Размещено на http://www.allbest.ru/

Генератори та їх види

1. Імпульсні генератори

Імпульсні генератори - складають частину дуже багатьох електронних приладів, причому домінуюче місце вони займають в цифрових системах оброблення сигналів. Імпульсні генератори будуються на різних елементах. Основним вузлом генератора являється час задаючий ланцюгом на елементах L, R, C. Пасивні елементи застосовуються в сполученні з активними. Враховуючи паразитне розподілення опорів, індуктивності і ємностей і розділення параметрів електричних пристроїв, можна уявити собі всю складність обрахунку імпульсних генераторів для використання в широкому діапазоні частот.

Для спрощення інженерних розрахунків параметрів генераторів можна використовувати приближений метод представлений опором реактивних елементів. Залежність струм І, протікаючого через ємність С, від прикладеної напруги U визначається вираженим Позначимо

dU=IdR_C,

де R_C - деякі еквівалентні опори ємності. Тоді Інтегруючи одержимо . Аналогічні перетворення проведемо до індуктивності, виходячи із формули . Позначимо dl=Udq_L, де q_L - деякий еквівалентний провідник індуктивності. Тоді В результаті реактивні елементи зводяться до деякого активного аналогу. Тепер для розрахунку параметрів складного ланцюга, складаючогося із великої кількості елементів L і C, можна використовувати закон постійного струму, а вони, як відомо, більш доступні і прості.

Для очевидності проведених перетворень розглянемо прості і широко розповсюджені приклади. Почнемо з підключення джерела постійної напруги де RС ланцюги.

Мал. 1

При заміні ємності еквівалентним опором одержимо формулу для струму і для напруги

Якщо врахувати, що , то одержимо ; при маємо . Тут при і при . Напруга на конденсаторі змінюється по закону, близькому до експоненціальному.

Тепер розглянемо підключений до джерела напруги RL ланцюга. Напруга на індуктивності буде виражатися формулою , де . Якщо , то , а при . Закон зміни цієї напруги близький до експоненціального: . Визначимо різницю між цими формулами . Графік залежності А₁ від показаний на мал. 1, б. Як видно з графіка, максимум значення А₁ досягається призначення =2…3. Значення похибки А₁ можна зменшити, якщо ввести деякий емпіричний коефіцієнт. На тому ж малюнку проведені ламані для функції Враховуючи ці функції, можна значно підвищити точність інженерних розрахунків.

2. Блокінг-генератори

Блокінг-генератори називаються генератори прямокутних імпульсів, в яких позитивно обернений зв'язок проходить через трансформатор чи другий пасивний елемент. Як і мультивібратори, блокінг-генератори можуть робити як і в чекаючому, так і в автокосливальному режимі. Звичайно блокінг-генератори використовують для одержання коротких і потужних прямокутних імпульсів.

Мал. 2. Блокінг-генератори: а - чекаючий на мікросхемі 119ГФ1; б - чекаючий на потужнім польовому транзисторі; в-автоколивальний на оптроні

Елементи транзисторного блокінг-генератора входять в склад мікросхеми 119ГФ1, де тривалість імпульса визначається постійною часу R1C4 і параметрами імпульсного трансформатора. Інтервал між імпульсами запуску повинен бути набагато більший, ніж тривалість імпульса. На мал. 2, б показана схема чекаючого блокінг-генератора на потужнім ПТ КП901. Дякуючи малому вихідному опору потужного ПТ в схемі досягається висока крутість фронтів. При даних, приведених в схемі, тривалість імпульса -60 нс., амплітуда - 25… 30 В. Крім імпульсного трансформатора елементом розв'язки, через який здійснюється позитивно обернений зв'язок, може бути і оптрон. Схема блокінг-генератора на оптроні приведена на мал. 2, в.

Для одержання прямокутних імпульсів з крутими фронтами застосовують релаксаційні генератори, які можуть працювати в автоколивальному, чекаючому і синхронному режимах. За фізичними принципами генерації бувають мультивібратори і блокінг-генератори.

3. Мультивібратори

Коливання прямокутної форми на мультивібраторах виникають за рахунок позитивного оберненого зв'язку, через активний електронний елемент: транзистор, операційний підсилювач, логічний елемент, тиристор і т.д. Тому що основні параметри прямокутних імпульсів: частота, амплітуда і їх стабільно залежить від характеристик активного елемента - напружене живлення, порогового рівня, швидкодія і т.д.

Найбільш часто в теперішній час вживаються мультивібратори на логічних елементах інтегральних мікросхем, що зв'язані з їх використанням в цифровій апаратурі. На мал. 3, а показана схема чекаючого мультивібратора на двох логічних елементах. Його запуск проводиться негативним імпульсом відносно напруження живлення. Довгота імпульса Т1.1 R1C1. На мал. 3, б показана схема автоколивального мультивібратора у якого період коливання приблизно дорівнює 2 R1C1. Стабільність довготи або періода повторення імпульса в мультивібраторах на логічних елементах не велика, внаслідок низької стабільності порогового рівня ТТЛ - мікросхем. Тому що, для підвищення стабільності часто в якості порогового елемента вводять транзистор, у якого стабільність приблизно на порядок вища. Схема чекаючого мультивібратора володіє стабільністю тривалого імпульсу близько 1% в діапазоні температур і широкім діапазоном перестройки.

В ряді серій інтегральних мікросхем випускаються пристрої, які можуть робити як чекаючі і автоколиваючі мультивібратори. Таким устройством появляються інтегральний таймер. На мал. 3, г показана схема чекаючого мультивібратора на ІТ типу КР1006ВІ. Тривалість імпульса на вході рівна постійному часу R1C1. В серії 119, 218 випускаються мультивібратори, у яких частота коливання вибирається за допомогою підключення до входів конденсаторів різної ємності. Управління тривалим імпульсом може виготовлятися трьома способами: ручною регуліровкою і т.д. змінювання опору - як це робиться в схемі; за допомогою напруги зміщення, введена в вхідні ланцюги логічних елементів; цифровим кодом. На мал. 3, е показана схема автоли вального мультивібратора, у якого трьох розрядним цифровим кодом підключаються потрібні ємності із набору С, 2С, 4С, причому 4С включаються старшим розрядом коду.

На мультивібраторах з логічним елементом частіше всього виповнюються високочастотні кварцові генератори. На мал. 3, ж показана схема кварцового генератора на ТТЛ-елементах на частоти на 10 МГц. Для більш високих частот застосовуються схеми на елементах емітерно-зв'язаної логіки, працюючі на гармоніках частоти кварцового генератора.

Схема може робити і в чекаючому режимі, для цього в одну із ланцюгів вводять запираюче напруження. Схема чекаючого мультивібратора на операційному рівні показана на мал. 4, б. ця схема дозволяє одержати біполярний імпульс великої амплітуди. Тривалість сформованого імпульсу визначається так

де U_нас - напруження насичення операційного рівня по виходу, наприклад, при живленні напруження 12 В U_нас=10В.

Чекаючий мультивібратор на польовому транзисторі позволяє одержати імпульс великої тривіальності, так як R1 може складати одиниці і десятки мегом. Тривалість імпульса в схемі

де U_пор - порогового напруження даного польового транзистора.

Завдяки малому вхідному току ОТ, тривалість імпульсу може регулюватися в широких обмеженнях. Напруженість включення ОТ стабільне, тому стабільне і тривале формування імпульса. При подачі запускаю чого імпульса на S-вхід тригера D1 на його виході появляється позитивний потенціал U1. Конденсатор С1 заряджується через резистори R1, R2, поки напруження на нім не досягне напруження включення ОТ. Позитивний імпульс на резисторі R3 утворює тригер D1 в початковому стані. Тривалість імпульса в цій схемі

де U_вкл - напруження включення ОТ;

U₁ - амплітуда імпульса на виході тригера D1.

На схемі показаний чекаючий мультивібратор на тиристорі, дозволяючий одержати імпульс великої потужності. У вихідному стані конденсатор С1 заряджений до напруження джерела Е_і. Позитивний імпульс в ланцюзі бази тиристора V1 відмикає тиристор і конденсатор С1 розряджається через обмотку трансформатора Т1 і тиристора V1. по мірі розряду конденсатора напруженість на тиристорі падає до тих пір, поки він не закриється. Після цього конденсатор С1 знову заряджується через дросель L1 до напруження джерела живлення. На вихідній обмотці Т1 виникає імпульс потужністю одиниці і навіть десятки кіловат. Така схема лежить в основі телевізійних генераторів стрічкових розгорток.

В мультивібраторах, а також блокінг-генераторах не використовуються резонансні LC - контури. В мультивібраторі частота генерації визначається постійними часу RC - кола. Такі генератори називаються релаксаційними, вони широко використовуються в телевізорах, контрольно-вимірювальних приладах і в інших пристроях.

Мультивібратор зазвичай містить два взаємно зв'язаних транзисторних підсилювачі, у яких для збудження і підтримування коливань вихід другого підсилювача підключений до входу першого, а вихід першого - до виходу другого. Недивлячись на симетрію схеми, струми транзисторів не будують однаковими. Припустимо, що в момент включення джерела живлення струм транзистора Т₁ дещо більше струму транзистора Т₂. Внаслідок цього спад напруги на резисторі R₂ буде більше спаду напруги на резисторі R₄. Так як напруга джерела колекторного живлення від'ємна, то внаслідок зміни падіння напруг на резисторах R₂ і R₄ потенціал колектора Т₁ стане менш від'ємним, а колектора Т₂ - більш від'ємним. Ці зміни через конденсатори зв'язку С₁ і С₂ передаються відповідно на бази транзисторів Т₂ і Т₁, що приведе до ще більшого росту струму колектора Т₁ і до зменшення струму колектора Т₂. Ці зміни колекторних струмів відбуваються вельми швидко і призводять до насичення транзистора Т₁ і блокування транзистора Т₂, після чого будь-які зміни провідності транзисторів припиняється. В результаті описаного процесу конденсатори С₁ і С₂ виявляються зарядженими до напруги, наближеної до Е_к. Після зупинки змін колекторних струмів конденсатор С₁ порівняно повільно розряджається внаслідок протікання через нього невеликої частини струму колектора Т₁, що проходить через резистор R₃, на джерело Е_к. В результаті цього позитивний потенціал бази Т₂ зменшується, потім стає негативним і транзистор Т₂ відкривається. Це призводить до зменшення негативного потенціалу колектора Т₂ і до утворення позитивного перепаду напруги на базі Т₁. Цей швидкопротікаючий процес продовжується до тих пір, поки транзистор Т₁ не ввійде в режим відсічки, а Т₂ - в режим насичення. Таким чином, виникає стан, протилежний початковому, який потім в результаті протікання процесу, подібного описаному, знову переходить в початковий стан. Таким чином підтримуються коливання в мультивібраторі, їх форма суттєво відрізняється від синусоїдальної. Частота коливань визначається сталими часу R₃С₁ і R₁С₂.

Для того щоб за синхронізувати частоту коливань мультивібратора з частотою керуючого зовнішнього сигналу, цей сигнал подають на резистор R₅. Для можливості синхронізації частота керуючого сигналу повинна набагато перевищувати частоту власних коливань мультивібратора. Мультивібратор може також генерувати синхронізовані коливання, частота яких в ціле число разів нижче частоти синхронізуючого сигналу.

Вихідний сигнал знімається з колектора Т₂, через конденсатор С₃. Вихідний сигнал можна також знімати з колектора Т₁, якщо подавати напругу синхронізації на резистор R₃.

Генератор на лавиннім транзисторі з діодним навантаженням. Він побудований на транзисторі, який працює в лавинному режимі. Генератор позволяє сформувати на виході імпульсний сигнал трикутної форми з амплітудою 4 В із повною довготривалістю 1 нс. Така формула обґрунтована диференціюванням сигналу релаксатора. Роль диференційного конденсатора грають роль два діода, на які подається зворотна напруга зміщення. В початку імпульсу ємності діодів велика і в навантаження приходить частина його фронту, а потім ємність зменшується і друга частина імпульсу являється відсіченою.

Генератор сигналу з керованою щільністю.

В основу генератора покладений мультивібратор з базовими заданими RС ланцюгами. Період слідування вихідного імпульсного сигналу визначається формулою

,

генератор імпульсний транзистор сигнал

де С=С1=С2 - конденсатор зворотного зв'язку - загальний опір резисторів в ланцюгу бази обох транзисторів. Оскільки загальний базовий опір визначається резистором , то перемінний резистор можна міняти подовженістю відкритого стану кожного транзистора. Показані на схемі номінали елементів позволяють одержати імпульсний сигнал з періодом 20 мс., а щільність міняється в рамках від 0,1 до 10.

Генератор з динамічним навантаженням.

Для збільшення крутизни фронту імпульсів мультивібратора в одне із плеч мультивібратора включена динамічна навантаження. Коли транзистор VT2 закритий, через резистор струм не протікає. Через це закритий транзистор VT1. В ланцюг колектора транзистора VT2 включений резистор з більшим опором. Після того як відбудеться переключення транзисторів VT2 VT3, відкриється транзистор VT1. В ланцюг колектора транзистора VT2 включається опір відкритого транзистора VT1. Напруга на колекторі транзистора VT2 стане близькою до напруги живлення. Конденсатор С1 буде заряджатися через відкритий транзистор VT1. По цій причині фронт імпульса мультивібратора буде значно коротший.

Мультивібратор з переключаючим транзистором.

Він позволяє одночасно одержувати сигнали різної форми. В деякий момент транзистор VT2 відкритий. Конденсатор С2 заряджений. Транзистор VT1 закритий, а VT3 - відкритий. Конденсатор С2 заряджається через резистор R3, а С1 заряджається через R1. коли напруга на конденсаторі С2 майже досягне нуля, транзистор VT1 відкриється, а VT2 лавиноподібно закриється. З цього моменту начиняється закриватися транзистор VT3, струм через резистор R1 зменшиться. Конденсатор С1 входить в ланцюг негативним ОС, для транзистора VT3. В результаті на резисторі R1 буде лінійно зменшуватися падіння напруги. Оскільки через ланцюг С2, R5 протікає постійний струм, затягування зменшення імпульса відсутній.

По мірі розрядки конденсатора С1 збільшиться напруга на колекторі транзистора VT3, і він переходить в насиченість. Петля негативного ОС розривається і розвивається лавиноподібний процес, приводячи пристрій в початковий стан.

Амплітуда вихідного сигналу 5 В. У мультивібраторі на мал. 10, а імпульси мають позитивну полярність. В мультивібраторі на мал. 10, б імпульси негативні. Тривалість фронту і спаду може бути менше 1 мкс. Період слідування імпульсів рівний 450 мкс.

Мультивібратор з розділеним навантаженням.

Він зібраний по класичні схемі з динамічною навантаженням в ланцюгу колектора транзисторів VT2, VT3. Навантаження їх служить транзистори VT1 і VT4. Тривалість фронту і спаду вихідних імпульсів близько 2…3 мкс при опорі навантаження до 200 Ом. Покращенні фронти вихідного сигналу досягнуто введенням ОС через конденсатори С1 і С4.

Коли, наприклад, транзистор VT2 відкривається, то негативний перепад напруги передається на бузу транзистора VT1 і транзистор закриється. Відбувається швидка зміна напруги емітера транзистора VT1. При закриванні транзистора VT2 позитивний перепад напруги в колекторі цього транзистора буде відкритий транзистор VT1. На емітері транзистора VT1 швидко збільшується позитивна напруга із за малого внутрішнього опору емітерного повторювача. Частоту вихідного сигналу визначають формулою Т1,5R₃C₂.

В мультивібраторі можна використати мікрозборку транзисторів К198НТ3.

Мультивібратор з низькоомним виходом.

В основу генератора покладений мультивібратор, в якому ОС через конденсатори С2 і С1 знімається з емітерів транзисторів VT1 і VT3.

Коли транзистор VT2 закритий, положення напруги його колектора передається через відкритий транзистор VT1, забезпечуючи малий вихідний опір. Фронт імпульса має велику крутизну, визначаєму частотними властивостями транзистора VT2. Позитивний сигнал з емітера транзистора VT1 передається через конденсатор С1 на вихід 1. Конденсатор С1 розряджається через діод VD1 і транзистор VT2. Ланцюг розрядки має малий опір.

Амплітуда вихідного сигналу рівна половині напруги джерела живлення. Частота слідування визначається постійним часовим ланцюгом R2 С1 і R3 С2. Замість окремих транзисторів можна використовувати мікро зборку транзисторів К198МТ3.

Генератор з регульованою формую сигналу.

Він формує сигнал різної форми. Його основою служить мультивібратор, частоту якого регулює перемінний резистор R3, а щільність імпульсів - перемінним резистором R4.

Вихідний сигнал мультивібратора через діоди VD1 і VD2 поступає на конденсатор С3. Перемінним резистором R8 можна регулювати швидкість збільшення напруги на конденсаторі С3, а R7 - швидкість зменшиться. Таким чином регулюють тривалість фронту і спаду імпульса. Амплітуду вихідного сигналу встановлюють перемінним резистором R9.

Список літератури

1. Журнал «Радіо», №3-6, 1978 р.

2. Горошков Б.И. «Элементы радиоэлектронных устройств», М., 1989 р. - ст. 110-115, 125-128.

3. Справочник по схемотехнике для радиолюбителя, К. «Техніка», 1987 р. - ст. 309-312.

4. Мэндл М. «200 избранных схем электроники», М. «Мир», 1980 р. - ст. 90-93.

5. Гончаренко С.У. «Учням про цифрову електроніку», К. «Радянська школа», 1991 р.

6. Березовський М.А. Краткий справочник радиолюбителя, К. «Техніка», 1975 р. - ст. 116-124

Размещено на Allbest.ru