Elektronski generatori

Generatori su elektronički uređaji koji pretvaraju energiju izvora istosmjerne struje u energiju izmjenične struje (elektromagnetske oscilacije) različitih oblika potrebne frekvencije i snage.

Elektronički generatori koji se koriste u radiodifuziji, medicini, radaru, dio su analogno-digitalnih pretvarača, mikroprocesorskih sustava itd.

Nijedan elektronički sustav nije potpun bez unutarnjih ili vanjskih generatora koji određuju tempo njegovog rada. Osnovni zahtjevi za generatore — stabilnost frekvencije vibracija i mogućnost uklanjanja signala iz njih za daljnju uporabu.

Klasifikacija elektroničkih generatora:

1) prema obliku izlaznih signala:

— sinusoidalni signali;

— pravokutni signali (multivibratori);

— linearno promjenjivi naponski signali (CLAY) ili se nazivaju i pilasti generatori napona;

— signali posebnog oblika.

2) od frekvencije generiranih oscilacija (uvjetno):

— niske frekvencije (do 100 kHz);

— visoke frekvencije (iznad 100 kHz).

3) metodom uzbude:

— s neovisnom (vanjskom) pobudom;

— sa samouzbudom (autogeneratori).

Autogenerator — samouzbuđeni generator, bez vanjskog utjecaja, koji pretvara energiju izvora energije u kontinuiranu vibraciju, na primjer, vibrirajući krug.

Slika 1 — Blok dijagram generatora

Krugovi elektroničkih generatora (slika 1) izgrađeni su prema istim shemama kao i pojačala, samo generatori nemaju izvor ulaznog signala, zamjenjuje ga pozitivni povratni signal (PIC). Podsjećamo da je povratna veza prijenos dijela izlaznog signala u ulazni krug. Potrebni valni oblik osigurava struktura povratne sprege. Za postavljanje frekvencije osciliranja, OS krugovi su izgrađeni na LC ili RC krugovima (frekvencija određuje vrijeme ponovnog punjenja kondenzatora).

Signal generiran u PIC krugu primjenjuje se na ulaz pojačala, pojačava se za faktor K i šalje na izlaz. U tom se slučaju dio signala s izlaza vraća na ulaz kroz PIC sklop, gdje se prigušuje za faktor K, što će omogućiti održavanje konstantne amplitude izlaznog signala generatora.

Oscilatori s neovisnom vanjskom pobudom (selektivna pojačala) su pojačala snage s pripadajućim parcijalnim opsegom, čiji je ulaz električni signal iz oscilatora. ove. pojačava se samo određeni frekvencijski pojas.

RC generatori

Za stvaranje niskofrekventnih generatora obično se koriste operacijska pojačala, kao što je PIC krug, RC krugovi su instalirani da osiguraju zadanu frekvenciju f0 sinusoidnih oscilacija.

RC sklopovi su frekvencijski filtri—uređaji koji propuštaju signale u određenom frekvencijskom rasponu i ne prolaze u pogrešan raspon.U ovom slučaju, kroz povratnu petlju, pojačalo se vraća na ulaz pojačala, što znači da se pojačava samo određena frekvencija ili frekvencijski pojas.

Slika 2 prikazuje glavne vrste frekvencijskih filtara i njihov frekvencijski odziv (AFC). Frekvencijski odziv pokazuje širinu pojasa filtra kao funkciju frekvencije.

Slika 2 — Vrste frekvencijskih filtara i njihov frekvencijski odziv

Vrste filtera:

— niskopropusni filtri (LPF);

— visokopropusni filtri (HPF);

— propusni pojasni filtri (BPF);

— filtri za blokiranje frekvencije (FSF).

Filtri su karakterizirani graničnom frekvencijom fc iznad ili ispod koje dolazi do oštrog slabljenja signala. Propusni pojasevi i filtri odbijanja također su karakterizirani IFP (RFP non-pass) propusnošću.

Na slici 3 prikazana je shema sinusnog generatora. Potrebni dobitak postavlja se pomoću OOS kruga otpornika R1, R2. U ovom slučaju, PIC sklop je pojasni filtar. Rezonantna frekvencija f0 određena je formulom: f0 = 1 / (2πRC)

Za stabilizaciju frekvencije generiranih oscilacija, kvarcni rezonatori se koriste kao krug za podešavanje frekvencije. Kvarcni rezonator je tanka mineralna ploča postavljena u kvarcni držač. Kao što znate, kvarc ima piezoelektrični učinak, što ga čini mogućim korištenjem kao sustavom ekvivalentnim električnom oscilirajućem krugu koji posjeduje rezonantna svojstva. Rezonantne frekvencije kvarcnih ploča kreću se od nekoliko kiloherca do tisuća MHz s nestabilnošću frekvencije obično reda veličine 10-8 i niže.

Slika 3 — Dijagram RC generatora sinusnog vala

Multivibratori su elektronički generatori kvadratni valni signali.

Multivibrator u većini slučajeva obavlja funkciju glavnog oscilatora koji generira okidačke ulazne impulse za sljedeće čvorove i blokove u impulsnom ili digitalnom akcijskom sustavu.

Slika 4 prikazuje dijagram simetričnog multivibratora temeljenog na IOU. Simetrično — vrijeme impulsa pravokutnog impulsa jednako je vremenu pauze tpauza = tpauza.

IOU je pokriven pozitivnom povratnom spregom — krug R1, R2 koji jednako djeluje na svim frekvencijama. Napon na neskretnom ulazu je konstantan i ovisi o otporu otpornika R1, R2. Ulazni napon multivibratora generira se pomoću OOS kroz RC krug.

Slika 4 — Shema simetričnog multivibratora

Razina izlaznog napona mijenja se od + Usat do -Us i obrnuto.

Ako je izlazni napon Uout = + Usat, kondenzator se puni i napon Uc koji djeluje na invertirajući ulaz raste eksponencijalno (slika 5).

Uz jednakost Un = Uc, doći će do oštre promjene izlaznog napona Uout = -Us, što će dovesti do prekomjernog punjenja kondenzatora. Kada se postigne jednakost -Un = -Uc, stanje Uout će se ponovno promijeniti. Postupak se ponavlja.

Slika 5 — Vremenski dijagrami za rad multivibratora

Promjena vremenske konstante RC kruga rezultira promjenom vrijeme punjenja i pražnjenja kondenzatora, a time i frekvencija titranja multivibratora. Osim toga, frekvencija ovisi o PIC parametrima i određena je formulom: f = 1 / T = 1 / 2t i = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Ako je potrebno dobiti asimetrične pravokutne oscilacije za t i ≠ tp, koriste se asimetrični multivibratori, u kojima se kondenzator puni u različitim krugovima s različitim vremenskim konstantama.

Pojedinačni vibrator (multivibratori na čekanju) dizajnirani su za formiranje pravokutnog naponskog impulsa potrebnog trajanja kada su izloženi kratkom okidačkom impulsu na ulazu. Monovibratori se često nazivaju elektronički releji s vremenskom odgodom.

Postoji više od tehničke literature. naziv one-shot je multivibrator na čekanju.

Monovibrator ima jedno dugotrajno stabilno stanje, ravnotežu u kojoj se nalazi prije primjene okidačkog impulsa. Drugo moguće stanje je privremeno stabilno. U ovo stanje univibrator ulazi pod djelovanjem okidačkog impulsa iu njemu može biti ograničeno vrijeme tv, nakon čega se automatski vraća u početno stanje.

Glavni zahtjevi za jednosmjerne uređaje su stabilnost trajanja izlaznog impulsa i stabilnost njegovog početnog stanja.

Generatori linearnog napona (CLAY) formiraju periodične signale koji linearno variraju (pulsovi zuba pile).

Pilasti impulsi karakterizirani su trajanjem radnog hoda tp, trajanjem povratnog hoda do i amplitudom Um (slika 6, b).

Da bi se stvorila linearna ovisnost napona o vremenu, najčešće se koristi punjenje (ili pražnjenje) kondenzatora konstantnom strujom. Najjednostavnija shema GLINE prikazana je na slici 6, a.

Kada je tranzistor VT zatvoren, kondenzator C2 se puni napajanjem Up kroz otpornik R2. U tom slučaju napon u kondenzatoru, a time i na izlazu, raste linearno.Kada pozitivni impuls stigne na bazu, tranzistor se otvara i kondenzator se brzo prazni kroz svoj mali otpor, što omogućuje brzo smanjenje izlaznog napona na nulu—i obrnuto.

CLAY se koristi u uređajima za skeniranje snopa u CRT-ovima, u analogno-digitalnim pretvaračima (ADC) i drugim uređajima za pretvorbu.

Slika 6 — a) Najjednostavnija shema za nastanak linearno promjenjivog napona b) Vremenski dijagram trionskih impulsa.