT2, то процесс его заряда определяет скорость изменения коллекторного напряжения транзистора vT2, Т. к. процесс заряда заканчивается в момент Uc2=0,9Un, для длительности фронта коллекторного напряжения транзистора справедливо выражение t1-t0=Rk1C1ln10≈2,3Rk1C1 (1). В момент t0 ток базы VT1 складывается из постоянного тока резистора Rδ1 и импульсного тока заряда C2. Поэтому сразу после насыщения ток базы VT1 существенно больше необходимого для его насыщения, и напряжение эмиттерного перехода VT1 имеет максимальное значение Uбэ1u. По мере заряда С2 напряжение Uбэ1 падает до величины Uбэ1н, определяемой только током резистора Rδ1.

Второй процесс в схеме связан с разрядом ранее заряженного почти до напряжения питания Un конденсатора С1. Этот разряд происходит через насыщенный транзистор VT1, источник питания Un и резистор Rδ2, Т. к. VT1 насыщен, то Uбэ2Uc1 и  VT2 надёжно заперт. Процесс разрядки конденсатора С1 описывается выражением Uc1=Un[2exp(-t/Rδ2C1)-1]. Этот процесс заканчивается в момент, когда Uc1=0. Из этого выражения длительность разряда конденсатора t2-t0=0,7Rδ2C1. В момент t произойдёт очередное переключение транзисторов, Транзистор VT1 запирается, а транзистор VT2 насыщается. Далее процесс пойдёт аналогично описанному. Поэтому длительности интервалов t3-t2 и t4-t2 можно определить из выражений (1) и (2) при замене Rk1C1 на Rk2Cc2 и Rδ2C1 на Rδ1C2. Процесс разряда определяет длительность нахождения схемы в квазиустойчивом состоянии, а процесс заряда схемы конденсатора связи определяет длительность фронта коллекторного напряжения. Выходное напряжение мультивибратора прямоугольной формы, причем длительность и паузы импульсов равны между собой t2-t0=t4-t2. Частота выходного напряжения не зависит от Un и определяется параметрами элементов fкол=0,715/RδC.

4.3 Ждущий мультивибратор

Для работы мультивибратора в ждущем режиме необходимо, чтобы одно из его квазиустойчивых состояний равновесия стало устойчивым. Устойчивым является состояние, при котором транзистор vT1 насыщен током, протекающим через резистор Rδ1. При этом конденсатор С2  заряжен до напряжения питания Uc2=Un-Iko2Rk2-Uбэ1Un, а конденсатор  С1 разряжен. Транзистор vT2 заперт, что обеспечивается подачей на его эмиттерный переход через резистор Rcm напряжения смещения (-Ucm).

                               б)                                                          

Рис. 4.7 Ждущий мультивибратор (а); График работы мультивибратора (б)

Запуск ждущего мультивибратора осуществляется подачей на вход VT2 через резистор Rвх импульса положительной полярности. Амплитуда и длительность этого импульса выбираются из условия кратковременного приоткрывания VT2. Возникающие при этом уменьшение напряжения Uкэ1=Uвых1 переводит транзистор VT2 в режим насыщения. При этом его базовый ток по мере заряда С1 падает от Iб2Un/Rk1 до установившегося значения Iб2нUn/(Rk1+Rδ2). Новое состояние схемы является квазиустойчивым, т. е. пока не разрядится конденсатор С2. Поэтому длительность выходного импульса tu=t1-t0=0,7Rδ1C2. Скорость изменения напряжения Uвых1 при запирании VT1 определяется процессом заряда С1. tф≈2,3Rδ2Rk1C1/(Rδ2+Rk1). После насыщения vT1 и формирования среза импульса Uвых1 процессы в схеме не завершаются. Это объясняется тем, что токи и напряжения его элементов не соответствует устойчивому состоянию равновесия. Поэтому для возвращения схемы в устойчивое состояние необходимо некоторое время, называемое временем восстановления tвос. Это время определяется процессом заряда С2 до напряжения Un, tвос≈4Rk2C2.

В ждущем мультивибраторе С2, как и в автогенераторе, выполняет роль времязадающего конденсатора определяющего длительность выходного импульса всего устройства. Конденсатор С1 ускоряет процесс переключения транзисторов схемы и, поэтому может отсутствовать.

PAGE  57


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8957. Фридрих Дессауер. (1881-1963). Концепция техники как сопричастности божественному творению 28 KB
  Фридрих Дессауер. (1881-1963). Концепция техники как сопричастности божественному творению. Наиболее выдающейся фигурой по проблемам философии техники, как до второй мировой войны, так и непосредственно после нее, был Фридрих Дессауер. В своих работ...
8958. Льюис Мэмфорд: миф машины 28.5 KB
  Льюис Мэмфорд: миф машины. Мэмфорд в молодости увлекался электроникой. Несмотря на то, что он прошел четыре курса колледжа, диплома на степень бакалавра он не защитил, стал заниматься философией как неспециалист, Мэмфорд избрал гуманитарные науки и ...
8959. Сущность творчества. Творчество и свобода. Свобода политическая, физическая, духовная, экономическая 34 KB
  Сущность творчества. Творчество и свобода. Свобода политическая, физическая, духовная, экономическая. Существует два основных понимания творчества: Творчество - социально обусловленная духовно-практическая деятельность, целью которой является...
8960. Творческие задачи и проблемные ситуации (Ф. Бэкон, Р. Декарт) 26 KB
  Творческие задачи и проблемные ситуации (Ф. Бэкон, Р. Декарт). Можно выделить два больших класса исходных ситуаций - это Задачи и проблемные ситуации. Задачи характеризуются наличием у субъекта преобразованной исходной ситуации, необходимого и доста...
8961. Философско-психологические аспекты творчества 25.5 KB
  Философско-психологические аспекты творчества. Общие положения: Исследователь психологии творчества Крушинский, указывая на связь творческой продуктивности с наличием в наследственном механизме человека гена повышенной возбудимости, пришел к выводам...
8962. Красота в инженерном творчестве. Философское и эстетическое значение красоты 26 KB
  Красота в инженерном творчестве. Философское и эстетическое значение красоты. Существует три типа красоты: красота окружающей живой и неживой природы, красота изделий и других объектов, созданных человеком и красота, создаваемая искусством. В станов...
8963. Инженеры, профессиональная ответственность и этика 27.5 KB
  Инженеры, профессиональная ответственность и этика. Сначала инженером назывался тот, кто создавал тараны, катапульты и другие машины войны. Инженерия до семнадцатого столетия была преимущественно военной. Поведение инженера, как и другого военнослуж...
8964. Вечные двигатели. Философский аспект проблемы 26 KB
  Вечные двигатели. Философский аспект проблемы. Во всех машинах и механизмах, прежде чем совершить работу, энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергию одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии - нельзя созда...
8965. Мартин Хайдеггер: вопрос о технике 26.5 KB
  Мартин Хайдеггер: вопрос о технике. Философию техники Хайдеггера не так легко выразить обобщенно, хотя она, несомненно, имеет схожие черты с философией техники Мэмфорда и, более углубленно, с воззрениями Ортеги-и-Гассета. Как и Мэмфорд, Хайдеггер пр...