Краткие теоретические сведения
Генератором электрических колебаний называется устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока заданной частоты и формы. В зависимости от формы выходного напряжения различают: генераторы гармонических (синусоидальных) колебаний и генераторы негармонических колебаний (импульсные или релаксационные генераторы). Кроме формы и частоты генераторы также различаются по выходной мощности, типу используемого активного элемента , виду частотно-избирательной цепи обратной связи . Генераторы могут работать в двух режимах: режиме автоколебаний и ждущем режиме. В первом случае колебания возникают сразу в момент включения источника питания. Такие генераторы получили название автогенераторов. Во втором случае для возникновения колебаний на вход генератора необходимо подать специальный запускающий импульс. В принципе генератор можно получить, охватив электронный усилитель с коэффициентом усиления Ku цепью положительной обратной связи с коэффициентом передачи напряжения b ( см. рис. 6.1 ) . Вследствие различных нестационарных процессов (например заряд и разряд емкостей, переходные процессы в активных элементах и т. д.) в схеме возникают электрические колебания. Напряжение, снимаемое с выхода звена обратной связи и подаваемое на вход усилителя
Uос=Uвх= bUвых , (6.1) напряжение на выходе генератора
Uвых =Ku Uос , (6.2)
или, с учетом выражения (6.1), Uвых = Ku bUвых , (6.3)
39
Рис. 6.1. Обобщенная структурная схема генератора
Очевидно, что установившиеся колебания будут существовать в схеме при условии, что
Ku b=1 , (6.4)
Если Kub < 1, то колебания будут затухать, а если Kub > 1, то они будут непрерывно возрастать. Условие (6.4) можно записать следующим образом :
Kub exp [ j ( f k +f b ) ] = 1 , (6.5)
Процесс самовозбуждения генератора, описываемый выражением (6.5), можно представить в следующем виде :
ì Ku b=1 , (6.6) î f k +f b = 2pn (где n = 0, 1, 2...) . (6.7)
Выражение (6.6) получило название баланса амплитуд, а выражение (6.7) - баланса фаз. Первое - означает, что потери, вносимые звеном обратной связи, должны компенсироваться усилителем, а второе - указывает на необходимую величину фазового сдвига в замкнутой цепи. На рис. 6.2 представлена схема генератора гармонических колебаний, которая получила название генератор Колпитца по фамилии её создателя, или емкостная трёхточка , как чаще принято в отечественной литературе. Времязадающим звеном данной схемы является колебательный LC - контур,
40 состоящий из индуктивности L и емкостного делителя C1-C2.
Ошибка! Ошибка связи. Рис. 6.2. Схема генератора Колпитца (емкостная трёхточка)
Точка А контура подключена к выходу генератора (коллектор транзистораVT), а точка С - к его входу (база транзистора). Таким образом имеет место цепь обратной связи. Транзистор в генераторе включен по схеме ОЭ, которая, как известно, вносит фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами 180 о. Для выполнения условия баланса фаз средняя точка между конденсаторами В подсоединяется к общей шине, и за счет этого в сигнал обратной связи вносится дополнительный фазовый сдвиг 180 о (обратите внимание на знак заряда обкладок конденсаторов). Условие баланса амплитуд выполняется за счет усилительных свойств транзистора. Схема генерирует колебания синусоидальной формы с периодом
, (6.8)
Среди генераторов релаксационных колебаний наибольшее распространение получила схема мультивибратора, которая генерирует импульсы практически прямоугольной формы. Рассмотрим устройство и принцип работы мультивибратора в автоколебательном режиме. Для этого необходимо обратиться к схеме мультивибратора и эпюрам напряжений, которые представлены на рис.6.3 и 6.4, соответственно.
41 Ошибка! Ошибка связи.
Рис. 6.3. Схема мультивибратора
Мультивибратор представляет собой два усилительных каскада (плеча), у которых выход одного связан с входом другого посредством RбС цепочек. В том случае, если оба плеча мультивибратора собраны из однотипных элементов, то его называют симметричным, в противном случае - несимметричным. Допустим, что оба плеча мультивибратора одинаковы. Подключим схему к источнику питания Ek ( полярность соответствует транзисторам p-n-p структуры ). В первый момент токи и напряжения в схеме окажутся одинаковыми:
ik1 = ik2 ; Uбэ1 = Uбэ2 ; Uкэ1 = Uкэ2 ; Uс1 = Uс2 ,
Однако такое состояние не может быть устойчивым, так как в схеме всегда имеются дестабилизирующие факторы. Допустим, например, что вследствие неравномерности диффузии дырок в базу ток коллектора транзистора VT1 ik1 несколько увеличился по сравнению с током ik2 . Это означает, что потенциал коллектора VT1 станет по отношению к “земле” несколько менее отрицательным (Duкэ1 = -Eк + Diк1×Rк1) , или иначе он получит небольшое положительное приращение. Этот скачок напряжения через конденсатор C1, который не успевает зарядиться за столь малое время, передается на базу VT2 и несколько подзапирает его. Коллекторный ток iк2 начинает уменьшаться, уменьшая потенциал коллектора. Этот отрицательный скачок напряжения через C2 подается на базу VT1, дополнительно открывая его и увеличивая ток iк
42 Процесс носит скачкообразный характер. Он происходит в течение десятых долей микросекунды и приводит к тому, что транзистор VT1 оказывается насыщен (открыт), а транзистор VT2 заперт. Для того чтобы лучше понять , что происходит в схеме дальше, обратимся к эпюрам напряжений, представленных на рис. 6.4.
Рис. 6.4. Эпюры напряжений на базах и коллекторах транзисторов мультивибратора
Начальному моменту (t0 ) соответствует следующее состояние:
Uбэ1 @ 0 Uкэ1 @ 0 (VT1- насыщен), Uбэ2 @ 0 Uкэ1 @ 0 (VT2- заперт).
Конденсатор C1 заряжен до напряжения @ | E к | в предыдущем цикле с полярностью, как это указано на рис. 6.3 . Поскольку VT1 насыщен, то это напряжение приложено между базой и эмиттером VT2. По причине насыщения VT1, а также из-за того, что конденсатор C2 разряжен, в
43 начальный момент напряжение на коллекторе VT2 близко к нулю. До момента t1 в схеме протекают сравнительно медленные процессы. Конденсатор C2 заряжается по следующей цепи: + Eк (“земля”) Þ открытый эмиттерный переход VT1 Þ C2 Þ Rк2 Þ - Eк с постоянной времени tф @ Rк2С2 до напряжения @ Eк. По мере того, как конденсатор заряжается, напряжение Uк2 также постепенно достигает указанного напряжения. В это время конденсатор C1 разряжается по цепи: + Eк (“земля”) Þ открытый транзистор VT1 Þ C1 Þ Rб2 Þ - Eк с постоянной времени t @ R б C . В момент времени t1 напряжение на базе VT2 достигает 0 уровня и он мгновенно отпирается. Положительное (по отношению к базе) напряжение конденсатора C2 оказывается приложенным к VT1 и он запирается. Далее процессы повторяются, и мультивибратор устойчиво генерирует близкие к прямоугольной форме импульсы с амплитудой @ E к и длительностью tи @ 0.7 R б C , (6.9)
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (180)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |