Generaattori on itsevärähtelevä järjestelmä, joka tuottaa sähkövirtapulsseja, joissa transistori toimii kytkentäelementtinä. Aluksi, keksinnöstä lähtien, transistori sijoitettiin vahvistuselementiksi. Ensimmäisen transistorin esitys tapahtui vuonna 1947. Kenttätransistorin esittely tapahtui hieman myöhemmin - vuonna 1953. Pulssigeneraattoreissa se toimii kytkimen roolissa ja vain vaihtovirtageneraattoreissa se toteuttaa vahvistimet ja osallistuu samalla positiivisen palautteen luomiseen tukena. värähtelevä prosessi.

Visuaalinen esitys taajuusalueen jaosta

Luokittelu

Transistorigeneraattoreilla on useita luokituksia:

• lähtösignaalin taajuusalueen mukaan;
• lähtösignaalin tyypin mukaan;
• toimintaperiaatteen mukaan.

Taajuusalue on subjektiivinen arvo, mutta standardointia varten hyväksytään seuraava taajuusalueen jako:

• 30 Hz - 300 kHz – matala taajuus (LF);
• 300 kHz - 3 MHz – keskitaajuus (MF);
• 3 MHz - 300 MHz - korkea taajuus (HF);
• yli 300 MHz – ultrakorkea taajuus (mikroaalto).

Tämä on taajuusalueen jako radioaaltojen alalla. Äänen taajuusalue (AF) on 16 Hz - 22 kHz. Näin ollen, haluttaessa korostaa generaattorin taajuusaluetta, sitä kutsutaan esimerkiksi HF- tai LF-generaattoriksi. Äänialueen taajuudet puolestaan ​​on jaettu myös HF-, MF- ja LF-alueisiin.

Lähtösignaalin tyypin mukaan generaattorit voivat olla:

• sinimuotoinen – sinimuotoisten signaalien tuottamiseen;
• toiminnallinen – erityismuotoisten signaalien itsevärähtelyyn. Erikoistapaus on suorakaiteen muotoinen pulssigeneraattori;
• kohinageneraattorit ovat laajan taajuusalueen generaattoreita, joissa tietyllä taajuusalueella signaalispektri on tasainen taajuusvasteen alemmasta yläosaan.

Generaattorien toimintaperiaatteen mukaan:

• RC-generaattorit;
• LC-generaattorit;
• Estogeneraattorit ovat lyhytpulssigeneraattoreita.

Perusrajoituksista johtuen RC-oskillaattoreita käytetään yleensä matalataajuus- ja äänialueilla ja LC-oskillaattoreita korkeataajuuksilla.

Generaattorin piirit

RC- ja LC-sinigeneraattorit

Yksinkertaisin tapa toteuttaa transistorigeneraattori on kapasitiivinen kolmipistepiiri - Colpitts-generaattori (kuva alla).

Transistorioskillaattoripiiri (Colpitts-oskillaattori)

Colpitts-piirissä elementit (C1), (C2), (L) ovat taajuusasettavia. Loput elementit ovat standardinmukaisia ​​transistorijohdotuksia, jotta varmistetaan vaadittu DC-käyttötila. Induktiivisen kolmipistepiirin mukaan kootulla generaattorilla – Hartley-generaattorilla – on sama yksinkertainen piirirakenne (kuva alla).

Kolmipiste induktiivisesti kytketty generaattoripiiri (Hartley-generaattori)

Tässä piirissä generaattorin taajuuden määrää rinnakkaispiiri, joka sisältää elementit (C), (La), (Lb). Kondensaattori (C) on välttämätön positiivisen vaihtovirtapalautteen luomiseksi.

Tällaisen generaattorin käytännön toteutus on vaikeampaa, koska se vaatii induktanssin läsnäolon hanalla.

Molempia itsevärähtelygeneraattoreita käytetään ensisijaisesti keski- ja korkeataajuusalueilla, taajuutta asettavissa paikallisoskillaattoripiireissä ja niin edelleen. Myös radiovastaanottimien regeneraattorit perustuvat oskillaattorigeneraattoreihin. Tämä sovellus vaatii korkeataajuista vakautta, joten piiriä täydennetään lähes aina kvartsivärähtelyresonaattorilla.

Kvartsiresonaattoriin perustuvassa päävirtageneraattorissa on itsevärähtelyt erittäin suurella tarkkuudella RF-generaattorin taajuusarvon asettelussa. Miljardit prosentit ovat kaukana rajasta. Radioregeneraattorit käyttävät vain kvartsitaajuuden stabilointia.

Generaattorien toiminta matalataajuisen virran ja äänitaajuuden alueella liittyy vaikeuksiin saavuttaa korkeita induktanssiarvoja. Tarkemmin sanottuna vaaditun kelan mitoissa.

Pierce-generaattoripiiri on muunnos Colpitts-piiristä, joka on toteutettu ilman induktanssia (kuva alla).

Lävistä generaattoripiiri ilman induktanssia

Pierce-piirissä induktanssi korvataan kvartsiresonaattorilla, joka eliminoi aikaa vievän ja tilaa vievän induktorin ja samalla rajoittaa värähtelyjen yläaluetta.

Kondensaattori (C3) ei salli transistorin kantaesijännityksen DC-komponentin siirtymistä kvartsiresonaattoriin. Tällainen generaattori voi tuottaa värähtelyjä jopa 25 MHz, mukaan lukien äänitaajuus.

Kaikkien edellä mainittujen generaattoreiden toiminta perustuu kapasitanssista ja induktanssista koostuvan värähtelyjärjestelmän resonanssiominaisuuksiin. Tämän mukaisesti värähtelytaajuus määräytyy näiden elementtien arvoilla.

RC-virtageneraattorit käyttävät vaihesiirron periaatetta resistiivis-kapasitiivisessa piirissä. Yleisimmin käytetty piiri on vaiheensiirtoketju (kuva alla).

RC-generaattoripiiri vaiheensiirtoketjulla

Elementit (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) suorittavat vaihesiirron saadakseen itsevärähtelyjen esiintymiseen tarvittavan positiivisen palautteen. Syntyminen tapahtuu taajuuksilla, joilla vaihesiirto on optimaalinen (180 astetta). Vaiheensiirtopiiri vaimentaa signaalia voimakkaasti, joten tällaisella piirillä on lisääntyneet vaatimukset transistorin vahvistukselle. Wien-sillalla varustettu piiri on vähemmän vaativa transistorin parametreille (kuva alla).

RC-generaattoripiiri Wien-sillalla

Kaksois-T-muotoinen Wien-silta koostuu elementeistä (C1), (C2), (R3) ja (R1), (R2), (C3) ja on värähtelytaajuudelle viritetty kapeakaistainen lovisuodatin. Kaikilla muilla taajuuksilla transistori on peitetty syvällä negatiivisella liitännällä.

Toiminnalliset virtageneraattorit

Toiminnalliset generaattorit on suunniteltu generoimaan tietyn muodon pulssisarja (muotoa kuvaa tietty toiminto - tästä nimi). Yleisimmät generaattorit ovat suorakulmaiset (jos pulssin keston suhde värähtelyjaksoon on ½, niin tätä sekvenssiä kutsutaan "meanderiksi"), kolmio- ja sahahammaspulssit. Yksinkertaisin suorakaiteen muotoinen pulssigeneraattori on multivibraattori, joka esitetään ensimmäisenä piirinä aloitteleville radioamatööreille omin käsin koottavaksi (kuva alla).

Multivibraattoripiiri - suorakulmainen pulssigeneraattori

Multivibraattorin erityispiirre on, että se voi käyttää melkein mitä tahansa transistoreita. Pulssien ja niiden välisten taukojen kesto määräytyy transistorien (Rb1), Cb1) ja (Rb2), (Cb2) kantapiireissä olevien kondensaattorien ja vastusten arvojen perusteella.

Virran itsevärähtelytaajuus voi vaihdella hertsin yksiköistä kymmeniin kilohertseihin. HF-itsevärähtelyjä ei voida toteuttaa multivibraattorissa.

Kolmiomaisten (sahahammas) pulssien generaattorit rakennetaan pääsääntöisesti suorakulmaisten pulssien generaattorien (masteroskillaattori) perusteella lisäämällä korjausketju (kuva alla).

Kolmion muotoinen pulssigeneraattoripiiri

Pulssien muodon, lähellä kolmion muotoisia, määrää kondensaattorin C levyjen varaus-purkausjännite.

Estävä generaattori

Estogeneraattoreiden tarkoituksena on tuottaa voimakkaita virtapulsseja, joilla on jyrkät reunat ja pieni käyttösuhde. Taukojen kesto pulssien välillä on paljon pidempi kuin itse pulssien kesto. Estogeneraattoreita käytetään pulssinmuotoilijoissa ja vertailulaitteissa, mutta pääasiallinen sovellusalue on master-vaakaskannausoskillaattori katodisädeputkiin perustuvissa tiedonnäyttölaitteissa. Estogeneraattoreita käytetään menestyksekkäästi myös tehonmuunnoslaitteissa.

Kenttätransistoreihin perustuvat generaattorit

Kenttätransistorien ominaisuus on erittäin korkea tuloresistanssi, jonka järjestys on verrattavissa elektronisten putkien resistanssiin. Yllä luetellut piiriratkaisut ovat universaaleja, ne on yksinkertaisesti sovitettu erityyppisten aktiivisten elementtien käyttöön. Colpitts, Hartley ja muut generaattorit, jotka on valmistettu kenttätransistorilla, eroavat vain elementtien nimellisarvoista.

Taajuudensäätöpiireillä on samat suhteet. HF-värähtelyjen generoimiseksi yksinkertainen generaattori, joka on valmistettu kenttätransistorille käyttämällä induktiivista kolmipistepiiriä, on jonkin verran parempi. Tosiasia on, että kenttätransistorilla, jolla on korkea tuloresistanssi, ei käytännössä ole vaihtovaikutusta induktanssiin, ja siksi suurtaajuusgeneraattori toimii vakaammin.

Melugeneraattorit

Kohinageneraattoreiden ominaisuus on taajuusvasteen tasaisuus tietyllä alueella, eli kaikkien tietylle alueelle sisältyvien taajuuksien värähtelyjen amplitudi on sama. Kohinageneraattoreita käytetään mittauslaitteissa testattavan reitin taajuusominaisuuksien arvioimiseksi. Äänikohinageneraattoreita täydennetään usein taajuusvasteen korjaimella, jotta ne mukautuvat ihmiskuulon subjektiiviseen äänenvoimakkuuteen. Tätä melua kutsutaan "harmaaksi".

Video

On edelleen useita alueita, joilla transistorien käyttö on vaikeaa. Nämä ovat tehokkaita mikroaaltogeneraattoreita tutkasovelluksissa, joissa tarvitaan erityisen tehokkaita korkeataajuisia pulsseja. Tehokkaita mikroaaltotransistoreja ei ole vielä kehitetty. Kaikilla muilla alueilla suurin osa oskillaattorista on valmistettu kokonaan transistoreista. Tähän on useita syitä. Ensinnäkin mitat. Toiseksi virrankulutus. Kolmanneksi luotettavuus. Lisäksi transistorit ovat rakenteensa luonteen vuoksi erittäin helppoja pienentää.

R.C.-generaattori on harmonisten värähtelyjen generaattori, jossa elementtejä sisältävän värähtelyjärjestelmän sijaan L Ja KANSSA, käytetään resistiivis-kapasitiivista piiriä ( R.C.-piiri) taajuusselektiivisyydellä.

Induktorien poissulkeminen piiristä mahdollistaa generaattorin koon ja painon merkittävän pienentämisen, etenkin matalilla taajuuksilla, koska taajuuden pienentyessä induktorien mitat kasvavat jyrkästi. Tärkeä etu R.C.-generaattorit verrattuna L.C.- generaattorit on mahdollisuus valmistaa ne integroidulla tekniikalla. kuitenkin R.C.- generaattoreiden taajuuden stabiilisuus on alhainen alhaisen laatutekijän vuoksi R.C.-piirit, sekä huono värähtelymuoto, joka johtuu huonosta korkeampien harmonisten suodatuksesta lähtövärähtelyspektrissä.

R.C.-generaattorit voivat toimia laajalla taajuusalueella (hertsin murto-osista kymmeniin megahertseihin), mutta niille on löydetty käyttöä viestintälaitteissa ja mittaustekniikassa pääasiassa matalilla taajuuksilla.

Perusteoria R.C.-generaattoreita kehittivät Neuvostoliiton tiedemiehet V.P. Aseev, K.F. Teodorchik, E.O. Saakov, V.G. Kriksunov ja muut.

R.C.- generaattori sisältää yleensä laajakaistaisen vahvistimen, joka on valmistettu putkesta, transistorista tai integroidusta piiristä ja R.C.- takaisinkytkentäpiiri, jolla on selektiivisiä ominaisuuksia ja joka määrittää värähtelytaajuuden. Vahvistin kompensoi passiivielementtien energiahäviöitä ja varmistaa, että itseherätyksen amplitudiehdot täyttyvät. Takaisinkytkentäpiiri varmistaa, että itseherätyksen vaiheehto täyttyy vain yhdellä taajuudella. Takaisinkytkentäpiirin tyypin mukaan R.C.-generaattorit jaetaan kahteen ryhmään:

nollavaihesiirto takaisinkytkentäpiirissä;

takaisinkytkentäpiirin vaihesiirrolla 180.

Kehittyneiden värähtelyjen muodon parantamiseksi sisään R.C. generaattorit käyttävät elementtejä, joilla on epälineaarisuus, mikä rajoittaa värähtelyjen amplitudin kasvua. Tällaisen elementin parametrit muuttuvat riippuen värähtelyjen amplitudista, eivät niiden hetkellisistä arvoista (termistori, jonka vastus riippuu sen läpi kulkevan virran kuumenemisasteesta). Tällä rajoituksella värähtelyjen muoto ei muutu, vaan ne pysyvät harmonisina myös stationaaritilassa.

Harkitse molempia tyyppejä R.C.-autogeneraattorit.

Itseoskillaattori, jossa on 180 vaihesiirto takaisinkytkentäpiirissä.

Tällaista itsegeneraattoria kutsutaan myös itsegeneraattoriksi, jossa on kolmilenkkiketju. R.C..

Kaavioissa R.C.-oskillaattorit, joiden vaihesiirto on 180, käyttävät takaisinkytkentäpiirin vahvistimia tulojännitteen vaiheen kääntämiseen. Tällainen vahvistin voi olla esimerkiksi operaatiovahvistin invertoivalla tulolla, yksivaiheinen vahvistin tai monivaiheinen vahvistin, jossa on pariton määrä invertoivaa astetta.

Jotta vaihetasapainoyhtälö toteutuisi, takaisinkytkentäpiirin on tarjottava vaihesiirto OS = 180.

Takaisinkytkentäpiirin rakenteen perustelemiseksi toistamme yksinkertaisimman vaihetaajuusominaisuudet. R.C.-linkit (kuvat 3,4).

Riisi. Vaihtoehto 3 R.C.-linkki ja sen vaihevaste

Riisi. 4 Vaihtoehto R.C.-linkki ja sen vaihevaste

Kaavioista on selvää, että yksi yksinkertaisimmista R.C.-linkki tuo vaihesiirron, joka ei ylitä 90. Siksi vaihesiirto 180 voidaan saavuttaa kolmen peruselementin peräkkäisellä kytkennällä R.C.-linkit (kuva 5).

Riisi. 5 Kolmielementin piirit ja vaihevaste R.C.-ketjut

Elementit R.C.- piirit on suunniteltu siten, että vaihesiirto taajuudella on 180. Yksi vaihtoehdoista generaattorille, jossa on kolmilinkkipiiri R.C. näkyy kuvassa 6

Riisi. 6 Generaattori kolmilenktisellä ketjulla R.C.

Generaattori koostuu resistiivisestä transistorivahvistimesta ja takaisinkytkentäpiiristä. Yksiportainen vahvistin, jossa on yhteinen emitteri, tuottaa vaihesiirron kollektorin jännitteen ja kannan välillä K = 180. Siksi vaihetasapainon saavuttamiseksi takaisinkytkentäpiirin tulee tuottaa OS = 180 syntyneiden värähtelyjen taajuudella.

Analysoidaanpa takaisinkytkentäpiiriä, jolle laaditaan yhtälöjärjestelmä silmukkavirtamenetelmällä.

Ratkaisemalla tuloksena olevan järjestelmän takaisinkytkentäkertoimen suhteen saamme lausekkeen

Lausekkeesta seuraa, että vaihesiirto 180 saadaan siinä tapauksessa, että se on todellinen ja negatiivinen arvo, ts.

siksi generointi on mahdollista taajuudella

Tällä taajuudella takaisinkytkentäkertoimen moduuli

Tämä tarkoittaa, että itsevärähtelyjen herättämiseksi vahvistimen kertoimen on oltava suurempi kuin 29.

Generaattorin lähtöjännite otetaan yleensä transistorin kollektorista. Harmonisten värähtelyjen saamiseksi emitteripiiriin on sisällytetty termistori R T positiivisella lämpötilavastuskertoimella. Kun värähtelyamplitudi kasvaa, vastus R T kasvaa ja negatiivisen takaisinkytkennän syvyys vahvistimessa vaihtovirtaa varten kasvaa, vastaavasti vahvistus pienenee. Kun paikallaan oleva värähtelytila ​​esiintyy ( TO= 1), vahvistin pysyy lineaarisena eikä kollektorivirran muotoa vääristy.

Itseoskillaattori, jossa on nollavaihesiirto takaisinkytkentäpiirissä.

Piirien ominainen piirre R.C.-oskillaattorit, joissa on nolla vaihesiirto takaisinkytkentäpiirissä, on niissä vahvistimien käyttöä, jotka eivät käännä tulosignaalin vaihetta. Tällainen vahvistin voi olla esimerkiksi operaatiovahvistin ei-invertoivalla tulolla tai monivaiheinen vahvistin, jossa on parillinen määrä invertoivaa astetta. Tarkastellaan joitain mahdollisia vaihtoehtoja takaisinkytkentäpiireille, jotka tarjoavat nollavaihesiirron (kuva 7).

Riisi. 7 Vaihtoehdot takaisinkytkentäpiireille, jotka tarjoavat nollavaihesiirron

Ne koostuvat kahdesta linkistä, joista toinen edustaa RС-linkki positiivisella vaihesiirrolla ja toinen negatiivisella vaihesiirrolla. Vaihevasteen lisäämisen tuloksena tietyllä taajuudella (generointitaajuudella) voidaan saada nollaa vastaava vaihesiirto.

Käytännössä vaihetasapainosiltaa tai toisin sanoen Wien-siltaa (kuva 7c), jonka käyttö on esitetty kaaviossa, käytetään useimmiten selektiivisenä piirinä, jossa on nollavaihesiirto. R.C.-oskillaattori nollavaihesiirrolla, tehty operaatiovahvistimella (kuva 8).

Riisi. 8 R.C.-generaattori, jossa on nolla vaihesiirto OS-piirissä

Tässä piirissä vahvistimen lähdöstä tuleva jännite syötetään sen ei-invertoivaan tuloon Wien-sillan elementtien muodostaman takaisinkytkentäpiirin kautta. R 1 C 1 ja R 2 C 2. Resistiivinen piiri R.R. T muodostaa toisen takaisinkytkennän - negatiivisen, joka on suunniteltu rajoittamaan värähtelyjen amplitudin kasvua ja ylläpitämään niiden harmonista muotoa. Negatiivinen takaisinkytkentäjännite syötetään operaatiovahvistimen invertoivaan tuloon. Termistori R T:llä on oltava negatiivinen lämpötilavastuskerroin.

Takaisinkytkentäpiirin vahvistus

on oltava todellinen ja positiivinen määrä, ja tämä on mahdollista, jos tasa-arvo

Tästä määritetään generoitujen värähtelyjen taajuus. Jos R 1 = R 2 =R, C 1 = C 2 = C, Tuo

Itseherätyksen amplitudiehto taajuudella 0 edellyttää epäyhtälön täyttymistä

Jos tasa-arvo on olemassa R 1 = R 2 = R Ja C 1 = C 2 = C saada TO > 3.

Värähtelytaajuutta voidaan muuttaa muuttamalla vastuksia R tai kondensaattorin kapasiteetit KANSSA, joka sisältyy Wienin siltaan, ja värähtelyjen amplitudia säätelee vastus R.

Tärkein etu R.C.- generaattorit edessä L.C.-generaattorit on se, että edellinen on helpompi toteuttaa matalille taajuuksille. Esimerkiksi jos generaattoripiirissä on nolla vaihesiirto takaisinkytkentäpiirissä (kuva 8) R 1 = R 2 = 1 MOhm, C 1 = C 2 = 1 µF, sitten generoitu taajuus

.

Saadaksesi saman taajuuden sisään L.C.-generaattori, induktanssi tarvitaan L= 10 16 Hn at KANSSA= 1 µF, mikä on vaikea toteuttaa.

SISÄÄN R.C.- generaattorit, se on mahdollista muuttamalla samanaikaisesti kondensaattoreiden arvoja KANSSA 1 ja KANSSA 2, saat laajemman taajuuden viritysalueen kuin tässä tapauksessa L.C.- generaattorit. varten L.C.- generaattorit

ajaksi R.C.- generaattorit, joissa KANSSA 1 = KANSSA 2

Haitoihin R.C.-generaattoreiden syynä on se, että suhteellisen korkeilla taajuuksilla niitä on vaikeampi toteuttaa kuin L.C.- generaattorit. Kapasitanssiarvoa ei todellakaan voi pienentää asennuskapasitanssin alapuolelle, ja vastuksen resistanssin lasku johtaa vahvistuksen laskuun, mikä vaikeuttaa amplitudiitseherätysehdon täyttämistä.

Listattu edut ja haitat R.C.-generaattorit johtivat niiden käyttöön matalataajuisella alueella suurella taajuuden päällekkäisyyskertoimella.

RC-generaattorit kuuluvat itsevärähtelevien järjestelmien luokkaan

rentoutumistyyppi. Tällaisen generaattorin pääelementit ovat

vahvistin ja jaksolliset linkit, jotka koostuvat vastuksista ja

kondensaattorit. Ei sellaista värähtelypiiriä

generaattorit mahdollistavat kuitenkin värähtelyjen saavuttamisen muodoltaan lähellä

harmoninen. Kuitenkin voimakkaalla järjestelmän regeneraatiolla, kun sitä käytetään

vahvistimen ominaisuuksien olennaisesti epälineaariset alueet, värähtelymuoto,

värähtelevän piirin puuttumisen vuoksi se on suuresti vääristynyt. Siksi

generaattorin on toimittava, kun kynnys ylittyy hieman

itsensä kiihottuminen.

RC-tyyppisten generaattoreiden tärkeimmät edut ovat yksinkertaisuus ja

pienet mitat. Nämä edut ovat erityisen ilmeisiä, kun

tuottaa matalia taajuuksia. Luodaan 100 Hz:n luokkaa olevia taajuuksia

LC-generaattorit (Thomson-generaattorit) vaatisivat erittäin suuria

induktanssin ja kapasitanssin arvot

Edellisessä luvussa käsiteltiin LC-oskillaattorit. Niitä käytetään korkeilla taajuuksilla. Jos on tarpeen generoida matalia taajuuksia, LC-generaattoreiden käyttö vaikeutuu. Miksi? Kaikki on hyvin yksinkertaista. Koska kaava värähtelyn generoinnin taajuuden määrittämiseksi näyttää tältä:

silloin on helppo nähdä, että taajuuden pienentämiseksi on tarpeen lisätä piirin kapasitanssia ja induktanssia. Ja kapasitanssin ja induktanssin kasvu johtaa suoraan kokonaismittojen kasvuun. Toisin sanoen ääriviivan mitat ovat jättimäisiä. Ja taajuuden stabiloinnin myötä asiat ovat vielä pahempia.

Siksi he keksivät RC-itseoskillaattorit, joita tarkastelemme tässä.

Yksinkertaisin RC-generaattori on ns. piiri, jossa on kolmivaiheinen vaiheistusketju, jota kutsutaan myös piiriksi, jossa on samanmerkkisiä reaktiivisia elementtejä. Se on esitetty kuvassa. 1.

Riisi. 1 - RC-oskillaattori vaiheensiirtoketjulla

Kaaviosta on selvää, että tämä on vain vahvistin, jonka lähdön ja sisääntulon väliin on kytketty piiri, joka kääntää signaalin vaiheen 180º. Tätä piiriä kutsutaan vaiheensiirtopiiriksi. Vaiheensiirtoketju koostuu elementeistä C1R1, C2R2, C3R3. Yhdellä rezik- ja conder-ketjulla voit saada vaihesiirron enintään 90º. Todellisuudessa siirtymä osoittautuu lähelle 60º. Siksi 180º vaihesiirron saavuttamiseksi on asennettava kolme ketjua. Viimeisen RC-piirin lähdöstä signaali syötetään transistorin kantaan.

Toiminta alkaa heti, kun virtalähde kytketään päälle. Tuloksena oleva kollektorivirtapulssi sisältää laajan ja jatkuvan taajuuksien spektrin, joka sisältää välttämättä tarvittavan generointitaajuuden. Tässä tapauksessa taajuuden värähtelyt, jolle vaiheensiirtopiiri on viritetty, vaimentuvat. Muiden taajuuksien värähtelyissä itseherätyksen ehdot eivät täyty ja ne vastaavasti vaimenevat nopeasti. Värähtelytaajuus määritetään kaavalla:

Tässä tapauksessa seuraavan ehdon on täytyttävä:

R1 = R2 = R3 = R
C1=C2=C3=C

Tällaiset generaattorit voivat toimia vain kiinteällä taajuudella.

Tarkastelun vaiheensiirtopiiriä käyttävän generaattorin lisäksi on toinen mielenkiintoinen, muuten, yleisin vaihtoehto. Katsotaanpa kuviota. 2.

Riisi. 2 - Passiivinen RC-kaistanpäästösuodatin taajuudesta riippumattomalla jakajalla

Joten, juuri tämä rakenne on niin kutsuttu Wien-Robinson-silta, vaikka yleisin nimi on yksinkertaisesti Wien-silta. Jotkut lukutaitoisemmat ihmiset kirjoittavat Wienin sillan kahdella "n":llä.

Tämän mallin vasen puoli on passiivinen RC-kaistanpäästösuodatin, pisteessä A lähtöjännite poistetaan. Oikea puoli ei ole muuta kuin taajuudesta riippumaton jakaja. Yleisesti hyväksytään, että R1=R2=R, C1=C2=C. Sitten resonanssitaajuus määritetään seuraavalla lausekkeella:

Tässä tapauksessa vahvistusmoduuli on maksimi ja yhtä suuri kuin 1/3, ja vaihesiirto on nolla. Jos jakajan vahvistus on yhtä suuri kuin kaistanpäästösuodattimen vahvistus, niin resonanssitaajuudella pisteiden A ja B välinen jännite on nolla ja vaihevaste resonanssitaajuudella hyppää -90º:sta +90º. Yleensä seuraavan ehdon on täytyttävä:

Tietenkin kaikkea, kuten tavallista, harkitaan ihanteellisissa tai lähes ideaalitapauksissa. Todellisuudessa, kuten aina, tilanne on hieman huonompi. Koska Wien-sillan jokaisella todellisella elementillä on tietty parametrien hajaannus, jopa pienikin epäonnistuminen ehdon R3 = 2R4 noudattamisessa johtaa joko värähtelyjen amplitudin kasvuun, kunnes vahvistin on kyllästynyt, tai vaimentamiseen. värähtelyt tai niiden täydellinen mahdottomuus.

Jotta se olisi täysin selvää, lisäämme vahvistusasteen Wienin siltaan. Liitä yksinkertaisuuden vuoksi operaatiovahvistin (op-amp).

Riisi. 3 - Yksinkertaisin generaattori Wien-sillalla

Yleensä tätä järjestelmää ei voida käyttää tällä tavalla, koska joka tapauksessa siltaparametreissa on hajontaa. Siksi vastuksen R4 sijasta otetaan käyttöön jonkinlainen epälineaarinen tai kontrolloitu vastus. Esimerkiksi epälineaarinen vastus, ohjattu vastus käyttäen transistoreja, sekä kenttäefektejä että bipolaarisia, ja muuta paskaa. Hyvin usein sillan R4-vastus korvataan mikrotehoisella hehkulampulla, jonka dynaaminen resistanssi kasvaa virran amplitudin kasvaessa. Hehkulangalla on melko suuri lämpöinertia, ja useiden satojen hertsien taajuuksilla se ei käytännössä vaikuta piirin toimintaan yhden jakson sisällä.

Wien-sillalla varustetuilla generaattoreilla on yksi hyvä ominaisuus: jos vastukset R1 ja R2 korvataan muuttuvalla, mutta vain kaksoisvastuksella, on mahdollista säätää generointitaajuutta tietyissä rajoissa. On myös mahdollista jakaa lauhduttimet C1 ja C2 osiin, jolloin on mahdollista vaihtaa alueita ja käyttää kaksoismuuttuvaa vastusta säätämään tasaisesti taajuutta alueilla. Säiliössä oleville kuvassa 4 on esitetty lähes käytännöllinen Wien-siltageneraattoripiiri.

Riisi. 4 - RC-generaattori Wien-sillalla

Wien-sillan muodostavat siis konderit C1-C8, kaksoisrezik R1 ja resonaattorit R2R3. Kytkin SA1 valitsee alueen, nuppi R1 mahdollistaa tasaisen säätämisen valitulla alueella. Op-amp DA2 on jännitteenseuraaja, joka sovittaa yhteen kuorman kanssa.

R-C siniaaltogeneraattorit

Anti-aliasing RC-suodattimet

Pienitehoisissa tasasuuntauspiireissä suodattimen kuristin voidaan korvata vastuksella R Ф. Tämäntyyppiset suodattimet ovat ns. RC suodattimet

Anti-aliasing RC -suodattimen laskennassa on otettava huomioon seuraavat ehdot:

Suodattimen tasoituskerroin

Vastuksen R Ф resistanssi asetetaan yleensä rajoissa R Ф = (0,15...0,5)R H; Resistiivis-kapasitiivisen suodattimen hyötysuhde on suhteellisen pieni ja on yleensä 0,6...0,8 ja arvolla η f = 0,8 R Ф = 0,25 R H.

Resistiivis-kapasitiivisten suodattimien edut: pienet mitat, paino ja hinta; haittapuoli - alhainen tehokkuus.

Yksinkertaisin kaava R.C.- operaatiovahvistimen sinivärähtelygeneraattori on esitetty kuvassa. 37a.

Riisi. 37. RC-siniaaltogeneraattori

RC-generaattorit käyttävät resistiivis-kapasitiivista kytkentää taajuuden asettamiseen. Sinimuotoisten värähtelygeneraattoreiden kaksi päätyyppiä ovat: vaihesiirtogeneraattori ja Wienin siltaan perustuva generaattori. Vaiheensiirtooskillaattori on tavanomainen vahvistin, jossa on vaiheensiirrettävä takaisinkytkentäpiiri. Piirien yhdistelmässä on tehohäviöitä, joten transistorin vahvistuksen on oltava riittävän suuri.

Generaattorin taajuus lasketaan kaavalla.

R tässä kaavassa on vastusten R1, R2 arvot (ne ovat samat). C on vastaavasti mikä tahansa kapasitanssiarvoista C1 tai C2 (myös identtinen)

Generaattoripohjainen Vinan silta– kaksivaiheinen vahvistin, jossa on viivepiiri ja jännitteenjakaja.

Vastukset R1 ja R2 ovat samanarvoisia (resistanssin suhteen), vastuksen R3 resistanssi on noin puolet pienempi. Kondensaattorien C1 ja C2 kapasitanssi on yhtä suuri ja kondensaattori C3 on noin kaksi kertaa suurempi.
Syntyneiden värähtelyjen taajuus määräytyy suhteen perusteella.

Missä C on kondensaattorin C1(C2) arvo, R on vastuksen arvo - R1(R2).
Kun R1,R2 = 10KOm, R3=4,7KOm, C1,C2 =16nF, C3=33nF, taajuus on noin 1000Hz.
Käyttämällä kaksoismuuttuvaa vastusta (kuten R1 ja R2), voit muuttaa värähtelytaajuutta sujuvasti laajalla alueella.

Sinimuotoinen värähtelygeneraattori, jossa on useita alialueita, saadaan yksinkertaisella kytkentäpiirillä, johon voidaan vuorotellen kytkeä eri kapasiteetteja, kuten C1, C2 ja C3, kondensaattoreita. Tällainen laite voi olla erittäin hyödyllinen radioamatöörille, erityisesti erilaisten vahvistusasteiden asettamiseen.

Elektroniset sinigeneraattorit (L, C – generaattori)

LC generaattorit

Siniaaltogeneraattorit ovat generaattoreita, jotka tuottavat sinimuotoisen jännitteen.

Ne luokitellaan taajuusmuuttajiensa mukaan. Oskillaattorien kolme päätyyppiä ovat LC-oskillaattorit, kideoskillaattorit ja RC-oskillaattorit.

LC-generaattoreissa käytetään värähtelypiiriä, joka koostuu kondensaattorista ja induktorista, jotka on kytketty joko rinnan tai sarjaan ja joiden parametrit määräävät värähtelytaajuuden.

Kideoskillaattorit ovat samanlaisia ​​kuin LC-oskillaattorit, mutta ne tarjoavat korkeamman värähtelyvakauden.

RC-oskillaattoreita käytetään matalilla taajuuksilla ja ne käyttävät resistiivis-kapasitiivista piiriä värähtelytaajuuden asettamiseen.

1.1 Generaattorien käyttötarkoitus ja tyypit.

Elektroninen signaaligeneraattori on laite, jonka avulla kolmannen osapuolen virtalähteiden energia muunnetaan sähköisiksi värähtelyiksi, joilla on vaadittu muoto, taajuus ja teho. Elektroniset generaattorit ovat olennainen osa monia elektronisia laitteita ja järjestelmiä. Esimerkiksi harmonisten tai muiden aaltomuotojen generaattoreita käytetään yleismittauslaitteissa, oskilloskoopeissa, mikroprosessorijärjestelmissä, erilaisissa teknisissä asennuksissa jne. Televisioissa vaaka- ja pystypyyhkäisygeneraattoreita käytetään muodostamaan valonäyttö.

Generaattorien luokittelu tapahtuu useiden ominaisuuksien mukaan: värähtelyjen muoto, taajuus, lähtöteho, tarkoitus, käytetyn aktiivisen elementin tyyppi, taajuusselektiivisen takaisinkytkentäpiirin tyyppi jne. Generaattorit ovat käyttötarkoituksensa mukaan jaettu teknologiseen, mittaus-, lääketieteeseen ja viestintään. Värähtelyjen muodon mukaan ne jaetaan harmonisten ja ei-harmonisten (pulssi) signaalien generaattoreihin.

Generaattorin lähtötehon perusteella ne jaetaan pienitehoisiin (alle 1 W), keskitehoisiin (alle 100 W) ja suuritehoisiin (yli 100 W). Taajuuden mukaan generaattorit voidaan jakaa seuraaviin ryhmiin: infra-matalataajuus (alle 10 Hz), matalataajuinen (10 Hz - 100 kHz), korkeataajuus (100 kHz - 100 MHz) ja ultra- korkea taajuus (yli 100 MHz).

Käytettyjen aktiivisten elementtien mukaan generaattorit jaetaan putki-, transistori-, operaatiovahvistimiin, tunnelidiodeihin tai dinistoreihin ja taajuusselektiivisten takaisinkytkentäpiirien tyypin mukaan - LC-, RC- ja ^L-tyyppisiin generaattoreihin. Lisäksi generaattoreiden palaute voi olla ulkoista tai sisäistä.

1.2 Siniaaltogeneraattorit

Tämä generaattoriryhmä on suunniteltu tuottamaan vaaditun taajuuden sinimuotoisia värähtelyjä. Niiden toiminta perustuu positiivisen palautteen piiriin kuuluvan vahvistimen itseherätyksen periaatteeseen (kuva 1). Takaisinkytkentälinkin vahvistuksen ja lähetyskertoimen oletetaan olevan kompleksisia, ts. niiden riippuvuus taajuudesta otetaan huomioon. Tässä tapauksessa kuvan 1.1 piirissä olevan vahvistimen tulosignaali on osa sen takaisinkytkentälinkin lähettämää lähtöjännitettä

Kuva 1. Generaattorin lohkokaavio

Kuvan 1 järjestelmän värähtelyjen herättämiseksi kahden ehdon on täytyttävä:

1.3 Generaattorin itseherätystilat

Pehmeä tila.

Jos toimintapiste sijaitsee iK(uBE) -ominaiskäyrän suurimmalla jyrkkyydellä, niin itseherätystilaa kutsutaan pehmeäksi.

Seurataan ensimmäisen harmonisen virran amplitudin muutoksia CBS:n takaisinkytkentäkertoimen arvosta riippuen. Muutos CBS:ssä johtaa muutokseen suoran takaisinkytkennän kaltevuuskulmassa a (kuva 2)

Kuva 2. Pehmeä itseherätystila

Kun KOS = KOS1, lepotila on vakaa eikä generaattori ole viritetty, värähtelyjen amplitudi on nolla (kuva 2 b). Arvo KOS = KOS2 = KKR on raja-arvo (kriittinen) lepotilan vakauden ja epävakauden välillä. Kun KOS = KOS3 > KKR, lepotila on epävakaa, generaattori virittyy ja Im1:n arvo määritetään vastaamaan pistettä A. KOS:n kasvaessa lähtövirran ensimmäisen harmonisen arvo muuttuu. asteittain kasvaa ja KOS = KOS4:ssä se muodostuu pisteeseen B. KOS:n pienentyessä värähtelyjen amplitudi pienenee samalla käyrällä ja värähtelyt katkeavat takaisinkytkentäkertoimella KOS = KOS2

Johtopäätöksenä voidaan todeta seuraavat pehmeän itseherätystilan ominaisuudet:

heräte ei vaadi suurta arvoa CBS:n takaisinkytkentäkertoimesta;

värähtelyjen heräte ja katkeaminen tapahtuvat samalla takaisinkytkentäkertoimen KKR arvolla;

kiinteän värähtelyn amplitudia on mahdollista säätää tasaisesti muuttamalla CBS:n takaisinkytkentäkertoimen arvoa;

Haittapuolena on huomattava kollektorivirran vakiokomponentin suuri arvo, mikä johtaa alhaiseen hyötysuhdearvoon.

Vaikea tila.

Jos toimintapiste sijaitsee ominaisosassa iK = f (uBE), jossa on pieni kaltevuus S

Kuva 3. Kova itseherätystila

Itseoskillaattori virittyy, kun takaisinkytkentäkerroin ylittää arvon KOS3 = KOSKR. CBS:n lisäkasvu johtaa lievään nousuun lähtö- (kollektori) virran Im1 ensimmäisen harmonisen amplitudissa V-G-D-reitillä. KOS:n pienentäminen KOS1:ksi ei johda värähtelyjen katkeamiseen, koska pisteet B ja B ovat stabiileja ja piste A on vakaa oikealla. Värähtelyt katkeavat pisteessä A, eli CBS:ssä

Siten voimme huomata seuraavat generaattorin toiminnan ominaisuudet kovassa itseherätystilassa:

itseherätys vaatii suuren arvon CBS:n takaisinkytkentäkertoimesta;

värähtelyjen heräte ja häiriöt tapahtuvat vaiheittain CBS:n takaisinkytkentäkertoimen eri arvoilla;

stationaaristen värähtelyjen amplitudi ei voi muuttua suurissa rajoissa;

kollektorivirran DC-komponentti on pienempi kuin pehmeässä tilassa, joten hyötysuhde on huomattavasti suurempi.

Vertaamalla tarkasteltujen itseherätystilojen positiivisia ja negatiivisia puolia, tulemme yleiseen johtopäätökseen: pehmeä moodi takaa generaattorin luotettavan itseherätyksen, ja taloudellinen toiminta, korkea hyötysuhde ja vakaampi värähtelyamplitudi tarjotaan kovassa tilassa.

Halu yhdistää nämä edut johti ajatukseen automaattisen biasin käytöstä, kun generaattori viritetään pehmeässä itseherätyksen tilassa ja sen toiminta tapahtuu kovassa tilassa. Automaattisen offsetin olemusta käsitellään alla.

Automaattinen offset.

Moodin ydin on, että itseoskillaattorin virityksen varmistamiseksi pehmeässä tilassa toimintapisteen alkuasento valitaan virtausominaiskäyrän lineaarisella osalla mahdollisimman jyrkästi. Piirin ekvivalenttivastus valitaan siten, että itseherätysehdot täyttyvät. Värähtelyamplitudin noustessa tasavirtatila vaihtuu automaattisesti ja paikallaan olevassa tilassa muodostuu toimintatila lähtövirran (kollektorivirran) katkaisulla, eli itsevärähtely toimii kovassa itseherätystilassa virtausominaiskäyrän pieni kaltevuusosuus (kuva 4).

Kuva 4. Itseoskillaattorin automaattisen biasoinnin periaate

Automaattinen esijännite saadaan yleensä kantavirrasta johtuen sisällyttämällä ketju R B C B kantapiiriin (kuva 5).

Kuva 5. Automaattinen esijännitepiiri kantavirrasta

Alkubiasjännitteen antaa jännitelähde E B. Kun värähtelyamplitudi kasvaa, vastuksen RB yli oleva jännite kasvaa perusvirran IB0 vakiokomponentin synnyttämänä. Tuloksena oleva esijännite (E B - I B0 R B) pienenee ja suuntautuu arvoon E B S T.

Käytännön piireissä alkubias-jännite saadaan perusjakajan R B1, R B2 avulla (kuva 6).

Kuva 6: Automaattinen siirto pohjajakajan avulla

Tässä piirissä alkuperäinen bias-jännite

E B.ALOITUS. =E K-(I D +I B0)R B2,

jossa I D =E K /(R B1 +R B2) – jakajavirta.

Värähtelyamplitudin kasvaessa perusvirran IB 0 vakiokomponentti kasvaa ja siirtymän EB suuruus pienenee saavuttaen EBST-arvon vakaassa tilassa. Kondensaattori SB estää vastuksen RB1 oikosulun tasavirralla.

On huomattava, että automaattisen esijännitepiirin lisääminen generaattoripiiriin voi johtaa ajoittaisen generoinnin ilmiöön. Syynä sen esiintymiseen on automaattisen bias-jännitteen viive suhteessa värähtelyamplitudin kasvuun. Suurella aikavakiolla t = RBSB (kuva 8.41) värähtelyt kasvavat nopeasti ja siirtymä pysyy käytännössä ennallaan - EB.START. Lisäksi siirtymä alkaa muuttua ja voi olla pienempi kuin kriittinen arvo, jossa stationaarisuusehdot vielä täyttyvät, ja värähtelyt katkeavat. Kun värähtelyt loppuvat, kapasitanssi SB purkaa hitaasti RB:n kautta ja bias pyrkii jälleen EB.START. Heti kun kaltevuus kasvaa tarpeeksi suureksi, generaattori kiihtyy uudelleen. Muut prosessit toistetaan. Siten värähtelyjä syntyy ajoittain ja katkeaa uudelleen.

Satunnaisia ​​vaihteluita pidetään yleensä ei-toivottuina ilmiöinä. Siksi on erittäin tärkeää laskea automaattisen bias-piirin elementit siten, että suljetaan pois mahdollisuus ajoittaiseen generointiin.

Jaksottaisen generoinnin eliminoimiseksi piirissä (kuva 4) SB:n arvo valitaan yhtälöstä

Autogeneraattori, jossa muuntajan palaute

Tarkastellaan harmonisten värähtelyjen transistorin itseoskillaattorin yksinkertaistettua piiriä muuntajan takaisinkytkennällä (kuva 7).

Kuva 7. Autogeneraattori muuntajan takaisinkytkennällä

Piirielementtien tarkoitus:

transistori VT p-n-p tyyppi, toimii vahvistavana epälineaarisena elementtinä;

värähtelypiiri LKCKGE asettaa generaattorin värähtelytaajuuden ja varmistaa niiden harmonisen muodon, todellinen johtavuus GE luonnehtii energiahäviöitä itse piirissä ja piiriin liittyvässä ulkoisessa kuormassa;

käämi LB antaa positiivisen takaisinkytkennän kollektori (lähtö) ja kanta (tulo) piirien välillä, se on kytketty induktiivisesti piirikelaan LK (keskinäinen induktiokerroin M);

virtalähteet EB ja EK tarjoavat tarvittavat vakiojännitteet transistorin siirtymissä varmistaakseen sen aktiivisen toimintatilan;

kondensaattori CP erottaa generaattorin ja sen tasavirtakuorman;

estävät kondensaattorit SB1 ja SB2 shunt-virtalähteet vaihtovirralla, mikä eliminoi turhat energiahäviöt niiden sisäisistä vastuksista.

1.3 Generaattorityypit

Sen mukaan, miten vaihe- ja amplituditasapainon kunto varmistetaan generaattorissa, erotetaan generaattorit:

LC-generaattorit, jotka käyttävät värähtelevää piiriä taajuudesta riippuvaisena piirinä. Ajan asetusparametri niissä on värähtelypiirin luonnollisten värähtelyjen jakso;

RC-oskillaattorit, joissa taajuudesta riippuvaiset takaisinkytkentäpiirit ovat R- ja C-elementtien yhdistelmä (Wien-silta, kaksois-T-silta, siirto-RC-piirit jne.). Time Asetusparametri tässä on kondensaattorin lataamisen, purkamisen tai uudelleenlatauksen aika;

generaattorit sähkömekaanisilla resonaattoreilla (kvartsi, magnetostriktiivinen), joissa ajoitusparametri on resonoivan elementin luonnollisen värähtelyn jakso.

1.3.1 RC-oskillaattorit

RC-generaattorit perustuvat taajuusselektiivisten RC-piirien käyttöön ja ne toteutetaan kuvassa 1 esitetyn lohkokaavion mukaisesti.

On olemassa RC-generaattoreita, joissa on vaiheensiirto- ja silta-RC-piirejä.

1.3.2 Kolmen linkin RC-piirikaavio

Vaiheensiirtopiirillä varustetut RC-oskillaattorit ovat 180° vaihekiertoinen vahvistin, johon vaihetasapainoehdon täyttämiseksi on kytketty takaisinkytkentäpiiri, joka myös muuttaa lähtösignaalin vaihetta 180° generoinnin yhteydessä. taajuus. Kolmen baarin RC-piirejä (harvemmin neljän baarin) käytetään yleensä vaiheensiirto takaisinkytkentäpiirinä. Tällaisen piirin kaavio on esitetty kuvassa 8.

Kuva 8. Kaavio kolmen baarin RC-piiristä

Vaiheensiirtopiiri vähentää merkittävästi vahvistimen sisäänmenoon tulevaa takaisinkytkentäsignaalia. Siksi kolmilinktisille RC-piireille vahvistimen vahvistuksen tulee olla vähintään 29. Silloin täyttyy myös toinen värähtelyn esiintymisen ehto - amplituditasapainoehto.

Samoilla vastusten R resistanssilla ja kondensaattorien C kapasitanssilla vaiheensiirtopiirillä varustetun generaattorin värähtelyt määritetään kaavalla:

Värähtelytaajuuden muuttamiseksi riittää, että vaihdat resistanssia tai kapasitanssia vaiheensiirtopiirissä.

1.3.3 Viinin silta

R 3

Wien-sillalla on yleisimmin käytössä kolme siltataajuusselektiivistä RC-piiriä (kuva 9.).

R 4

Kuva 9. Wienin silta

Tässä varmistetaan vaihetasapainotila yhdellä taajuudella, jolla sillan lähtösignaali on samassa vaiheessa tulon kanssa.

Generointitaajuus on yhtä suuri kuin sillan viritystaajuus ja määräytyy suhteesta:

Wien-sillalla varustetun generaattorin taajuuden säätö on yksinkertainen ja kätevä, ja se on mahdollista laajalla taajuusalueella. Se suoritetaan käyttämällä piiriin kuuluvaa kaksoissäädettävää kondensaattoria tai kaksoismuuttuvaa vastusta kiinteiden kondensaattorien C tai vastusten R sijasta.

Koska Wien-sillan lähetyskerroin generointitaajuudella on 1/3, vahvistimen vahvistuksen tulisi olla 3. Tällöin Wien-sillalla varustetussa generaattorissa tapahtuu vakaa generointi.

1.3.4 Kaksois-T-siltakaavio

Lisäksi RC-generaattoreissa käytetään myös kaksois-T-siltaa (kuva 10).

Kuva 10. Kaavio kaksois-T-sillasta

RC-generaattorin lähtösignaalin amplitudin stabiloimiseksi käytetään erilaisia ​​epälineaarisia elementtejä: termistoreja, valovastuksia, hehkulamppuja, diodeja, LEDejä, zener-diodeja, kenttätransistoreja jne. Myös tiukasti säädeltyä takaisinkytkentää käytetään.

RC-oskillaattoreille on ominaista hyvä vakaus, ne ovat helposti viritettävät ja niiden avulla voit saada värähtelyjä erittäin matalilla taajuuksilla (hertsin murto-osista useisiin kilohertseihin). Värähtelytaajuuden vakaus. RC-oskillaattorit riippuvat enemmän R- ja C-elementtien laadusta kuin taajuusvalintapiirin rakenteesta ja vahvistimen ominaisuuksista. Paras suorituskyky saavutetaan RC-generaattoreilla, joissa värähtelytaajuuden lisästabilointi suoritetaan kvartsiresonaattoreilla.

1.3.6 Generaattoripiiri Wien-sillalla operaatiovahvistimessa

Kuvassa 6 on Wien-sillalla varustettu piiri, jonka toinen varsi on muodostettu resistiivisestä jännitteenjakajasta ja toinen differentiointi- ja integrointipiireistä. Siirtokerroin vaiheensäätöpiirin , , , lähdöstä operaatiovahvistimen ei-invertoivaan tuloon resonanssitaajuudella on 1/3. Amplitudien tasapainottamiseksi vahvistimen lähetyskertoimen lähdöstä ei-invertoivaan tuloon tulee olla kolme, eli ehdon = tulee täyttyä. Vaihetasapainon saavuttamiseksi erotuspiirin aikavakion tulee olla yhtä suuri kuin integrointipiirin aikavakio, eli =.

Itseherätyksen parantamiseksi, värähtelyamplitudin stabiloimiseksi ja epälineaaristen vääristymien vähentämiseksi piirissä on tarpeen käyttää vahvistinta säädettävällä siirtosuhteella tai sisällyttää epälineaarinen jännitteenrajoitin operaatiovahvistimen ulostuloon.

Kuva 11. Generaattoripiiri Wien-sillalla operaatiovahvistimessa

1.4 LC-tyyppinen generaattori

Tällainen generaattori on rakennettu transistorilla olevan vahvistinasteen pohjalta, ja sen kollektoripiirissä on värähtelevä LC-piiri. PIC:n luomiseksi käytetään muuntajaliitäntää käämien W1 (jolla on induktanssi L) ja W2 (kuva 12) välillä.

Kuva 12. LC-tyyppinen generaattori

1.5 Tehokkaat vahvistinportaat.

Tehokas kaskadi ymmärretään vahvistuskaskadiksi, jolle on määritelty kuorma ja tässä kuormassa hajaantuva teho. Tyypillisesti teho vaihtelee useista kymmeniin - satoihin watteihin. Siksi tehokkaat kaskadit, jotka yleensä tuotetaan, lasketaan annettujen ja -arvojen perusteella. Jotta voit arvioida, kuinka paljon tehoa esivahvistimen tulisi tuottaa, sinun on arvioitava asteen tehovahvistus.

Tehokas tehoaste on tärkein energiankuluttaja. Se tuo mukanaan suurimman osan epälineaarisesta vääristymisestä ja varaa äänenvoimakkuuden, joka on verrannollinen vahvistimen muun osan äänenvoimakkuuteen. Siksi pääteastetta valittaessa ja suunniteltaessa päähuomio kiinnitetään mahdollisuuteen saavuttaa korkein hyötysuhde, alhainen epälineaarinen vääristymä ja kokonaismitat.

Pääteasteet ovat yksipäisiä ja push-pull. Tehovahvistimissa olevat aktiiviset laitteet voivat toimia tiloissa A, B tai AB. Tehokkaiden lähtöasteiden luomiseen käytetään piirejä, joissa on OE, OB ja OK.

Yksipäisissä lähtöportaissa aktiiviset laitteet toimivat tilassa A. Niitä luotaessa käytetään kolmea transistorikytkentäpiiriä. Kuorman sovittamiseksi lähtöasteeseen käytetään joskus muuntajia, jotka tarjoavat suurimman tehonlisäyksen, mutta heikentävät merkittävästi sen taajuusominaisuuksia.

Muuntajattomat pääteasteet ovat yleistyneet yhä enemmän. Ne mahdollistavat suoran yhteyden kuorman kanssa, mikä mahdollistaa ilman tilaa vieviä muuntajia ja eristyskondensaattoreita; niillä on hyvät taajuus- ja amplitudiominaisuudet; voidaan helposti tehdä integroidulla tekniikalla. Lisäksi, koska portaiden välisissä tietoliikennepiireissä ei ole taajuusriippuvaisia ​​elementtejä, on mahdollista ottaa käyttöön syvät yhteiset negatiiviset takaisinkytkennät sekä vaihto- että tasavirroille, mikä parantaa merkittävästi koko laitteen muunnosominaisuuksia. Tässä tapauksessa vahvistinlaitteen vakauden varmistaminen voidaan saavuttaa ottamalla käyttöön yksinkertaisimmat korjauspiirit.

Muuntajattomat tehokkaat lähtöasteet kootaan pääosin push-pull-piireillä B- tai AB-moodissa toimiviin transistoreihin ja kytketään piirien mukaan OK- tai OE-asteikolla. Näissä piireissä on mahdollista yhdistää yhdeksi kaskadiksi joko identtisiä transistoreita tai transistoreita, joilla on erityyppinen sähkönjohtavuus. Kaskadeja, joissa käytetään transistoreja, joilla on erityyppinen sähkönjohtavuus (p-n-p ja n-p-n), kutsutaan kaskadeiksi, joilla on lisäsymmetria.

Kuorman kytkentätavan mukaan piirejä on kahden tyyppisiä: virtalähteenä yhdestä lähteestä ja kahdesta lähteestä.

1.6 Lähtötehovahvistimien luokitus

Tarkastelen vahvistimien luokittelua toimintatavan mukaan, eli vahvistintransistorien läpi kulkevan virran määrän mukaan signaalin puuttuessa.

1.6.1 Luokan A vahvistimet

Luokan A vahvistimet toimivat ilman signaalin katkaisua vahvistinelementtien virta-jännite-ominaisuuden lineaarisimmassa osassa. Tämä varmistaa minimaalisen epälineaarisen vääristymän (THD ja IMD) sekä nimellisteholla että pienillä tehoilla.

Tästä vähimmäissummasta joudut maksamaan vaikuttavalla virrankulutuksella, koolla ja painolla. Keskimäärin A-luokan vahvistimen hyötysuhde on 15-30%, eikä virrankulutus riipu lähtötehosta. Tehonhäviö on suurin pienillä lähtösignaaleilla.

1.6.2 Luokan B vahvistimet

Jos emitteriliitoksen esijännitettä muutetaan siten, että toimintapiste osuu katkaisupisteeseen, niin saadaan luokan B vahvistusmoodi. Tätä varten n-p-n-tyyppisen transistorin kannalle on syötettävä negatiivisempi jännite kuin luokan A tila (p-n-p-tyyppisille transistoreille tarjotaan luokan B tila, joka syöttää positiivisemman jännitteen tukiasemaan kuin luokan A tilassa). Kummassakin tapauksessa luokan B tilassa emitteriliitoksen myötäsuuntainen bias vähenee ja transistori kytketään pois päältä.

Jos luokan B vahvistinaste sisältää vain yhden transistorin, signaalin harmoninen vääristymä on merkittävä. Tämä selittyy sillä, että tuloksena oleva muodoltaan kollektorivirta toistaa vain tulosignaalin positiivisen puoliaallon, ei koko signaalia, koska negatiivisen puoliaallon tapauksessa transistori jää pois päältä. Luodaksesi uudelleen lähtösignaalin, joka on muodoltaan täysin samanlainen kuin tulosignaali, voit käyttää kahta transistoria (yksi tulosignaalin kutakin puoliaaltoa kohti) yhdistämällä ne ns. push-pull-piiriin.

Lähtösignaalin jänniteamplitudi on hieman pienempi kuin virtalähteen jännite. Koska luokan B tilassa virta kulkee transistorin läpi vain puoli jaksoa, on mahdollista kaksinkertaistaa kollektorivirta (verrattuna luokan A tilaan) samalla keskimääräisellä teholla, joka hajoaa transistorin kollektorissa.

Luokan B vahvistimen lähtöjännitteen amplitudi on yhtä suuri kuin kaksi kertaa luokan A vahvistimen lähtöjännitteen amplitudi. Siten push-pull-transistoriaste luokan B tilassa mahdollistaa lähtöjännitteen, joka on kaksi kertaa suurempi kuin luokan A tilassa.

1.6.3 Luokan AB vahvistimet

Kuten nimestä voi päätellä, AB-luokan vahvistimissa yritetään yhdistää A- ja B-luokan vahvistimien edut, ts. saavuttaa korkea hyötysuhde ja hyväksyttävä epälineaarisen vääristymän taso. Askelsiirtymän poistamiseksi vahvistinelementtejä vaihdettaessa käytetään yli 90 asteen katkaisukulmaa, ts. toimintapiste valitaan virta-jännite-ominaiskäyrän lineaarisen osan alusta. Tästä johtuen signaalin puuttuessa sisääntulossa vahvistimet eivät kytkeydy pois päältä, ja niiden läpi kulkee jonkin verran lepovirtaa, joskus merkittävää. Tästä johtuen tehokkuus laskee ja pieni ongelma syntyy lepovirran stabiloinnissa, mutta epälineaariset vääristymät vähenevät merkittävästi.

Luokka AB on edullisin ULF:lle, koska tässä tapauksessa vahvistin kuluttaa mahdollisimman vähän virtaa virtalähteestä. Tämä selittyy sillä, että toimintapisteessä transistorit ovat lukittuina ja kollektorivirta kulkee vain tulosignaalin saapuessa. Luokan B vahvistimet kuitenkin vääristävät aaltomuotoa.

Todellisessa B-luokan vahvistimessa transistori pysyy kiinni erittäin alhaisilla tulosignaalitasoilla (koska transistorin virran vahvistus on hyvin pieni lähellä rajaa) ja avautuu jyrkästi signaalin kasvaessa.

Epälineaarista säröä voidaan vähentää, jos luokkaa AB (tai jotain B:n ja AB:n väliltä) käytetään luokan B tilasta. Tätä varten transistori kytketään päälle jonkin verran niin, että kollektoripiirin toimintapisteessä kulkee pieni virta. Luokka AB on vähemmän taloudellinen kuin luokka B, koska se kuluttaa enemmän virtaa virtalähteestä. Tyypillisesti luokkaa AB käytetään vain push-pull-piireissä.

1.6.4 Luokan C vahvistimet

Luokan C tila saadaan biasoimalla transistori vastakkaiseen suuntaan, reilusti katkaisupisteen vasemmalle puolelle. Osa tulosignaalista käytetään välittämään emitteriliitoksen esijännite. Tämän seurauksena kollektorivirta kulkee vain osan tulojännitteen puolijaksosta. Tulojännitteen negatiivinen puoliaalto on transistorin syvällä katkaisualueella. Koska kollektorivirta kulkee vain jonkin osan positiivisesta puolijaksosta, on kollektorivirtapulssin kesto huomattavasti pienempi kuin tulosignaalin puolijakso.

Ilmeisesti lähtösignaalin muoto poikkeaa tulosignaalista, eikä sitä voida palauttaa luokkien B ja AB push-pull -vahvistimissa käytetyillä menetelmillä. Tästä syystä Class C -tilaa käytetään vain silloin, kun signaalin vääristymisestä ei ole huolta. Pääsääntöisesti C-luokan toimintatilaa käytetään suurtaajuusvahvistimissa, eikä sitä käytetä ULF:ssä.

1.7 Piiriratkaisut tehokkaille vahvistinasteille.

Tehovahvistimet, joissa käytetään saman johtavuuden omaavia transistoreita.

Kun kaskadi saa virtaa kahdesta lähteestä ja jolla on yhteinen piste, kuorma kytketään transistorien emitterin ja kollektorin liitäntäpisteen ja virtalähteiden yhteisen pisteen välille. Transistorien toimintatila saadaan aikaan jakajilla , , ja . Transistoreja ohjataan vastavaihetulosignaaleilla ja sen saamiseksi edellinen vaihe on vaihdettava.

Kuvan 13 kaavion mukaisen kaskadin toimintaperiaate on vuorotellen vahvistaa tulosignaalin puoliaaltoja. Jos ensimmäisessä jaksossa negatiivista puoliaaltoa vahvistetaan transistorilla, kun taas transistori suljetaan positiivisella puoliaalolla, niin toisessa jaksossa signaalin toinen puoliaalto vahvistetaan transistorilla transistori suljettuna. .

Kun kaskadi saa virtaa yhdestä lähteestä (kuva 14), kuorma kytketään riittävän suuren kapasiteetin elektrolyyttisen erotuskondensaattorin kautta, mutta muuten piiri on samanlainen kuin edellinen.

Kuva 13. Saman johtavuuden omaavia transistoreja käyttävän tehovahvistimen lähtöaste

Piirin toimintaperiaate on seuraava. Sen puuttuessa kondensaattori ladataan jännitteeseen. Tällä jännitteellä kondensaattori siirtyy lepotilaan. Toimintajakson aikana (avoin tila) kuorman läpi kulkee virta, joka lataa kondensaattorin uudelleen. Toimintajakson aikana kondensaattori purkautuu ja virta kulkee kuorman läpi. Siten kaksinapainen signaali toteutuu kuormituksella.

Tarkastetuissa piireissä transistoreilla ja on erilaiset kytkennät: - OK-piirin mukaan ja - OE-piirin mukaan. Koska näillä kahdella kytkentämallilla transistoreilla on erilaiset jännitevahvistuskertoimet, saadaan ilman lisätoimenpiteitä lähtösignaalin epäsymmetria. Erityisesti signaalin epäsymmetrian vähentäminen voidaan saavuttaa valitsemalla asianmukaisesti vahvistuskertoimet edellisen vaiheinvertoidun portaan kahdelle ulostulolle. Epäsymmetriaa voidaan myös vähentää käyttämällä negatiivista takaisinkytkentää, joka kattaa lähtö- ja esilähtöasteet.

Kuva 14. Yksinapaisella teholähteellä saman johtavuuden omaaviin transistoreihin perustuvan tehovahvistimen lähtöaste

Tehovahvistimet, joissa käytetään eri johtavuustransistoreja, kytketty OK-piirin mukaan.

Kuva 15. Eri johtavuuksilla transistoreilla toimivan tehovahvistimen lähtöaste

Kuvassa Kuvassa 15 on kahdesta lähteestä virtansa saavan kaskadin kytkentäkaavio (on mahdollista toteuttaa piiri yksinapaisella syötöllä). Käytettäessä komplementaarisia n-p-n- ja p-n-p-transistorien pareja tässä piirissä ei ole tarvetta syöttää kahta vastavaihetulosignaalia. Signaalin positiivisella puoliaallolla transistori on auki ja kiinni, negatiivisella puoliaalolla päinvastoin, se on auki ja kiinni. Loput piirin toiminnasta kuvassa. Kuvio 15 on samanlainen kuin kuvion 1 vastaavien piirien toiminta. 14 ja fig. 13. Tarkasteltavien piirien erottuva piirre on, että kaskadin jännitevahvistus on aina pienempi kuin 1 ja lähtösignaalilla on vähemmän epäsymmetriaa, koska molemmat transistorit on kytketty samaan piiriin OK:lla.

Tehovahvistimen kytkemiseksi AB-tilaan epälineaarisen vääristymän vähentämiseksi kannat erotetaan toisistaan ​​diodiparilla, jotka antavat biasin transistoreille, jolloin niissä virtaa lepotilassa (kuva 16).

R 1

R 2

Kuva 16. Tehovahvistimen lähtöaste AB-tilassa

Kuvassa 17 on kaavio muuntajattomasta tehovahvistimesta, jossa on push-pull-lähtöaste, joka perustuu MIS-transistoreihin, joiden indusoidut kanavat ovat tyyppiä n (VT2) ja tyyppiä p (VT3). Substraatti on yleensä kytketty lähteeseen suuritehoisten MIS-transistoreiden sisällä. Kenttätransistorit aiheuttavat vähemmän epälineaarista säröä eivätkä ole alttiita lämpöepävakaudelle. Nykyaikaisten, indusoidulla kanavalla varustettujen suuritehoisten MIS-transistorien nieluporttiominaisuuden kynnysjännite on lähellä nollaa. Niiden haittana on lisääntynyt jäännösjännitys ja tuotannon vaihtelut parametreissa, mutta tekniikan kehittyessä ne vähenevät.

Kuva 17. Tehovahvistimen lähtöaste AB-DC-tilassa

Elektronisen laitteen sähköpiirin valinta ja kuvaus

Piiri koostuu kahdesta porrasta: ensimmäinen vaihe on Wien-sillalla oleva RC-oskillaattori, toinen vaihe on AB-luokan tehovahvistin.

Wien-silta on kytketty op-vahvistimen ei-invertoivaan tuloon.

Olkoon , sitten signaalin taajuus määritetään kaavalla:

Jotta Wien-sillalla varustetussa generaattorissa syntyy värähtelyjä, vahvistimen vahvistuksen on oltava suurempi kuin 3. Vahvistus asetetaan vastuksilla. Siksi seuraavan ehdon on täytyttävä:

Rinnakkain kytketyt diodit stabiloivat generoitujen signaalien amplitudia (eli ne tuovat symmetrisen epälineaarisen takaisinkytkennän).

Wien-sillalla varustetun RC-generaattorin edut:

Suurin haittapuoli on, että lähtöjännite saavuttaa syöttökiskojen jännitteen, mikä aiheuttaa operaatiovahvistimen lähtötransistorien kyllästymistä ja aiheuttaa merkittäviä vääristymiä.

Toinen vaihe on push-pull-muuntajaton vaihe, jossa on eri johtavuustyyppisiä kenttävaikutteisia MOS-transistoreja.

MIS - transistorilla VT1 on n-tyypin johtavuus ja transistorilla VT2 on p-tyyppi. Jos transistoreiden porttien ja lähteiden väliin syötetään positiivisen polariteetin jännite, transistori VT2 sulkeutuu ja transistori VT1 on auki ja virta kulkee piirin läpi virtalähteen E1 nielun plussasta. -transistorin VT1 lähde kuorman poikki virtalähteen E1 negatiiviseen napaan. Ja jos käytetään negatiivista polariteettia olevaa hilalähteen jännitettä, transistori VT1 sulkeutuu ja transistori VT2 on auki ja virta kulkee piirin läpi virtalähteen E2 plussasta transistorin kuorman, lähde-vuotauksen läpi. VT2, virtalähteen E2 negatiiviseen napaan. Signaalin saapuminen sisääntuloon joko positiivisella tai negatiivisella polariteetilla johtaa joko yhden transistorin sammuttamiseen ja toisen lukituksen avaamiseen tai päinvastoin. Toisin sanoen transistorit toimivat vastavaiheessa. Transistorit VT1 ja VT2 valitaan siten, että niiden parametrit ja ominaisuudet työalueella ovat mahdollisimman lähellä.

Edut:

on mahdollista saavuttaa korkea hyötysuhde; oikealla transistoreiden valinnalla epälineaariset vääristymät ovat pieniä;

kaskadi kehittää suuremman maksimilähtötehon verrattuna yksipäiseen kaskadiin, jossa on sama transistori;

muuntajien puuttumisen vuoksi vahvistettujen signaalien taajuusalueella ei ole tiukkoja rajoituksia;

Lisäksi ilman tilaa vieviä ja raskaita muuntajia laite on kevyt, pienikokoinen ja edullinen.

Virheet:

transistorien huolellisen valinnan tarve ja niiden nopea tuhoutuminen, kun pääteaste on ylikuormitettu, jos siinä ei ole virtasuojajärjestelmää.

Kuva 18. RC-oskillaattori, jossa on tehokas lähtöaste

ELEKTRONISEN LAITTEEN PIIRIN ELEMENTIEN LASKEMINEN JA VALINTA

3.1 Tehovahvistimen laskenta

missä on jännitteen amplitudiarvo kuormitusvastuksessa;

Virran amplitudiarvo kuormitusvastuksessa;

Lataa teho.

Kaksinapaisella teholähteellä varustetun pääteasteen puolikkaan teholähteen jännite määräytyy lähtösignaalin amplitudin perusteella ja jännitteen arvoksi valitaan vähintään n V enemmän, koska jäännösjännite on otettava huomioon, ja kenttätransistoreilla se voi saavuttaa yhden voltin:

Yhden transistorin tuhlaama maksimiteho määräytyy: Koska transistorit ovat toisiaan täydentäviä, riittää, että lasketaan yksi vahvistimen haara. . Antaa

kootaan elektroninen laite MicroCapissa.

mitata lähtöjännite,

mitata lähtövirta,

määritetään signaalin taajuus,

määritä teho kuormituksella,

verrata teknisten eritelmien ehtoihin,

päätellään.

Oskilloskoopin kytkentäkaavio:

Kuva 4.1 RC-generaattorin testikaavio

PÄÄTELMÄ

Kurssityössä pohdittiin elektronisen laitteen kehittämisen metodologiaa Wien-sillalla ja tehokkaalla pääteasteella varustetun RC-generaattorin esimerkin avulla. Tuloksena oleva laite täyttää kaikki teknisten eritelmien ehdot.

Tätä laitetta voidaan käyttää RC-oskillaattorina, jolla on tehokas lähtöaste, sukupolven taajuuslähtöasteteho, kuormitusvastuselektroniikka laite päällä ... generaattori: - R.C.-ulkoinen R.C. generaattori- INTOSC - sisäinen R.C. generaattori ...

Kehitys elektroninen yhdistelmälukko

Opintojaksot >> Viestintä ja viestintä

Tämä kurssiprojekti toteutetaan kehitystä elektroninen yhdistelmälukko ulkoiseen... vaatimuksista laite korkeampi, elektroninen Yhdistelmälukon tulee sisältää... generaattori toimintataajuus. Tämä laite ei vaadi arkistointia päällä ...

Laskenta laite videopulsseja päällä FPGA

Opinnäytetyö >> Fysiikka

Teos on omistettu kehitystä elektroninen laitteet laskee numeroa... laitteet päällä FPGA. baareissa generaattori laskeminen onnistuu laite. Oli valittu generaattori...linjan tuottama R.S., Jos R.S.= 0...1. Tässä esimerkki laajalle levinnyt sarja...

Laitteisto- ja ohjelmistokompleksi erityisten kattavien tarkastusten suorittamiseen elektroninen laitteet

Opinnäytetyö >> Viestintä ja viestintä

Ja heidän tilansa. Esimerkki piirien valinta ja niiden... ja generaattori kellon pulsseja. Mikrokontrolleri toteutettu päällä mikropiiri... protokollan mukaan R.S.-232. Mukaan... Kehitys laitteisto- ja ohjelmistokompleksi erikoistarkastuksia varten elektroninen laitteet ...