АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП

Електронні генератори – це пристрої, призначені для перетворення енергії джерела постійного струму в енергію незатухальних коливань необхідної форми, частоти та потужності.

За принципом роботи розрізняють генератори із самозбудженням (автогенератори) і генератори із зовнішнім збудженням, які по суті є підсилювачами потужності високої частоти. Електронні автогенератори поділяються на автогенератори синусоїдальних (гармонічних) коливань і автогенератори коливань несинусоїдальної форми, які називаються релаксаційними (імпульсними) автогенераторами.

Генератори гармонічних коливань мають активний елемент, який охоплений додатним частотно-вибірковим зворотним зв’язком. Як активні елементи використовуються транзистори, операційні підсилювачі, діоди з ділянкою з від’ємним диференціальним опором. Як частотно-вибіркові кола (чотириполюсники) (ЧВЧ) використовують резонансні LC -контури, кварцові резонатори, RC- і RL -кола. За типом частотно-вибіркових ланок генератори розділяються на LC-, RC-, RL -генератори.

З конструктивних міркувань на високих частотах в основному застосовують LC –генератори. На низьких частотах – RC –генератори за напруг живлення 4 В і вище. На низьких та інфранизьких частотах за напруг живлення 1 В ефективніші RL- і RLM –генератори.

Як уже згадувалось, генератори гармонічних коливань зазвичай мають підсилювальний каскад, охоплений додатним частотно-вибірковим зворотним зв’язком, який забезпечує стійкий режим самозбудження на заданій частоті. На рис.1 зображена структурна схема генератора синусоїдальних коливань, де і позначені у вигляді комплексних величин, у чому враховується їх залежність від частоти. Надалі це матиметься на увазі, але запис для цих параметрів буде здійснюватись у звичайному вигляді.

Для роботи електронного пристрою в режимі автогенерації необхідне виконання двох умов. Ці умови можна записати в такому вигляді:

, (1)

, (2)
де j_K, j_b – фазові зсуви, що вносяться підсилювачем і колом зворотного зв’язку відповідно; n – ціле число.

Рис.1. Структурна схема генератора синусоїдальних коливань

Для виникнення генерації необхідно, щоб сигнал, що поступає на вхід по колу зворотного зв’язку, був більшим від початкового сигналу на вході пристрою, тобто . Ця умова дозволяє первинним змінам струмів та напруг (які з’явились при під’єднанні пристрою до джерела живлення) здійснити необхідне наростання. Умова визначаєусталений режим генерації, в якому сигнали на виході та на вході генератора дорівнюють своїм усталеним значенням, тобто коефіцієнт підсилення компенсується коефіцієнтом передачі зворотного зв’язку.

Широке розповсюдження на практиці отримали так звані триточкові схеми з автотрансформаторним і ємнісним зв’язком (рис.2).

Режим за постійним струмом і його термостабілізація здійснюється в таких схемах за рахунок елементів, аналогічних елементам, які використовувались у підсилювальних каскадах(наприклад у схемі зі спільним емітером). Реактивний опір конденсатора зворотного зв’язку С на частоті генерації малий.

В індуктивній триточковій схемі (рис.2, а), відомій в літературі під назвою схеми Хартлея, секціонована індуктивна гілка коливального контуру, спільна точка якої через нульовий опір джерела живлення для змінної складової струму приєднана до емітера. Зворотний зв’язок між індуктивностями L ₁ і L ₂здійснюється з врахуванням взаємоіндуктивності М.

Рис.2. LC-автогенератори з індуктивною триточкою (а); ємнісною триточкою (б)

Оскільки знаки миттєвих напруг на L ₁і L ₂ відносно середньої точки протилежні (зсув за фазою 180°), а підсилювальний каскад перевертає фазу також на 180°, то зворотний зв’язок буде додатним і умова балансу фаз виконується.

Ємнісна триточка (схема Колпітца) (рис.2, б) містить в ємнісній гілці коливального контуру два конденсатори С ₁ і С ₂. Напруга зворотного зв’язку з останнього надходить у вхідне коло підсилювальної ланки. При увімкненні конденсаторів полярності миттєвих напруг на їхній обкладках відносно спільної точки протилежні. Підсилювальний каскад також зсуває фазу на 180°. Це обумовлює додатний зворотній зв’язок і виконання умови балансу фаз.

Застосування генераторів з коливальними контурами для генерування коливань із частотами меншими, ніж 15–20 кГц є утрудненим і незручним із-за великих габаритів контурів. Для цієї мети використовуються генератори типу RC, у яких замість коливального контуру використовуються вибіркові RC –фільтри. Генератори RC –типу можуть генерувати достатньо стабільні синусоїдальні коливання в порівняно широкому діапазоні частот – від часток герца до сотень кГц, і мають малі габарити і масу.

Генератори RC -типу складаються із частотно-вибіркового чотириполюсника (ЧВЧ) на R і C -елементах і, у залежності від зсуву фази на квазірезонансній частоті, який він створює, інвертувального або неінвертувального підсилювача.

Для самозбудження підсилювача, тобто для перетворення первинно виниклих коливань у незатухальні, необхідно на вхід підсилювача подавати частину вихідної напруги, що перевищує вхідну напругу або дорівнює їй за величиною, і таку, що співпадає з нею за фазою, тобто охопити підсилювач додатним зворотним зв’язком достатньої глибини. При безпосередньому з’єднанні виходу підсилювача з його входом відбувається самозбудження, однак форма генерованих коливань буде різко відрізнятись від синусоїдальної, оскільки умова самозбудження буде одночасно виконуватись для коливань багатьох частот. Для отримання синусоїдальних коливань необхідно, щоб умови балансу фаз і амплітуд виконувались тільки на певній частоті і різко порушувались на всіх інших частотах.

Частотно-вибіркові RC-чотириполюсники зі зсувом фази на 180° є ланцюжковими колами, які складаються з послідовно увімкнених Г -видних ланок з резисторами R в одних однойменних плечах ланок і конденсаторами C – в інших (рис.3). Зміна фази залежить від кількості ланок n і дорівнює:

. (3)

Із-за того, що одна ланка RC змінює фазу на кут j<90°, мінімальна кількість ланок фазообертального кола n =3. У практичних схемах генераторів зазвичай використовують триланкові (чотириланкові) фазообертальні кола, оскільки подальше збільшення кількості ланок не дає суттєвих переваг.

Існують два варіанти таких кіл, які отримали назву відповідно R –паралель (рис.3, а,б) та C –паралель (рис.3, в,г).

Рис.3. Ланцюжкові триланкові частотно - вибіркові RC-чотириполюсники зі зсувом фази на 180°: R–паралель, фазуюча напругу (а) і струм (б); С–паралель, фазуюча напругу (в) і струм (г)

Мультивібратори – це релаксаційні автогенератори напруги прямокутної форми (релаксаційний – такий, що різко відрізняється від гармонійного – синусоїдного; автогенератор – пристрій, що генерує незатухаючі коливання без запуску ззовні і не має стійких станів).

Найчастіше мультивібратори працюють у автоколивальному режимі, коли мультивібратор має два нестійких (квазісталих) стани рівноваги і переходить з одного стану в інший самочинно під впливом внутрішніх перехідних процесів. У такому режимі мультивібратор використовується як генератор прямокутної напруги.

В режимі очікування мультивібратор має один сталий і один квазісталий стани рівноваги. Зазвичай він знаходиться у сталому стані і переходить до квазісталого під дією зовнішнього електричного сигналу. Час перебування у квазісталому стані визначається внутрішніми процесами в схемі мультивібратора. Такі мультивібратори використовуються для формування імпульсів напруги необхідної тривалості, а також для затримки імпульсів на визначений час.

У режимі синхронізації використовується мультивібратор, що працює в автоколивальному режимі, але його перехід із одного стану в інший забезпечується зовнішньою синхронізуючою напругою. Для його нормальної роботи у цьому режимі необхідно, щоб частота синхронізуючого сигналу перевищувала частоту власних коливань. В результаті частота коливань мультивібратора практично не залежить від дестабілізуючих факторів. Використовуються такі мультивібратори для створення генераторів стабільної частоти і при керуванні складними електронними пристроями, робота яких синхронізована якоюсь зовнішньою дією.

Мультивібратори можуть бути виконані на транзисторах, операційних підсилювачах і цифрових елементах.

Рис. 4. – Мультивібратор з колекторно-базовими зв`язками

Симетричний мультивібратор являє собою релаксаційний автогенератор напруги прямокутної форми, що генерує незатухаючі коливання без запуску ззовні.

На рис. 4 зображена схема мультивібратора на біполяр-них транзисторах, який виконано за симетричною схемою з колекторно-базовими зв’язка-ми.

Мультивібратор складається з двох каскадів підсилення з СЕ (наприклад, VТ1, R_К1, R_Б1).

Для забезпечення позитивного зворотного зв’язку, що за його рахунок мультивібратор самозбуджується, вихідна напруга кожного з каскадів подається на вхід іншого.

Симетричність означає ідентичність параметрів симетрично розташованих елементів схеми.

Мультивібратор має два тимчасово сталих (квазісталих) стани, коли один із транзисторів закритий, а другий відкритий. Транзистори працюють у ключовому режимі.

Уявимо, що початковий стан мультивібратора такий: транзистор VТ1 знаходиться у режимі насичення (відкритий), а VТ2 – у режимі відтинання (закритий). При цьому і надалі:

1) через VT1 і R_К1 від Е_К протікає колекторний струм насичення І_К1;

2) через R_Б1 і база-емітерний перехід VT1 протікає струм бази І_Б1, що утримує цей транзистор у режимі насичення;

3) конденсатор С_Б1 швидко заряджається струмом І_1зар від Е_К через R_К2 і база-емітерний перехід VT1;

4) конденсатор С_Б2, заряджений із вказаною на схемі полярністю до напруги Е_К (у попередньому такті роботи), через відкритий транзистор VT1 підімкнений до нульової точки, з-за чого через нього протікає струм І_2розр від Е_К через R_Б1; цей струм намагається перезарядити С_Б2 від напруги мінус Е_К до напруги + Е_К, а негативна напруга з С_Б2 подається на базу транзистора VТ2 відносно його емітера і утримує транзистор у закритому стані;

5) процес перезаряду конденсатора С_Б2 триває доти, доки напруга на ньому не перетне нульового рівня і не стане вищою за граничну напругу база-емітерного переходу транзистора VT2 (U_БЕнас ≈ 0,6 В), після чого потече базовий струм VT2 і він почне відкриватися;

6) через VТ2, що перейшов у активний режим, конденсатор С_Б1 обкладкою «+» підмикається до нульової точки, і негативна напруга з С_Б2 подається на базу VT1 відносно його емітера, закриваючи транзистор;

7) як тільки VT1 починає закриватися, збільшується позитивна напруга на його колекторі і починає заряджатися С_Б2 від Е_К через R_К1 і база-емітерний перехід VT2, за рахунок чого останній відкривається ще більше – діє позитивний зворотний зв’язок. У результаті цього розвивається лавиноподібний регенеративний процес, після закінчення якого VT1 повністю закривається, а VT2 відкривається і мультивібратор переходить до свого другого квазісталого стану.

Далі процеси протікають аналогічно, тільки тепер заряджається С_Б2, а перезаряджається С_Б1.

Таким чином, робота схеми забезпечується за рахунок автоматичної комутації конденсаторів ключами-транзисторами.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 769 | Нарушение авторских прав