Генераторы - 1. Какие требования предъявляются к транзисторам рэ в стабилизаторах с импульсивным регулированием?

Генераторы
75. Для генератора синусоидальных колебаний сформулировать условно баланса фаз и амплитуд и привести пример принципиальной схемы.

Условия самовозбуждения автогенератора - баланс амплитуд и фаз. На рисунке приведена структурная схема автогенератора, которая состоит из усилителя с коэффициентом усиления К и звена положительной обратной связи ?. Коэффициенты усиления усилителя и обратной связи являются комплексными числами, зависящими от частоты. В качестве усилителя в автогенераторах могут применяться различные усилители: на транзисторах, интегральных микросхемах и др. Звеном обратной связи являются частотно-зависимые цепи: LC-контуры и RC- четырехполюсники. Если считать, что напряжения Uвх и Uвых близки к синусоидальным, то стационарный устойчивый режим в автогенераторе, при котором амплитуды Uвх m и Uвых m имеют неизменные значения, будет возможен только при выполнении условия, называемого условием самовозбуждения: К ? = 1 Это равенство следует из соотношений Uвх = ?•Uвых, Uвых=К•Uвх, следовательно Uвых = ?КUвх. Условие самовозбуждения можно представить в следующем виде: |K|exp(j?)|?|exp(j?)=1 , где |K| и |?| - модули коэффициентов усиления и передачи, а ? и ? - аргументы этих коэффициентов. Это равенство выполняется при следующих условиях: |K|•|?| = 1 (1) ? + ? = 2? (2) Условие (1) называется условием баланса амплитуд, а равенство (2) - условием баланса фаз. Условие баланса фаз свидетельствует о наличие в данном устройстве положительной обратной связи. Условие баланса амплитуд соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются звеном положительной обратной связи от источника питания автогенератора. Автогенераторы по виду элементов, входящих в звенья обратной связи, подразделяются на LC-автогенераторы и RC-автогенераторы. На рисунке приведена принципиальная схема одного из вариантов LC- автогенераторов.


76. Как стабилизировать частоту генерируемых колебаний в генераторах?

Определенные отклонения частоты генерации могут происходить за счет изменения режимов работы и параметров элементов схемы, в частности под действием температуры. Нестабильность частоты генерации обратно пропорциональна добротности контура. Поэтому в качестве высокостабильных генераторов используют устройства с частотно-избирательными элементами высокой добротности, которой обладает кварцевый резонатор.

Очень важным требованием, предъявляемым к генераторам, является стабильность частоты генерируемых колебаний.

Нестабильность частоты оценивается коэффициентом относительной нестабильности:Одним из наиболее эффективных способов стабилизации является кварцевый способ стабилизации, основанный на применении кварцевого резонатора:
Рис.1-Эквивалентнаясхемакварцевогорезонатора

Рис. 2 - Зависимость характера сопротивления от частоты

Мы видим что на крайних участках сопротивление имеет емкостной вид, а на среднем -индуктивный. Кварц может быть эквивалентом как последовательного колебательного контура, так и параллельного. На частоте f01 происходит резонанс напряжений , а на f02- токов.



77. За счет чего включение кварцевого резонатора позволяет стабилизировать частоту генерируемых сигналов?

Определенные отклонения частоты генерации могут происходить за счет изменения режимов работы и параметров элементов схемы, в частности под действием температуры. Нестабильность частоты генерации обратно пропорциональна добротности контура. Поэтому в качестве высокостабильных генераторов используют устройства с частотно-избирательными элементами высокой добротности, которой обладает кварцевый резонатор. Обеспечить высокую стабильность частоты генерации можно при включении кварцевого резонатора в цепь обратной связи обычного LC-генератора. Для лучшей стабильности желательно использовать частоту последовательного резонанса кварца. При этом важно, чтобы общее сопротивление цепи обратной связи было значительно меньше собственного сопротивления кварцевого резонатора. Для генерации колебаний необходимо настроить LC-контур на резонансную частоту кварцевого резонатора fo. В этом случае полное сопротивление LC-контура велико, что позволяет получить в каскаде большое Кu, а сопротивление кварцевого резонатора Кв мало, что обеспечивает глубокую положительную обратную связь между коллектором и базой транзистора. Кварцевый резонатор обладает острым резонансом, что свидетельствует о его небольшом сопротивлении, порядка единиц ом. Поэтому добротность кварца достигает 106, т.е. она на 3 порядка больше добротности контуров, выполненных на дискретных элементах.


78. Что нужно предпринять в ВЧ генераторе гармонических колебаний, чтобы изменение сопротивления нагрузки не влияло бы на частоту выходного сигнала?

Одним из высокочастотных генераторов гармонических колебания является LC- генератор. Нагрузка в данном генераторе может подключатся к коллектору транзистора. Для уменьшения ее влияния на режим работы кварцевого генератора иногда используют дополнительный согласующий каскад.

Трансформаторная связь:



W2
К левой части подключается транзистор. Мы видим, что величина нагрузочного резистора не будет влиять на тау заряда/разряда, так как в цепи конденсатора нет резистора. Кондер в составе контура создал колебания нужной частоты и они по трансформаторной связи передались на катушку 2 (обозначена по числу витков- W2). Но трансформатор- нетехнологичная деталь, на ней рассеиваеится полезная мощность и она громоздкая.

79. В генераторе с мостом Вина вместо синусоиды на входе получили прямоугольные импульсы. О чем это говорит и как исправить положение?

Мост Вина:




Эта схема используется вместо фазовращающей цепи. Это наиболее употребит. вариант. R1=R2=R, C1=C2=C R3=2R4




Рис3.Полная схема генератора с мостом Вина

Если получаем прямоугольные импульсы, то значит мы перегрузили генератор, то есть сделали слишком глубокую ос. (Rос = 2R ) на рис R –это самый нижний резистор.

Надо сделать менее глубокую ос, чтобы были гармонические колебания.


80. Чем различаются между собой "мягкий" и "жесткий" режимы самовозбуждения генератора?

В некоторых системах генераторов предусматривается возможность автоматически изменять положение рабочей точки на ВАХ транзистора после включения по мере перехода в стационарный режим работы. Необходимость такого смещения диктуется прежде всего энергетическими показателями автогенератора. Наиболее экономичный режим работы генератора может быть обеспечен, если транзистор работает с отсечкой выходного тока. Для обеспечения такого режима в биполярном транзисторе рабочая точка должна располагаться на ВАХ, вблизи области отсечки. Однако при этом крутизна транзистора в рабочей точке уменьшается, а следовательно, уменьшается и коэффициент усиления для сигналов малой амплитуды. В результате при включении генератора может не выполниться амплитудное условие возбуждения. Для того чтобы возбудить генератор требуется либо существенно увеличить глубину ОС, либо "раскачивать" генератор, используя внешний источник возбуждения. Этот случай относится к так называемому жесткому возбуждению автогенератора. Если положение рабочей точки транзистора соответствует работе с высокой крутизной, то амплитудное условие самовозбуждения легко реализуется. Такой режим самовозбуждения называют мягким.


81. Для генератора синусоидальных колебаний сформулировать условно баланса фаз и амплитуд и привести пример принципиальной схемы.

Электронные цепи, в кот. периодические изменения напряжения и тока возникают без приложения к ним дополнительного периодического сигнала, называют автономными колебательными цепями, а устройства, выполненные на их основе,- генераторами колебаний соответствующей формы. Эти цепи следует рассматривать как преобразователи энергии источника питания постоянного в энергию периодических электрических колебаний. Генераторы синусоидальных колебаний классифицируют по типу колебательной системы и подразделяют: LC-автогенераторы; RC-автогенераторы; генераторы с кварцевой стабилизацией частоты; генераторы с электромеханическими резонансными системами стабилизации частоты.






Схема RC-генератора с мостом Вина в цепи положительной обратной связи. Условие баланса фаз выполняется на частоте w0( wo=1/(rc). Баланс амплитуд (=1) обеспечивается за счет цепи отрицательной обратной связи, состоящей из резисторов R3 и R4. В реиме установившейся амплитуды коэффициент усиления напряжения, поданного на неинвертирующий вход,

Роль резистора R4 выполняет маломощная лампа накаливания, представляющая собой терморезистор, сопротивление которого увеличивается по мере его нагрева. При включении такого автогенератора и холодном терморезисторе , что обеспечивает стабильность самовозбуждения схемы. С ростом амплитуды и нагрева терморезистора R4 током, протекающим через него, глубина ОС увеличивается до выполнения условия =1. Такая инерционная отрицательная ОС позволяет стабилизировать амплитуду выходного напряжения и практически не искажает формы колебаний автогенератора. RC-генераторы, выполненные по этой схеме, успешно работают в полосе частот 1Гц-200кГц. Коэффициент гармоник при тщательной настройке около 0.5%. Перестройку частоты можно выполнить в широких пределах путем одновременного изменения резисторов R1, R2.


82. Как стабилизировать частоту генерируемых колебаний в генераторах?

Чтобы стабилизировать частоту генерируемых колебаний используют фазосдвигающую цепь, имеющую лестничную структуру.




Она вносит 180-градусный сдвиг на частоте автоколебаний. Ее подключают к инвертирующему входу ОУ и получают .




Резистор R3 выполняет функцию частотно-независимой отрицательной ОС, снижающей коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление. Частоту автоколебаний определяют с помощью уравнения



Для стабилизации амплитуды в данной схеме использована безынерционная дополнительная отрицательная ОС.


83. Что нужно предпринять в генераторе гармонического сигнала, чтобы уменьшить коэффициент гармоник?

Если в генераторе гармонического сигнала уменьшить коэффициент гармоник, то для выполнения условия баланса амплитуд надо значительно увеличить глубину обратной связи.

Кг_ос= Кг/(1-bKг), где b-коэф обратной связи

84. На операционном усилителе построены генераторы синусоидальных колебаний и прямоугольных импульсов. Сопоставить выполнение баланса фаз и амплитуд в обоих случаях.






Тут смысл такой: UR2 >UC. Таким образом генератор будет перегружен и первое условие в балансе фаз/амплитуд (см 1) будет больше 1. Из-за этого произойдет провал.


85. Как в генераторе прямоугольных импульсов можно управлять длительностью полупериодов выходного сигнала? Привести примеры схем?





Меняя соотношения сопротивлений получим необходимые полупериоды.






В мультивибраторе два состояния неустойчивого равновесия обес-
печиваются резисторной положительной обратной связью между выходом
и неинвертирующим входом за счет делителя R2 R3 .Переключение

схемы осуществляется за счет изменения напряжения , на
инвертирующем входе операционного усилителя.

, где

Возбуждение колебаний в данной схеме является мягким.

86. Какие сигналы генерирует ждущий генератор? Чем определяется частота, форма и амплитуда выходного сигнала генератора? Привести пример схемы.

Генератор ждущих импульсов генерирует одиночные колебания под действием внешних запускающих импульсов.



Форма зависит от того перегрузим ли мы генератор или нет: перегрузим - прямоугольные выходные импульсы, а если не будем перегружать, то гармонические.

Частота зависит от того, успевает ли он срабатывать если подавать запускающие импульсы высокой частоты. Амплитуда определяется питанием усилителя.

87. Каким образом строятся генераторы линейно изменяющегося напряжения. Привести пример такого генератора.

Пилообразные импульсы имеют форму:



Важно, чтобы прямой ход был линейным.

Принцип получения пилообразного напряжения зключается в медленном заряде (или разряде) кондера через большое сопротивление во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое сопротивление во время обратного хода. В упрощенном виде это показано на рисунке 3.


Рис. 3 - Принцип получения пилообразного напряжения


88. Как следует подключать нагрузку к генератору пилообразного напряжения, чтобы она не оказывала влияние на линейность выходного сигнала?

Относительно напряжения на конденсаторе Соос (Uвых2) схема является генератором пилообразного напряжения. Использование в данной схеме операционного усилителя позволяет подключать нагрузку к выходу 2таким образом, чтобы она не оказывала влияния на линейность выходного сигнала.( Нагрузку нужно подключать через буферный стоковый повторитель, он обладает высоким сопротивлением и тау=CR будет высокая вне зависимости от величины нагрузки.)








0016763391033916.html
0016874134856790.html
0016927752233266.html
0017016403941778.html
0017114626869775.html