Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Генератор сигналів



План:


Введення

Генератор сигналів - це пристрій, що дозволяє отримувати сигнал певної природи (електричний, акустичний або інший), що має задані характеристики (форму, енергетичні чи статистичні характеристики і т. д.). Генератори широко використовуються для перетворення сигналів, для вимірювань і в інших областях. Складається з джерела (пристрої з самозбудженням, наприклад підсилювача охопленого ланцюгом позитивного зворотного зв'язку) і формувача (наприклад, електричного фільтра)


1. Генератори електричних коливань

Існують також генератори більш складних сигналів, таких, як телевізійна випробувальна таблиця

Більшість генераторів є перетворювачами постійного струму в змінний струм. Малопотужні генератори будують на однотактний підсилювальних каскадах. Більш потужні однофазні генератори будують на двотактних (полумостовим) підсилювальних каскадах, які мають більший ККД і дозволяють на транзисторах тієї ж потужності побудувати генератор з приблизно вдвічі більшою потужністю. Однофазні генератори ще більшої потужності будують за чотиритактної (полномостовой) схемою, яка дозволяє приблизно ще вдвічі збільшити потужність генератора. Ще більшу потужність мають двофазні і трифазні двотактні (полумостовим) і чотиритактні (полномостовие) генератори.


1.1. Генератори гармонійних коливань

Блок схема генератора

Генератор (виробник) гармонійних коливань є підсилювач з позитивним зворотним зв'язком. Підсилювач з негативним зворотним зв'язком є дискримінатор (заглушувачів, активним фільтром). Підсилювач генератора може бути як однокаскадні, так і багатокаскадні.

Типовий графік залежності амплітуди вихідного сигналу генератора від частоти
LC-генератор з перехресними зв'язками на кільці з двох інверторів

Ланцюги позитивного зворотного зв'язку виконують дві функції: зсув сигналу по фазі для отримання петлевого зсуву близького до n * 2π і фільтра, що пропускає потрібну частоту. Функції зсуву фази і фільтра можуть бути розподілені на дві складові частини генератора - на підсилювач і на ланцюгу позитивного зворотного зв'язку або цілком покладено на ланцюзі позитивного зворотного зв'язку. У ланцюзі позитивного зворотного зв'язку можуть стояти підсилювачі.

Необхідними умовами для виникнення гармонійних незгасаючих коливань є:
1. петлевий зсув фази рівний n * 360 90 ,
2. петлеве посилення> 1,
3. робоча точка підсилювального каскаду в середині діапазону вхідних значень.
Необхідність третьої умови.
Петлевий зсув фази і в тригері і в генераторі дорівнює близько 360 . Петлеве посилення в тригері майже вдвічі більше, ніж в генераторі, але тригер не генерує, так як робітники точки каскадів в тригері зміщені на краю діапазону вхідних значень і ці стани в тригері стійкі, а стан з середньою величиною вхідних значень - нестійка. Такий характеристикою володіє компаратор.
У гармонійному генераторі середній стан стійке, а відхилення від середнього стану нестійкі.


2. Історія

В 1887 Генріх Герц на основі котушки Румкорфа винайшов і побудував іскровий генератор електромагнітних хвиль.

В 1913 Олександр Мейснер (Німеччина) винайшов електронний генератор Мейснера на ламповому каскаді зі спільним катодом з коливальним контуром у вихідний (анодної) ланцюга з трансформаторної позитивним зворотним зв'язком на сітку. [4]

В 1914 Едвін Армстронг (США) запатентував електронний генератор на ламповому каскаді зі спільним катодом з коливальним контуром у вхідний (сіткової) ланцюга з трансформаторної позитивним зворотним зв'язком на сітку.

В 1915 американський інженер з Western Electric Company Ральф Хартлі, розробив лампову схему відому як генератор Хартлі, відому також як індуктивна трехточечная схема ("індуктивна трехточка"). На відміну від схеми А. Мейсснера, в ній використано автотрансформаторное включення контуру. Робоча частота такого генератора звичайно вище резонансної частоти контуру.

В 1919 Едвін Колпітц винайшов генератор Колпітца на електронній лампі з підключенням до коливального контуру через ємнісний дільник напруги, часто званий "емкостная трехточка".

В 1932 американець Гаррі Найквіст розробив теорію стійкості підсилювачів, яка також застосовна і для опису стійкості генераторів. ( Критерій стійкості Найквіста-Михайлова).

Пізніше було винайдено безліч інших електронних генераторів.


3. Стійкість генераторів

Стійкість генераторів складається з двох складових: стійкість підсилювального каскаду по постійному струму і стійкість генератора по змінному струму.

3.1. Фазовий аналіз генератора Мейснера

Генератори "індуктивна трехточка" і "емкостная трехточка" можуть бути побудовані як на инвертирующих каскадах (із загальним катодом, із загальним емітером), так і на неінвертуючий каскадах (із загальною сіткою, із загальним анодом, із загальною базою, із загальним колектором).

Каскад із загальним катодом (із загальним емітером) зрушує фазу вхідного сигналу на 180 . Трансформатор, при узгодженому включенні обмоток, зрушує фазу ще на приблизно 180 . Сумарний петлевий зрушення фази становить приблизно 360 . Запас стійкості по фазі максимальний і дорівнює майже 90 . Таким чином генератор Мейснера відноситься, з точки зору теорії автоматичного управління (ТАУ), до майже ідеальним генераторам. В транзисторної техніки каскаду з загальним катодом відповідає каскад із загальним емітером.


3.2. Фазовий аналіз LC-генератора з СR позитивним зворотним зв'язком

Colpitts ob.jpg
Fazowaja diagramma2.jpg

LC-генератори на каскаді з загальною базою найбільш високочастотні, застосовуються в селекторах каналів майже всіх телевізорів, в гетеродина УКВ приймачів. Для гальванічної розв'язки в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку з колектора на емітер варто CR-ланцюжок, який зрушує фазу на 60 . Генератор працює, але не на частоті вільних коливань контуру, а на частоті вимушених коливань, через це генератор випромінює дві частоти: велику - на частоті вимушених коливань і меншу на частоті вільних коливань контуру. При першій ітерації дві частоти утворюють чотири: дві вихідні і дві суммарноразностние. При другій ітерації чотири частоти виробляють ще більше число суммарноразностних частот. В результаті, при великому числі ітерацій виходить цілий спектр частот, який в приймачах змішується з вхідним сигналом і утворює ще більше число суммарноразностних частот. Потім все це подається в блок обробки сигналу. Крім цього, запас стійкості роботи по фазі цього генератора становить +30 . Щоб зменшити шунтування контуру каскадом застосовують часткове включення контуру через ємнісний дільник, але при цьому відбувається додатковий перекіс фази. При однакових ємностях додатковий перекіс фази становить 45 . Сумарний петлевий зсув фази 60 +45 = 105 виявляється більше 90 і пристрій потрапляє з області генераторів в область дискримінаторів, генерація зривається. Існує ряд формул для визначення ємностей дільника, щоб не зірвалася генерація, але запас стійкості по фазі становить менше 30 , що образно схоже на корабель пливе з креном 60 і більше градусів.

Генератор Мейснера на каскаді з загальною базою, з частковим включенням контура без перекосу фази.

Meisner bez perekosa fazy.jpg
Fazowaja diagramma1.jpg

Якщо в "ємнісний трехточкі" на каскаді з загальною базою в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку замість CR-ланцюжка включити трансформатор із зустрічним включенням обмоток, то петлевий зсув фази складе близько 360 . Генератор стане майже ідеальним. Щоб зменшити шунтування контуру каскадом і не внести додаткового перекосу фази, потрібно застосувати часткове включення контура без додаткового перекосу фази через два симетричних відводу від котушки індуктивності. Такий генератор буде випромінювати одну частоту, тобто буде подібний монохроматора в оптиці, і буде мати найбільший запас стійкості по фазі ( 90 ), що образно схоже на корабель пливе без крену.


4. Застосування

Далеко не повний список пристроїв, в яких застосовуються генератори сигналів:


Примітки

  1. http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm - logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2 / 2-8/2-8-1/2-8-1.htm На ріс.8.1.а) зображений генератор Мейснера, а не генератор Хартлея
  2. http://radiomaster.ru/stati/radio/gen.php - radiomaster.ru / stati / radio / gen.php рис.1.7 RC-генератор на транзисторі. Рис.1.8 RC-генератор з мостом Вина.
  3. http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm - logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2 / 2-8/2-8-1/2-8-1.htm Ріс.8.9. RC-генератор з триланкової фазосдвигающей ланцюжком (а) і осцилограма вихідного сигналу (б)
  4. http://historic.ru/books/item/f00/s00/z0000027/st054.shtml - historic.ru/books/item/f00/s00/z0000027/st054.shtml Радіотехніка та радіофізика

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Обробка сигналів
Цифрова обробка сигналів
Міжнародний звід сигналів
Аналогова обробка сигналів
Квантування (обробка сигналів)
Прапори міжнародного зводу сигналів
Генератор
Прапори військово-морського Зводу сигналів СРСР
Кварцовий генератор
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru