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=U1ω U2ω 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

74055. Фазовые равновесия и учение о растворах. 181.37 KB
  Растворы бывают газовыми жидкими твердыми. Такие растворы называются иначе истинными. Газообразные растворы называются иначе газовыми смесями. Образуются твердые растворы при кристаллизации расплавов.
74057. Классификация коллоидных систем. Устойчивость коллоидных систем 15.3 KB
  Коллоидные системы дисперсные системы промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами взвесями в которых дискретные частицы капли или пузырьки дисперсной фазы имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 100 нм распределены в дисперсионной среде обычно непрерывной отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию. В свободнодисперсных коллоидных системах дымы золи частицы не выпадают в осадок. Основные виды : дым взвесь твёрдых частиц в газе. туман взвесь жидких частиц в газе.
74058. Классификация дисперсных систем. Понятие о дисперсной фазе и дисперсной среде 37.77 KB
  Дисперсная система это образования из двух или более числа фаз тел которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ дисперсная фаза мелко распределено во втором дисперсионная среда. К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды в которой находится дисперсная фаза. Дисперсная фаза далее Д совокупность мелких однородных твердых частиц капелек жидкости или пузырьков газа равномерно распределенных в окружающей дисперсионной среде.
74059. Виды выражений концентраций растворов 14.71 KB
  Наиболее часто используют массовую долю растворённого вещества молярную и нормальную концентрацию. Массовая доля растворённого вещества wB это безразмерная величина равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора...
74060. Изохорная и изобарная теплота процесса. Закон Гесса 14.22 KB
  При изохорном процессе V=const изменение объема dV=0 поэтому работа газа = 0. При изобарном процессе p=const изменяется температура газа и изменяется объем газа поэтому изменение внутренней энергии газа и работы не равно нулю. Q = dU Подведенное количество теплоты при изобарном процессе расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы над внешними телами. Иными словами количество теплоты выделяющееся или поглощающееся при какомлибо процессе всегда одно и то же независимо от того протекает ли данное химическое...
74061. Основы химической кинетики. Кинетика гомогенных процессов, закон действия масс 23.06 KB
  Скорость химической реакции изменение концентрации одного из участвующих в реакции веществ. При увеличении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается в 24 раза закон ВантГоффа. Также скорость реакции увеличивается с повышением концентрации вещества. Кинетика гомогенных процессов: В гомогенном химическом процессе все реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одной фазе где протекает реакция.
74063. Основные положения качественного и количественного анализа 15.48 KB
  Цель аналитической химии установление качественного и количественного состава вещества или смеси веществ. Задачей качественного анализа является выяснение качественного состава вещества т е. В зависимости от задания аналитическая химия подразделяется на качественный анализ нацеленный на определение того что или какие вещества в какой форме находится в образце и количественный анализ нацеленный на определение того сколько данного вещества находится в образце. Для определения качественного состава какоголибо вещества необходимо...