Generatorius yra savaime svyruojanti sistema, generuojanti elektros srovės impulsus, kuriuose tranzistorius atlieka perjungimo elemento vaidmenį. Iš pradžių, nuo jo išradimo momento, tranzistorius buvo pastatytas kaip stiprinantis elementas. Pirmojo tranzistoriaus pristatymas įvyko 1947 m. Lauko tranzistorius buvo pristatytas kiek vėliau - 1953 m. Impulsiniuose generatoriuose jis atlieka jungiklio vaidmenį ir tik kintamosios srovės generatoriuose suvokia savo stiprinimo savybes, tuo pačiu dalyvaudamas kuriant teigiamą grįžtamąjį ryšį palaikymui. svyravimo procesas.
Vaizdinė dažnių diapazono padalijimo iliustracija
klasifikacija
Tranzistorių generatoriai turi keletą klasifikacijų:
- pagal išėjimo signalo dažnių diapazoną;
- pagal išėjimo signalo tipą;
- pagal veikimo principą.
Dažnių diapazonas yra subjektyvi reikšmė, tačiau standartizavimui priimtinas toks dažnių diapazono padalijimas:
- nuo 30 Hz iki 300 kHz – žemo dažnio (LF);
- nuo 300 kHz iki 3 MHz – vidutinio dažnio (MF);
- nuo 3 MHz iki 300 MHz – aukšto dažnio (HF);
- virš 300 MHz – itin aukštas dažnis (mikrobangų krosnelė).
Tai yra dažnių diapazono padalijimas radijo bangų srityje. Yra garso dažnių diapazonas (AF) - nuo 16 Hz iki 22 kHz. Taigi, norint pabrėžti generatoriaus dažnių diapazoną, jis vadinamas, pavyzdžiui, HF arba LF generatoriumi. Garso diapazono dažniai, savo ruožtu, taip pat skirstomi į HF, MF ir LF.
Pagal išėjimo signalo tipą generatoriai gali būti:
- sinusoidinis – sinusiniams signalams generuoti;
- funkcinis – ypatingos formos signalų savaiminiam virpesiui. Ypatingas atvejis yra stačiakampis impulsų generatorius;
- Triukšmo generatoriai yra plataus dažnių diapazono generatoriai, kuriuose tam tikrame dažnių diapazone signalo spektras yra vienodas nuo apatinės iki viršutinės dažnio atsako dalies.
Pagal generatorių veikimo principą:
- RC generatoriai;
- LC generatoriai;
- Blokuojantys generatoriai yra trumpų impulsų generatoriai.
Dėl esminių apribojimų RC generatoriai dažniausiai naudojami žemo dažnio ir garso diapazonuose, o LC osciliatoriai – aukšto dažnio diapazone.
Generatoriaus grandinė
RC ir LC sinusoidiniai generatoriai
Paprasčiausias būdas įgyvendinti tranzistorių generatorių yra talpinėje trijų taškų grandinėje – Colpitts generatoriuje (pav. žemiau).
Tranzistoriaus generatoriaus grandinė (Colpitts osciliatorius)
Colpitts grandinėje elementai (C1), (C2), (L) nustato dažnį. Likę elementai yra standartiniai tranzistorių laidai, užtikrinantys reikiamą nuolatinės srovės veikimo režimą. Generatorius, surinktas pagal indukcinę trijų taškų grandinę – Hartley generatorių – turi tą pačią paprastą grandinės konstrukciją (pav. toliau).
Trijų taškų indukcinio ryšio generatoriaus grandinė (Hartley generatorius)
Šioje grandinėje generatoriaus dažnis nustatomas lygiagrečia grandine, kuri apima elementus (C), (La), (Lb). Kondensatorius (C) yra būtinas norint sukurti teigiamą kintamosios srovės grįžtamąjį ryšį.
Praktinis tokio generatoriaus įgyvendinimas yra sunkesnis, nes tam reikia induktyvumo su čiaupu.
Abu savaiminio virpesių generatoriai pirmiausia naudojami vidutinio ir aukšto dažnio diapazonuose kaip nešlio dažnių generatoriai, dažnio nustatymo vietinėse generatorių grandinėse ir pan. Radijo imtuvų regeneratoriai taip pat yra osciliatorių generatorių pagrindu. Ši programa reikalauja aukšto dažnio stabilumo, todėl grandinė beveik visada papildoma kvarciniu virpesių rezonatoriumi.
Pagrindinis srovės generatorius, pagrįstas kvarciniu rezonatoriumi, turi savaiminius virpesius, kurių RF generatoriaus dažnio vertės nustatymo tikslumas yra labai didelis. Milijardai procentų toli gražu nėra riba. Radijo generatoriai naudoja tik kvarco dažnio stabilizavimą.
Generatorių veikimas žemo dažnio srovės ir garso dažnio srityje yra susijęs su sunkumais įgyvendinant aukštas induktyvumo vertes. Tiksliau, reikiamo induktoriaus matmenyse.
Pierce generatoriaus grandinė yra Colpitts grandinės modifikacija, įgyvendinta nenaudojant induktyvumo (pav. žemiau).
Pramuškite generatoriaus grandinę nenaudojant induktyvumo
Pierce grandinėje induktyvumas pakeičiamas kvarciniu rezonatoriumi, kuris pašalina daug laiko reikalaujantį ir didelių gabaritų induktorių ir tuo pačiu riboja viršutinį virpesių diapazoną.
Kondensatorius (C3) neleidžia tranzistoriaus bazinio poslinkio nuolatinės srovės komponentui pereiti į kvarcinį rezonatorių. Toks generatorius gali generuoti iki 25 MHz virpesius, įskaitant garso dažnį.
Visų aukščiau paminėtų generatorių veikimas pagrįstas svyruojančios sistemos, sudarytos iš talpos ir induktyvumo, rezonansinėmis savybėmis. Atitinkamai, virpesių dažnis nustatomas pagal šių elementų reitingus.
RC srovės generatoriai naudoja fazės poslinkio principą varžinėje-talpinėje grandinėje. Dažniausiai naudojama fazių keitimo grandinė (pav. žemiau).
RC generatoriaus grandinė su fazių keitimo grandine
Elementai (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) atlieka fazių poslinkį, kad gautų teigiamą grįžtamąjį ryšį, būtiną savaiminiams virpesiams atsirasti. Generacija vyksta tokiais dažniais, kurių fazės poslinkis yra optimalus (180 laipsnių). Fazių poslinkio grandinė įveda stiprų signalo susilpnėjimą, todėl tokia grandinė padidino tranzistoriaus stiprinimo reikalavimus. Grandinė su Wien tiltu mažiau reikalauja tranzistoriaus parametrų (pav. žemiau).
RC generatoriaus grandinė su Wien tiltu
Dvigubas T formos Wien tiltas susideda iš elementų (C1), (C2), (R3) ir (R1), (R2), (C3) ir yra siauros juostos įpjovos filtras, suderintas su virpesių dažniu. Visiems kitiems dažniams tranzistorius yra padengtas giliu neigiamu ryšiu.
Funkciniai srovės generatoriai
Funkciniai generatoriai skirti generuoti tam tikros formos impulsų seką (forma apibūdinama tam tikra funkcija – iš čia ir kilęs pavadinimas). Labiausiai paplitę generatoriai yra stačiakampiai (jei impulso trukmės ir svyravimų periodo santykis yra ½, tada ši seka vadinama „vingiu“), trikampiai ir pjūkliniai impulsai. Paprasčiausias stačiakampio formos impulsų generatorius yra multivibratorius, kuris pristatomas kaip pirmoji grandinė, skirta pradedantiesiems radijo mėgėjams surinkti savo rankomis (pav. žemiau).
Multivibratoriaus grandinė – stačiakampis impulsų generatorius
Ypatinga multivibratoriaus savybė yra ta, kad jame galima naudoti beveik bet kokius tranzistorius. Impulsų ir pauzių tarp jų trukmę lemia tranzistorių (Rb1), Cb1) ir (Rb2), (Cb2) bazinėse grandinėse esančių kondensatorių ir rezistorių vertės.
Srovės savaiminio svyravimo dažnis gali skirtis nuo hercų iki dešimčių kilohercų. HF savaiminiai virpesiai negali būti realizuojami naudojant multivibratorių.
Trikampių (pjūklinių) impulsų generatoriai, kaip taisyklė, yra statomi stačiakampių impulsų generatorių (pagrindinis generatorius) pagrindu, pridedant korekcijos grandinę (pav. žemiau).
Trikampio impulsų generatoriaus grandinė
Impulsų formą, artimą trikampiui, lemia įkrovimo-iškrovimo įtampa ant kondensatoriaus C plokštelių.
Blokuojantis generatorius
Blokavimo generatorių tikslas yra generuoti galingus srovės impulsus su stačiais kraštais ir mažu darbo ciklu. Pauzių tarp impulsų trukmė yra daug ilgesnė nei pačių impulsų trukmė. Blokuojantys generatoriai naudojami impulsų formavimo įrenginiuose ir lyginamuosiuose įrenginiuose, tačiau pagrindinė taikymo sritis yra pagrindinis horizontalaus nuskaitymo generatorius informacijos rodymo įrenginiuose, pagrįstuose katodinių spindulių vamzdžiais. Blokuojantys generatoriai sėkmingai naudojami ir galios konvertavimo įrenginiuose.
Generatoriai, pagrįsti lauko tranzistoriais
Lauko efekto tranzistorių ypatybė yra labai didelė įėjimo varža, kurios eiliškumas yra panašus į elektroninių vamzdžių varžą. Aukščiau išvardyti grandinių sprendimai yra universalūs, jie tiesiog pritaikyti įvairių tipų aktyviųjų elementų naudojimui. Colpitts, Hartley ir kiti generatoriai, pagaminti ant lauko tranzistoriaus, skiriasi tik elementų nominaliomis vertėmis.
Dažnio nustatymo grandinės turi tuos pačius ryšius. Norint generuoti HF virpesius, šiek tiek pageidautina paprastas generatorius, pagamintas ant lauko tranzistoriaus, naudojant indukcinę trijų taškų grandinę. Faktas yra tas, kad lauko tranzistorius, turintis didelę įėjimo varžą, praktiškai neturi manevravimo poveikio induktyvumui, todėl aukšto dažnio generatorius veiks stabiliau.
Triukšmo generatoriai
Triukšmo generatorių ypatybė yra dažnio atsako vienodumas tam tikrame diapazone, tai yra, visų tam tikrame diapazone esančių dažnių virpesių amplitudė yra vienoda. Triukšmo generatoriai naudojami matavimo įrangoje, siekiant įvertinti bandomojo kelio dažnines charakteristikas. Garso triukšmo generatoriai dažnai papildomi dažnio atsako korektoriumi, kad prisitaikytų prie subjektyvaus žmogaus klausos garsumo. Šis triukšmas vadinamas „pilku“.
Vaizdo įrašas
Vis dar yra keletas sričių, kuriose sunku naudoti tranzistorius. Tai galingi mikrobangų generatoriai, naudojami radaruose ir kur reikalingi ypač galingi aukšto dažnio impulsai. Galingi mikrobangų tranzistoriai dar nebuvo sukurti. Visose kitose srityse didžioji dauguma generatorių yra pagaminti tik iš tranzistorių. Tam yra keletas priežasčių. Pirma, matmenys. Antra, energijos suvartojimas. Trečia, patikimumas. Be to, tranzistorius dėl savo struktūros pobūdžio labai lengva miniatiūrizuoti.
Generatorių su svyravimo grandinėmis naudojimas (pvz LC) generuoti virpesius, kurių dažnis mažesnis nei 15-20 kHz, yra sunku ir nepatogu dėl grandinių tūrio. Šiuo metu šiam tikslui plačiai naudojami tokio tipo generatoriai. R.C. kuriame vietoj svyruojančios grandinės naudojami selektyvūs RC filtrai. Tipas generatoriai R.C. gali generuoti labai stabilius sinusinius virpesius gana plačiame dažnių diapazone nuo hercų dalių iki šimtų kilohercų. Be to, jie yra mažo dydžio ir svorio. Išsamiausi tipo generatorių privalumai R.C. pasirodo žemo dažnio srityje.
Sinusoidinio virpesių generatoriaus tipo blokinė schema R.C. parodyta pav. 1.5.
Ryžiai. 1.5
Stiprintuvas pagamintas pagal įprastą varžinę grandinę. Norint savaime sužadinti stiprintuvą, t.y. transformuoti iš pradžių atsiradusius svyravimus į neslopintus, reikia stiprintuvo įėjimui pritaikyti dalį išėjimo įtampos, kuri viršija įėjimo įtampą arba yra lygi jai dydžiu ir sutampa. su juo fazėje, kitaip tariant, uždengti stiprintuvą teigiamu pakankamo gylio grįžtamuoju ryšiu. Kai stiprintuvo išvestis yra tiesiogiai prijungta prie jo įvesties, įvyksta savaiminis sužadinimas, tačiau generuojamų svyravimų forma smarkiai skirsis nuo sinusinės, nes savaiminio sužadinimo sąlygos vienu metu bus tenkinamos daugelio dažnių virpesiams. Norint gauti sinusoidinius virpesius, būtina, kad šios sąlygos būtų įvykdytos tik vienu konkrečiu dažniu ir būtų smarkiai pažeistos visais kitais dažniais.
Ryžiai. 1.6
Ši problema išspręsta naudojant fazių poslinkio grandinė, kuri turi keletą saitų R.C. ir skirtas pasukti stiprintuvo išėjimo įtampos fazę 180°. Fazės pokytis priklauso nuo nuorodų skaičiaus P ir lygus
Dėl to, kad viena nuoroda R.C. keičia fazę kampu< 90°, минимальное число звеньев фазовращающей цепочки P -- 3. Praktinėse generatorių grandinėse dažniausiai naudojamos trijų grandžių fazių keitimo grandinės.
Fig. 1.6 paveiksle parodyti du tokių grandinių variantai, atitinkamai vadinami „R-parallel“ ir „C-parallel“. Šių grandinių generuojamų sinusinių virpesių dažnis esant sąlygai R1 = R 2 = R 3 = R Ir C t = C 2 = C3 = C apskaičiuojamas naudojant šias formules: grandinės pav. 1.6, a:
schemai pav. 4.6, b:
Siekiant užtikrinti amplitudės balansą, stiprintuvo stiprinimas turi būti lygus arba didesnis už fazių poslinkio grandinės, per kurią išėjimo įtampa tiekiama į stiprintuvo įvestį, įvestą slopinimą.
Skaičiavimai rodo, kad aukščiau nurodytoms schemoms slopinimas
Todėl grandinės, kuriose naudojamos trijų grandžių fazių keitimo grandinės, turinčios tas pačias grandis, gali generuoti sinusinius virpesius, kurių dažnis f 0 tik jei stiprintuvo stiprinimas viršija 29.
Fazių poslinkio grandinėje su identiškomis jungtimis kiekviena paskesnė jungtis turi manevravimo poveikį ankstesnei grandinei. Siekiant sumažinti jungčių manevravimo veiksmą ir sumažinti slopinimą fazių poslinkio grįžtamojo ryšio grandinėje, vadinama. progresyvus grandines. Tokiu atveju pasirenkama kiekvienos paskesnės jungties rezistoriaus varža tn kartų didesnis už ankstesnės jungties varžą, o paskesnių jungčių talpa sumažėja tiek pat:
Paprastai vertė T neviršija 4-5.
Fig. 1.7 parodyta viena iš galimų tokio tipo savaiminio osciliatoriaus grandinių R.C. su fazių keitikliu.
Fazių balanso sąlygos užtikrinimo požiūriu toks generatorius galėtų būti pastatytas ant vieno tranzistoriaus (T2) su bendru emitteriu. Tačiau šiuo atveju grįžtamojo ryšio grandinė apeina rezistorių R K stiprinantį tranzistorių ir sumažina jo stiprinimą, o maža tranzistoriaus įėjimo varža smarkiai padidina slopinimą grįžtamojo ryšio grandinėje. Todėl patartina atskirti fazių poslinkio grandinės išėjimą ir stiprintuvo įvestį naudojant emiterio sekiklį, surinktą ant tranzistoriaus T1.
Savarankiškas generatorius pradeda veikti nuo maitinimo šaltinio įjungimo momento. Gautame kolektoriaus srovės impulse yra platus ir nuolatinis dažnių spektras, kuris būtinai apima reikiamą generavimo dažnį. Dėl savaiminio sužadinimo sąlygų įvykdymo šio dažnio svyravimai tampa neslopinami, o visų kitų dažnių, kuriems netenkinama fazių balanso sąlyga, svyravimai greitai suyra.
Fiksuoto dažnio sinusoidiniams virpesiams generuoti dažniausiai naudojami autogeneratoriai su fazių poslinkio grandinėmis. Taip yra dėl dažnio derinimo dideliame diapazone sunkumų. Autogeneratorių tipas R.C. pastatyti šiek tiek kitaip. Panagrinėkime šį klausimą išsamiau.
Jei stiprintuvas pasuka įvesties signalo fazę 2? (pvz., stiprintuvas su lyginiu skaičiumi pakopų), tada, kai yra padengtas pakankamo gylio teigiamu grįžtamuoju ryšiu, jis gali generuoti elektrinius virpesius neįjungdamas specialios fazių poslinkio grandinės. Norint atskirti reikiamą sinusoidinių virpesių dažnį nuo viso tokios grandinės generuojamų dažnių spektro, būtina užtikrinti, kad savaiminio sužadinimo sąlygos būtų įvykdytos tik vienam dažniui. Šiuo tikslu į grįžtamojo ryšio grandinę galima įtraukti nuoseklią lygiagrečią selektyvinę grandinę, kurios schema parodyta fig. 1.8.
Ryžiai. 1.7
Nustatykime šios grandinės savybes, laikydami ją įtampos dalikliu.
Yra akivaizdus ryšys tarp išėjimo ir įėjimo įtampos
Šios grandinės įtampos perdavimo koeficientas
Esant kvazirezonansiniam dažniui w 0, įtampos perdavimo koeficientas turi būti lygus realiajam skaičiui. Tai įmanoma tik tuo atveju, jei varžos, išreikštos atitinkamu matematiniu užrašu paskutinės formulės skaitiklyje ir vardiklyje, yra tos pačios prigimties. Ši sąlyga įvykdoma tik tuo atveju, jei vardiklio tikroji dalis lygi nuliui, t.y.
Taigi kvazirezonansinis dažnis
Kalbant apie įtampos perdavimo koeficientą, kvazirezonansiniu dažniu jis yra lygus
Vertės pakeitimas šia formule
Darant prielaidą, kad R1 = R 2 = R Ir C 1 = C 2 = C, suraskime galutines f 0 reikšmes
Nagrinėjamos atrankinės grandinės įvestas slopinimas kvazirezonansiniu dažniu yra lygus
Tai reiškia, kad minimalus stiprinimas, kuriam esant tenkinama amplitudės balanso sąlyga, taip pat turi būti lygus 3. Akivaizdu, kad šį reikalavimą patenkinti gana lengva. Tikras tranzistorinis stiprintuvas, turintis du etapus (mažiausias lyginis skaičius), leidžia gauti daug didesnį įtampos padidėjimą nei KAM O = 3. Todėl kartu su teigiamu grįžtamuoju ryšiu patartina į stiprintuvą įvesti ir neigiamą grįžtamąjį ryšį, kuris, mažindamas stiprinimą, tuo pačiu žymiai sumažina galimus netiesinius generuojamų virpesių iškraipymus. Tokio generatoriaus schema parodyta fig. 1.9.
Tranzistoriaus RC osciliatoriaus su dažnio derinimu grandinės schema
Tranzistoriaus T1 emiterio grandinėje esantis termistorius skirtas stabilizuoti išėjimo įtampos amplitudę, kai keičiasi temperatūra. Dažnio reguliavimas atliekamas naudojant suporuotą potenciometrą R1R2.
Šiuo metu generatoriams gaminti retai naudojami atskiri elementai (tranzistoriai). Dažniausiai šiems tikslams naudojami įvairių tipų integriniai grandynai. Grandinės, sukurtos ant operatyvinių stiprintuvų, daugintuvų, lygintuvų ir laikmačių, išsiskiria savo paprastumu, stabiliais parametrais ir universalumu. Operatyvinio stiprintuvo lankstumas ir universalumas leidžia sukurti beveik visų tipų generatorius su patenkinamais parametrais su minimaliu išorinių komponentų skaičiumi, tačiau tuo pat metu juos lengva konfigūruoti ir reguliuoti.
Tokių generatorių veikimo principas pagrįstas fazių poslinkio arba rezonansinių elementų naudojimu OS grandinėse: Wien tiltas, dvigubas T formos tiltas, perjungimo RC grandinės.
Yra ir kitų būdų, kaip generuoti sinusinius virpesius, pavyzdžiui, filtruojant trikampius impulsus arba išimant pirmąjį harmoninį stačiakampių impulsų komponentą.
Mes pažvelgėme į vieną iš generatorių tipų, naudojančių virpesių grandinę. Tokie generatoriai dažniausiai naudojami tik aukštais dažniais, tačiau daliai generavimo žemesniais dažniais LC generatoriaus naudojimas gali būti sudėtingas. Kodėl? Prisiminkime formulę: KC generatoriaus dažnis apskaičiuojamas pagal formulę
Tai yra: norint sumažinti generavimo dažnį, būtina padidinti pagrindinio kondensatoriaus talpą ir induktoriaus induktyvumą, o tai, žinoma, padidins dydį.
Todėl norėdami sukurti palyginti žemus dažnius, jie naudoja RC generatoriai
kurio veikimo principą svarstysime.
Paprasčiausio RC generatoriaus grandinė(ji taip pat vadinama grandine su trifaze fazių grandine), parodyta paveikslėlyje:
Diagrama rodo, kad tai tik stiprintuvas. Be to, jis yra padengtas teigiamu grįžtamuoju ryšiu (POF): jo įėjimas yra prijungtas prie išvesties, todėl jis nuolat yra savaime sužadinamas. O RC osciliatoriaus dažnį valdo vadinamoji fazių poslinkio grandinė, susidedanti iš elementų C1R1, C2R2, C3R3.
Naudojant vieną rezistoriaus ir kondensatoriaus grandinę, galima gauti ne didesnį kaip 90º fazės poslinkį. Tiesą sakant, poslinkis yra beveik 60º. Todėl, norint gauti 180º fazės poslinkį, reikia sumontuoti tris grandines. Iš paskutinės RC grandinės išvesties signalas tiekiamas į tranzistoriaus pagrindą.
Veikimas pradedamas įjungus maitinimo šaltinį. Gautame kolektoriaus srovės impulse yra platus ir nuolatinis dažnių spektras, kuriame būtinai bus reikalingas generavimo dažnis. Tokiu atveju dažnio, kuriam sureguliuota fazių poslinkio grandinė, svyravimai bus neslopinami. Virpesių dažnis nustatomas pagal formulę:
Tokiu atveju turi būti įvykdyta ši sąlyga:
R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C
Tokie generatoriai gali veikti tik fiksuotu dažniu.
Be fazių keitimo grandinės naudojimo, yra ir kita, labiau paplitusi parinktis. Generatorius taip pat pastatytas ant tranzistorinio stiprintuvo, tačiau vietoj fazių keitimo grandinės naudojamas vadinamasis Wien-Robinson tiltas (pavardė Vin rašoma vienu „H“!!). Štai kaip atrodo:
Kairėje grandinės pusėje yra pasyvus RC pralaidumo filtras, taške A pašalinama išėjimo įtampa.
Dešinė pusė yra tarsi nuo dažnio nepriklausomas skirstytuvas.
Visuotinai priimta, kad R1=R2=R, C1=C2=C. Tada rezonansinis dažnis bus nustatytas pagal šią išraišką:
Šiuo atveju stiprinimo modulis yra didžiausias ir lygus 1/3, o fazės poslinkis yra lygus nuliui. Jei daliklio stiprinimas yra lygus juostos pralaidumo filtro stiprinimui, tada esant rezonansiniam dažniui įtampa tarp taškų A ir B bus lygi nuliui, o fazės atsakas rezonansiniu dažniu šokteli nuo -90º iki +90º. Apskritai turi būti įvykdyta ši sąlyga:
R3=2R4
Tačiau yra tik viena problema: visa tai galima svarstyti tik esant idealioms sąlygoms. Tiesą sakant, viskas nėra taip paprasta: menkiausias nukrypimas nuo sąlygos R3 = 2R4 sukels generacijos gedimą arba stiprintuvo prisotinimą. Kad būtų aiškiau, prijungkime Wien tiltą prie operatyvinio stiprintuvo:
Apskritai šios schemos naudoti tokiu būdu nebus įmanoma, nes bet kokiu atveju tilto parametrai bus išsibarstę. Todėl vietoj rezistoriaus R4 įvedamas kažkoks netiesinis arba valdomas pasipriešinimas.
Pavyzdžiui, netiesinis rezistorius: valdoma varža naudojant tranzistorius. Arba taip pat galite pakeisti rezistorių R4 į mikro galios kaitrinę lempą, kurios dinaminė varža didėja didėjant srovės amplitudei. Kaitinamasis siūlas turi gana didelę šiluminę inerciją, o kelių šimtų hercų dažniais jis praktiškai neturi įtakos grandinės veikimui per vieną laikotarpį.
Generatoriai su Wien tiltu turi vieną gerą savybę: jei R1 ir R2 pakeičiami kintamuoju (bet tik dvigubu), tai generavimo dažnį galima reguliuoti tam tikrose ribose.
Galima suskirstyti kondensatorius C1 ir C2 į sekcijas, tada bus galima perjungti diapazonus, o naudojant dvigubą kintamą rezistorių R1R2 sklandžiai reguliuoti dažnį diapazonuose.
Beveik praktiška RC osciliatoriaus grandinė su Wien tiltu parodyta paveikslėlyje žemiau:
Čia: jungiklis SA1 gali perjungti diapazoną, o dvigubas rezistorius R1 gali reguliuoti dažnį. Stiprintuvas DA2 skirtas suderinti generatorių su apkrova.
Harmoninių virpesių generatorius vadinamas įtaisu, kuris sukuria kintamą sinusinę įtampą, kai nėra įvesties signalų. Generatoriaus grandinės visada naudoja teigiamus atsiliepimus.
Virpesiai vadinami Laisvas(arba savo), jei jie pasiekiami dėl iš pradžių tobulos energijos, kai vėliau nėra išorinio poveikio svyruojančiai sistemai (sistemai, kuri svyruoja). Paprasčiausias virpesių tipas yra harmoniniai svyravimai – svyravimai, kuriuose virpesių dydis laikui bėgant kinta pagal sinuso (kosinuso) dėsnį.
Generatoriai yra neatsiejama daugelio matavimo priemonių dalis ir svarbiausi automatinių sistemų blokai.
Yra analoginiai ir skaitmeniniai generatoriai. Analoginiams harmonikų generatoriams svarbi problema yra automatinis išėjimo įtampos amplitudės stabilizavimas. Jei grandinėje nėra automatinio stabilizavimo įtaisų, stabilus generatoriaus darbas bus neįmanomas. Tokiu atveju, įvykus svyravimams, išėjimo įtampos amplitudė pradės nuolat didėti, o tai lems, kad aktyvusis generatoriaus elementas (pavyzdžiui, operacinis stiprintuvas) pereis į prisotinimo režimą. . Dėl to išėjimo įtampa skirsis nuo harmoninės. Automatinės amplitudės stabilizavimo schemos yra gana sudėtingos.
Struktūrinis generatoriaus grandinė parodyta paveikslėlyje žemiau:
IE yra energijos šaltinis,
UE - stiprintuvas,
POS - teigiamo grįžtamojo ryšio grandinė,
OOS - neigiamo grįžtamojo ryšio grandinė,
FC - virpesių formuotojas (LC grandinė arba fazinė RC grandinė).
Autorius svyravimų gavimo būdas generatoriai skirstomi į dvi grupes: generatoriai su išorinė stimuliacija ir generatoriai su savęs sužadinimas. Išoriškai sužadinamas generatorius yra galios stiprintuvas, kurio įėjimas yra tiekiamas elektros signalais iš virpesių šaltinio. Savaime sužadintuose generatoriuose yra virpesių formuotojų; tokie generatoriai dažnai vadinami autogeneratoriai .
Savarankiško generatoriaus veikimo principas.
Jis pagrįstas automatiniu virpesių tvarkyklės sunaudotos energijos papildymu.
Tokiu atveju reikia laikytis šių dalykų:
-amplitudės balanso taisyklė- stiprinimo ir grįžtamojo ryšio koeficiento sandauga turi būti lygi 1.
-fazių balanso taisyklė- tai reiškia, kad svyravimai vyksta labai specifiniu dažniu, kai fazės sutampa.
Jei tenkinamos abi sąlygos, svyravimai atsiranda sklandžiai arba staigiai ir automatiškai palaikomi tam tikrame diapazone. Esant dideliam fazės poslinkiui, svyravimai vienas kitą panaikins ir vėliau visiškai išnyks.
Yra daugybė sinusinių bangų generatorių grandinių. Yra generatoriai, skirti dažniams nuo kelių dešimčių kilohercų ir aukštesniems LC grandinės , ir žemų dažnių generatoriai, kaip taisyklė, RC filtrai .
LC harmoninių virpesių generatorių grandinės.
Generatoriuose su LC grandinės Naudojamos aukšto kokybės koeficiento indukcinės ritės ir kondensatoriai. Savaiminis osciliatorius – virpesių formuotojas – tai viena ar daugiau stiprinimo pakopų su teigiamomis nuo dažnio priklausomomis grįžtamojo ryšio grandinėmis; Grįžtamojo ryšio grandinėse yra virpesių grandinių. Galimi įvairūs virpesių grandinės įjungimo elektroninio prietaiso elektrodų atžvilgiu variantai: tik įėjime, tik išėjime arba vienu metu keliose grandinės dalyse. Remiantis LC elementų prijungimo prie stiprinančių elementų elektrodų metodais, išskiriama transformatorinė jungtis ir vadinamoji trijų taškų jungtis – indukcinė arba talpinė. Savarankiškas generatorius su transformatoriaus mova parodytas fig. 1.
Ryžiai. 1. Autogeneratorius – sinusinių virpesių formuotojas su transformatorine jungtimi.
Virpesių grandinė, susidedanti iš ritės Lk ir kondensatoriaus C, yra tranzistoriaus V1 kolektoriaus apkrova.Indukcinę jungtį tarp stiprintuvo išėjimo ir įėjimo užtikrina ritė Lb, prijungta prie tranzistoriaus pagrindo. Elementai R1, R2, Re, Se skirti užtikrinti reikiamą nuolatinės srovės veikimo režimą ir jos terminį stabilizavimą.
Dėl kondensatoriaus C1, kurio generavimo dažnis turi mažą varžą, tarp tranzistoriaus pagrindo ir emiterio sukuriama grandinė kintamos srovės komponentui. Taškai rodo apvijų Lb ir Lk pradžią, nes būtina laikytis fazių balanso sąlygos. Fazių balanso būklė stebimas, jei energijos antplūdis vyksta sinchroniškai su įtampos ženklo pasikeitimu grandinėje; pavyzdžiui, kaskadoje su tranzistoriumi, prijungtu pagal OE grandinę, įėjimo ir išėjimo signalų fazės tarpusavyje pasislenka 180 ° C. Todėl Lb ritės galai turi būti sujungti taip, kad įvesties ir išvesties svyravimai yra fazėje. Amplitudės balanso sąlyga susideda iš to, kad nuostolius grandinėje ir apkrovą nuolat papildo maitinimo šaltinis.
Ryžiai. 1a. Autogeneratoriaus veikimas. Laikini procesai.
Antigeneratoriaus veikimas(1a pav.) prasideda įjungus Ek šaltinį. Pradinis srovės impulsas sužadina virpesius LcC grandinėje dažniu 
, kuris gali sustoti dėl šiluminės energijos nuostolių aktyviojoje ritės ir kondensatoriaus varžoje. Bet kadangi tarp ritių Lb ir Lk yra indukcinis ryšys su abipusio induktyvumo koeficientu M, bazinėje grandinėje atsiras kintamoji srovė., fazėje sutampa su kolektoriaus grandinės srove (fazių balanso sąlyga užtikrinama racionaliai įtraukus apvijos galus Lb). Sustiprinti virpesiai perduodami iš grandinės atgal į bazinę grandinę, o virpesių amplitudė palaipsniui didėja, pasiekdama iš anksto nustatytą vertę.
Ryžiai. 2. Sinusinių virpesių formuotojai, pagrįsti virpesių grandine, surinkta pagal tritaškę indukcinę (a) ir talpinę (b) grandinę.
Autogeneratorius surinktas pagal trijų taškų schema, parodyta pav. 2, a. Virpesių grandinė, susidedanti iš sekcijų ritės Lk ir kondensatoriaus Sk, yra tranzistoriaus V1 apkrova. Ritė Lk yra padalinta į dvi dalis: vienas išėjimas prijungtas prie kolektoriaus, antrasis - prie tranzistoriaus pagrindo; energija tiekiama į vieną iš šios ritės vidurinių vijų. Šis įtraukimas užtikrina fazių balanso įgyvendinimą ir pasižymi dideliu paprastumu bei patikimumu. Tranzistoriaus veikimo režimas nuolatinėje srovėje ir jo terminis stabilizavimas atliekamas tais pačiais elementais kaip ir transformatoriaus generatoriaus grandinėje (žr. 1 pav.). Talpinėje tritaškėje grandinėje (2 pav.,b) svyruojančios grandinės talpinėje šakoje yra du kondensatoriai, tarp kurių esantis vidurinis taškas yra prijungtas prie tranzistoriaus V1 emiterio. Virpesių grandinė yra nuosekliai sujungta tarp energijos šaltinio ir UE. Kondensatorių įtampa yra priešingo poliškumo bendro taško atžvilgiu, o tai užtikrina fazių balanso sąlygą.
RC harmoninių virpesių generatorių grandinės.
RC osciliatoriai naudojamas infra-žemo ir žemo dažnio virpesiams generuoti (nuo hercų dalių iki kelių dešimčių kilohercų); RC generatoriai gali sukelti aukštesnio dažnio virpesius, tačiau žemo dažnio svyravimai yra stabilesni.
Ryžiai. 3. Sinusinių virpesių autogeneratoriai su L formos RC jungčių (a) ir tilto tipo (b) taikiniu.
RC osciliatorius susideda iš stiprintuvo (vieno arba kelių pakopų) ir nuo dažnio priklausomos grįžtamojo ryšio grandinės. Grįžtamasis ryšys yra „kopėčių“ (3 pav., a) arba tilto (3 pav., b) RC grandinių pavidalu.
RC osciliatorius su kelių saitų RC grįžtamojo ryšio grandinė parodyta Fig. 3, a. Trys nuosekliai sujungti fazavimo lygmenys R1C1-R3C3, sujungti tarp stiprintuvo pakopos išėjimo ir įėjimo, sudaro teigiamo grįžtamojo ryšio grandinę su filtravimo savybėmis. Jis palaiko svyravimo procesą tik vienu konkrečiu dažniu; Be RC elementų vienos pakopos stiprintuvas turėtų neigiamą įtampos grįžtamąjį ryšį. Sąlyga fazių balansui Rezultatas yra toks, kad kiekviena iš RC jungčių pasuka signalo fazę 60° kampu, o bendras poslinkio kampas yra 180°. Amplitudės balanso sąlyga patenkinama pasirinkus atitinkamą etapo stiprinimą.
Autogeneratorius su RC filtru tilto tipas parodyta pav. 3, b. Dvi tiltelio atšakos – jungtys R1C1 ir R2C2 – yra prijungtos prie 2 stiprintuvo neinvertuojančio įėjimo (skaičius trikampio viduje rodo pakopų skaičių). Šios jungtys sudaro PIC grandinę. Kita įstrižainė yra prijungta prie to paties stiprintuvo invertuojančio įėjimo, sudaryto iš netiesinių elementų R3 ir r, kuri sukuria OOS grandinę. Šioje grandinėje tiltas turi atrankinę savybę ir fazių balanso sąlyga užtikrinama vienu dažniu (kuriuo tilto išėjimo signalas yra fazėje su įėjimu). Šio savaiminio generatoriaus dažnio reguliavimas yra paprastas ir patogus, galimas labai plačiame dažnių diapazone. Tai atliekama keičiant arba abiejų rezistorių varžas, arba abiejų tiltelio kondensatorių talpas.
Bendras visų generatorių trūkumas yra generuojamo dažnio jautrumas maitinimo įtampos, temperatūros pokyčiams ir grandinės elementų "senėjimui".
R.C.-generatorius yra harmoninių virpesių generatorius, kuriame vietoj osciliacinės sistemos, kurioje yra elementų L Ir SU, naudojama varžinė-talpinė grandinė ( R.C.-grandinė) su dažnio selektyvumu.
Induktorių išskyrimas iš grandinės leidžia žymiai sumažinti generatoriaus dydį ir svorį, ypač esant žemiems dažniams, nes dažniui mažėjant, induktorių matmenys smarkiai padidėja. Svarbus privalumas R.C.-generatoriai, palyginti su L.C.- generatoriai yra galimybė juos gaminti naudojant integruotą technologiją. Tačiau R.C.- generatoriai turi žemą generuojamų virpesių dažnio stabilumą dėl žemo kokybės faktoriaus R.C.-grandinės, taip pat bloga virpesių forma dėl prasto aukštesnių harmonikų filtravimo išėjimo virpesių spektre.
R.C.-generatoriai gali veikti įvairiais dažniais (nuo hercų dalių iki dešimčių megahercų), tačiau jie buvo pritaikyti ryšių įrangoje ir matavimo technologijoje daugiausia žemuose dažniuose.
Pagrindinė teorija R.C.-generatorius sukūrė sovietų mokslininkai V.P.Asejevas, K.F.Teodorčikas, E.O.Saakovas, V.G.Kriksunovas ir kt.
R.C.- generatorius paprastai apima plačiajuostį stiprintuvą, pagamintą iš vamzdžio, tranzistoriaus arba integrinio grandyno ir R.C.- grįžtamojo ryšio grandinė, kuri turi atrankines savybes ir nustato virpesių dažnį. Stiprintuvas kompensuoja energijos nuostolius pasyviuosiuose elementuose ir užtikrina, kad būtų įvykdytos savaiminio sužadinimo amplitudės sąlygos. Grįžtamojo ryšio grandinė užtikrina, kad savaiminio sužadinimo fazinė sąlyga būtų įvykdyta tik vienu dažniu. Pagal grįžtamojo ryšio grandinės tipą R.C.- generatoriai skirstomi į dvi grupes:
su nuliniu fazės poslinkiu grįžtamojo ryšio grandinėje;
su fazės poslinkiu grįžtamojo ryšio grandinėje 180.
Norėdami pagerinti generuojamų virpesių formą R.C. generatoriai naudoja elementus, kurie turi netiesiškumą, kurie riboja virpesių amplitudės padidėjimą. Tokio elemento parametrai kinta priklausomai nuo virpesių amplitudės, o ne nuo jų momentinių verčių (termistorius, kurio varža priklauso nuo įkaitimo laipsnio per jį tekančia srove). Esant šiam apribojimui, svyravimų forma nesikeičia, jie išlieka harmoningi net stacionariame režime.
Apsvarstykime abu tipus R.C.-autogeneratoriai.
Savaiminis generatorius su 180 fazių poslinkiu grįžtamojo ryšio grandinėje.
Toks savaiminis generatorius dar vadinamas savaiminiu generatoriumi su trijų grandžių grandine. R.C..
Diagramose R.C.-osciliatoriai, kurių fazės poslinkis yra 180, grįžtamojo ryšio grandinėje naudoja stiprintuvus, kad apverstų įėjimo įtampos fazę. Toks stiprintuvas gali būti, pavyzdžiui, operacinis stiprintuvas su invertuojamuoju įėjimu, vienos pakopos stiprintuvas arba kelių pakopų stiprintuvas su nelyginiu invertuojamųjų pakopų skaičiumi.
Kad fazių balanso lygtis būtų patenkinta, grįžtamojo ryšio grandinė turi užtikrinti fazės poslinkį OS = 180.
Norėdami pagrįsti grįžtamojo ryšio grandinės struktūrą, atkuriame paprasčiausios fazės-dažnio charakteristikas. R.C.-nuorodos (3,4 pav.).
Ryžiai. 3 variantas R.C.-nuoroda ir jos fazinis atsakas
Ryžiai. 4 Parinktis R.C.-nuoroda ir jos fazinis atsakas
Iš grafikų aišku, kad vienas paprasčiausių R.C.-link įveda fazės poslinkį, neviršijantį 90. Todėl fazės poslinkis 180 gali būti pasiektas kaskadiniu trijų elementų prijungimu R.C.-nuorodos (5 pav.).
Ryžiai. 5 Trijų elementų grandinės ir fazinis atsakas R.C.- grandinėlės
Elementai R.C.- grandinės suprojektuotos taip, kad generavimo dažniu fazinis poslinkis būtų 180. Vienas iš variantų generatoriui su trijų grandžių grandine R.C. parodyta 6 paveiksle
Ryžiai. 6 Generatorius su trijų grandžių grandine R.C.
Generatorius susideda iš varžinio tranzistoriaus stiprintuvo ir grįžtamojo ryšio grandinės. Vienpakopis stiprintuvas su bendru emiteriu sukuria fazės poslinkį tarp kolektoriaus įtampos ir pagrindo K = 180. Todėl, norint pasiekti fazių balansą, grįžtamojo ryšio grandinė turi užtikrinti OS = 180 generuojamų virpesių dažniu.
Išanalizuokime grįžtamojo ryšio grandinę, kuriai kontūro srovės metodu sudarysime lygčių sistemą.
Išspręsdami gautą sistemą grįžtamojo ryšio koeficiento atžvilgiu, gauname išraišką
Iš išraiškos seka, kad fazės poslinkis 180 gaunamas tuo atveju, kai tai yra reali ir neigiama reikšmė, t.y.
todėl generuoti galima dažniu
Šiuo dažniu grįžtamojo ryšio koeficiento modulis
Tai reiškia, kad norint sužadinti savaiminius virpesius, stiprintuvo koeficientas turi būti didesnis nei 29.
Generatoriaus išėjimo įtampa dažniausiai paimama iš tranzistoriaus kolektoriaus. Norint gauti harmoninius virpesius, į emiterio grandinę įtraukiamas termistorius R T su teigiamu atsparumo temperatūros koeficientu. Didėjant virpesių amplitudei, pasipriešinimas R T didėja, o neigiamo grįžtamojo ryšio gylis kintamosios srovės stiprintuve atitinkamai didėja, stiprinimas mažėja. Kai atsiranda stacionarus virpesių režimas ( KAM= 1), stiprintuvas išlieka tiesinis ir kolektoriaus srovės forma neiškraipoma.
Savaiminis generatorius su nuliniu fazės poslinkiu grįžtamojo ryšio grandinėje.
Būdingas grandinių bruožas R.C.-generatoriai su nuliniu fazės poslinkiu grįžtamojo ryšio grandinėje yra juose esančių stiprintuvų, kurie nekeičia įvesties signalo fazės, naudojimas. Toks stiprintuvas gali būti, pavyzdžiui, operacinis stiprintuvas su neinvertuojančiu įėjimu arba kelių pakopų stiprintuvas su lyginiu skaičiumi invertuojančių pakopų. Panagrinėkime keletą galimų grįžtamojo ryšio grandinių, užtikrinančių nulinį fazės poslinkį, variantus (7 pav.).
Ryžiai. 7 grįžtamojo ryšio grandinių, užtikrinančių nulinį fazės poslinkį, parinktys
Jie susideda iš dviejų grandžių, iš kurių viena žymi RС-jungtis su teigiamu fazės poslinkiu, o antrasis - su neigiamu fazės poslinkiu. Pridėję PFC tam tikru dažniu (generavimo dažniu), galite gauti fazės poslinkį, lygų nuliui.
Praktikoje dažniausiai, kaip selektyvinė grandinė su nuliniu fazės poslinkiu, naudojamas fazių balansavimo tiltelis arba kitu būdu Wien tiltas (7 c pav.), kurio panaudojimas parodytas diagramoje. R.C.-osciliatorius su nuliniu fazės poslinkiu, pagamintas ant operacinio stiprintuvo (8 pav.).
Ryžiai. 8 R.C.-generatorius su nuliniu fazės poslinkiu OS grandinėje
Šioje grandinėje įtampa iš stiprintuvo išėjimo į jo neinvertuojamą įvestį tiekiama per grįžtamojo ryšio grandinę, sudarytą iš Wien tilto elementų. R 1 C 1 ir R 2 C 2. Varžinė grandinė R.R. T formuoja kitą grįžtamąjį ryšį – neigiamą, kuris skirtas apriboti svyravimų amplitudės didėjimą ir išlaikyti jų harmoningą formą. Neigiama grįžtamojo ryšio įtampa yra įjungta į operacinio stiprintuvo invertuojamą įvestį. Termistorius R T turi turėti neigiamą temperatūros atsparumo koeficientą.
Grįžtamojo ryšio grandinės stiprinimas
turi būti tikras ir teigiamas kiekis, ir tai įmanoma, jei lygybė
Iš čia nustatomas generuojamų virpesių dažnis. Jeigu R 1 = R 2 =R, C 1 = C 2 = C, Tai
Savaiminio sužadinimo 0 dažniu amplitudės sąlyga reikalauja įvykdyti nelygybę
Jei yra lygybė R 1 = R 2 = R Ir C 1 = C 2 = Cįgyti KAM > 3.
Virpesių dažnis gali būti keičiamas keičiant varžas R arba kondensatorių talpos SU, įtrauktas į Wien tiltą, o svyravimų amplitudė reguliuojama varža R.
Pagrindinis privalumas R.C.- generatoriai priekyje L.C.-generatoriai yra tai, kad pirmuosius lengviau įdiegti žemiems dažniams. Pavyzdžiui, jei generatoriaus grandinėje su nuliniu fazės poslinkiu grįžtamojo ryšio grandinėje (8 pav.) R 1 = R 2 = 1 MΩ, C 1 = C 2 = 1 µF, tada generuojamas dažnis
.
Norėdami gauti tą patį dažnį L.C.-generatorius, reiktų induktyvumo L= 10 16 H at SU= 1 µF, o tai sunku įgyvendinti.
IN R.C.- generatoriai, tai įmanoma vienu metu keičiant kondensatorių reikšmes SU 1 ir SU 2, gaukite platesnį dažnių derinimo diapazoną nei yra L.C.- generatoriai. Dėl L.C.- generatoriai
o už R.C.- generatoriai, su SU 1 = SU 2
Į trūkumus R.C.-generatoriai turėtų būti siejami su tuo, kad esant santykinai aukštiems dažniams juos sunkiau įgyvendinti nei L.C.- generatoriai. Iš tiesų, talpos vertės negalima sumažinti žemiau instaliacijos talpos, o sumažėjus rezistoriaus varžai sumažėja stiprinimas, todėl sunku patenkinti amplitudės savaiminio sužadinimo sąlygą.
Išvardinti privalumai ir trūkumai R.C.-generatoriai paskatino juos naudoti žemų dažnių diapazone su dideliu dažnių persidengimo koeficientu.
