Генератор сигналів

1. Генератори гармонійних коливань [ правити | правити код ]
2. фазовий аналіз генератора Мейснера [ правити | правити код ]
3. Фазовий аналіз LC-генератора з СR позитивним зворотним зв'язком [ правити | правити код ]

Наша сеть партнеров Banwar

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

• За формою вихідного сигналу:

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

• За частотного діапазону:
  • низькочастотні
  • високочастотні
• За принципом роботи:
• За призначенням:

Більшість генераторів є перетворювачами постійного струму в змінний струм. Малопотужні генератори будують на однотактний підсилювальних каскадах. Більш потужні однофазні генератори будують на двотактних (полумостового) підсилюючих 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 по чотиритактний (полномостовой) схемою, яка дозволяє приблизно ще вдвічі збільшити потужність генератора. Ще більшу потужність мають двофазні і трифазні двотактні (полумостового) і чотиритактні (полномостовие) генератори.

Генератори гармонійних коливань [ правити | правити код ]

Генератор гармонійних коливань є підсилювач з позитивним зворотним зв'язком. Термін позитивний зворотний зв'язок означає, що фазовий зсув в петлі зворотного зв'язку близький до 2 π {\ displaystyle 2 \ pi} , Т. Е. Ланцюг зворотного зв'язку з цим не інвертує сигнал.

Необхідними умовами для виникнення гармонійних незгасаючих коливань з малими спотвореннями синусоїди є:

1. петлевий зсув фази дорівнює 360 °,
2. зворотний зв'язок резонансна або квазірезонансного, як, наприклад, в генераторі з мостом Вина, або сам підсилювач є частотноізбірательним (резонансним).
3. петлеве посилення точно дорівнює 1,
4. робоча точка підсилювального каскаду перебуває на його лінійному або приблизно лінійній ділянці.

Пояснення необхідності 2-го і 3-го умов.

Якщо петлеве посилення нижче 1 - то коливання загасають. Якщо петлеве посилення більше 1 - то коливання наростають до фізичного обмеження, так, амплітуда вихідної напруги підсилювача не може бути більше напруги живлення [4] , При такому обмеженні форма синусоїдального напруги спотворюється.

Прикладом структур з позитивним зворотним зв'язком може служити мультивибратор , Або інші релаксаційні генератори, але в таких схемах застосовані частотно-вибіркові зворотні зв'язки і підсилювачі, тому що генеруються ними коливання далекі від синусоїдальних.

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

В 1913 році Олександр Мейснер (Німеччина) винайшов електронний генератор Мейснера на ламповому каскаді з загальним катодом з коливальним контуром у вихідний (анодної) ланцюга з трансформаторної позитивним зворотним зв'язком на сітку. [5]

В 1914 році Едвін Армстронг (США) запатентував електронний генератор на ламповому каскаді з загальним катодом з коливальним контуром у вхідній (гратчастої) ланцюга з трансформаторної позитивним зворотним зв'язком на сітку.

В 1915 році американський інженер з Western Electric Company Ральф Хартлі , Розробив лампову схему відому як генератор Хартлі , Відому також як індуктивна триточкова схема ( «індуктивна трехточка»). На відміну від схеми А. Мейсснера, в ній використано автотрансформаторное включення контуру. Робоча частота такого генератора зазвичай вище резонансної частоти контуру.

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

В 1932 році американець Гаррі Найквіст розробив теорію стійкості підсилювачів , Яка також може бути застосована і для опису стійкості генераторів. ( Критерій стійкості Найквіста-Михайлова ).

Пізніше було винайдено безліч інших електронних генераторів.

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

фазовий аналіз генератора Мейснера [ правити | правити код ]

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 згодному включенні обмоток, зрушує фазу ще на приблизно 180 °. сумарний петлевий зсув 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. У транзисторної техніки каскаду з загальним катодом відповідає каскад із загальним емітером.

Фазовий аналіз LC-генератора з СR позитивним зворотним зв'язком [ правити | правити код ]

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, яка 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. При оптимально розрахованому місткості делителе запас стійкості по фазі становить менше 30 °.

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

Якщо в «ємнісний трехточка» 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 контуру без додаткового перекосу фази через два симетричних відводу від котушки індуктивності. Такий генератор випромінює одну частоту і має найбільший запас стійкості по фазі (± 90 °).

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

• Пристрої зв'язку - радіоприймачі ( гетеродин в супергетеродинних радіоприймачах ), телевізійні приймачі , мобільні телефони , Приймач, апаратура передачі даних та ін.
• цифрова і обчислювальна техніка обов'язково містить тактовий генератор .
• Імпульсні джерела живлення , інвертори , джерела безперебійного електроживлення .
• Вимірювальні прилади - осцилографи , вимірювальні вольтметри , амперметри та ін.
• Медичне обладнання - електрокардіографи , томографи , Рентгенографія, електронні тонометри , Апарати для ультразвукового дослідження ( УЗД ), Фізіотерапевтичні прилади та ін.
• ехолоти .
• Побутова техніка - програмовані пральні машини , СВЧ-печі , посудомийні машини та ін.

Пристрої, що мають в своєму складі генератор сигналів, потенційно здатні створювати електромагнітні перешкоди для інших електронних пристроїв, тому при їх розробці та експлуатації доводиться враховувати питання електромагнітної сумісності .

• Шамшин І. Г., Історія технічних засобів комунікації. Учеб. посібник., 2003. Далекосхідний Державний Технічний Університет.