Główna O
nas Kontakt Projekty Timer
NE555 ST6 Realizer Historia
Linki
Materiały udostępnione przez
Generatory są to układy elektroniczne wytwarzające
sygnały elektryczne o wartości zmieniającej się w czasie. Generator
przetwarza stałoprądową energię źródła zasilającego w energię zmiennego
sygnału wyjściowego. Kształt sygnału wyjściowego generatora jest zależny
od jego budowy. Może to być sygnał okresowy o przebiegu sinusoidalnym lub
niesinusoidalnym: prostokątnym, trójkątnym lub liniowym - piłokształtnym.
W układach analogowych najszersze zastosowanie mają generatory przebiegów
sinusoidalnych. Podstawowymi parametrami opisującymi właściwości tych
generatorów są:
- częstotliwość generowanego sygnału i jej
stałość (stabilność częstotliwości);
- amplituda generowanego sygnału i jej stałość
(stabilność amplitudy);
- zniekształcenia generowanego przebiegu
harmonicznego (zawartość harmonicznych w generowanym sygnale).
Generatory przebiegów prostokątnych, nazywane
multiwibratorami, są stosowane w układach przełączających (impulsowych) i
cyfrowych. Istotnymi dla wielu zastosowań parametrami sygnału prostokątnego są:
- częstotliwość powtarzania (lub okres)
generowanych impulsów i jej stałość (dla sygnału okresowego);
- wartość i stałość amplitudy generowanych
impulsów;
- nachylenie zboczy generowanych impulsów określone
ich czasem narastania i opadania;
- czas trwania impulsów.
Przebiegi trójkątne otrzymuje się na ogół przez
odpowiednie kształtowanie (w układzie całkującym) przebiegów prostokątnych,
przebiegi liniowe, piłokształtne są natomiast wytwarzane w układach o
odpowiedniej konstrukcji, w której wykorzystuje się proces ładowania i rozładowania
kondensatora. Generatory takie są nazywane generatorami relaksacyjnymi.
Określenie "generator" dotyczy więc dużej grupy układów różniących
się budową, przeznaczeniem i parametrami generowanych sygnałów. Pod względem
budowy i zasady działania rozróżnia się trzy podstawowe rodzaje generatorów:
- generatory, w których jest wykorzystywane
zjawisko niestabilności wzmacniacza objętego pętlą dodatniego sprzężenia
zwrotnego;
- generatory z elementami aktywnymi
charakteryzującymi się ujemną rezystancją dynamiczną;
- generatory, w których jest wykorzystywane
zjawisko cyklicznego ładowania i rozładowania kondensatora przez element
kluczujący (np. tranzystor jednozłączowy), po osiągnięciu przez
kondensator pewnych progowych wartości napięcia.
Przedstawiony powyżej schemat jest ogólnym schematem blokowym generatora
z pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego. Układ generatora zawiera
wzmacniacz o wzmocnieniu AO, obwód ustalający częstotliwość
drgań oraz pętlę sprzężenia zwrotnego, przez którą część sygnału wyjściowego
wzmacniacza jest podawana zwrotnie na jego wejście tak, że przesunięcie
fazowe między sygnałem wejściowym a wyjściowym wzmacniacza jest równe 0°
(360°). W takim układzie sprzężenie zwrotne jest dodatnie i wzmocnienie
wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym, wynoszącym:
dąży do nieskończoności, gdy AO
=> 1. Wzmacniacz staje się układem niestabilnym i generuje sygnał
sinusoidalny o częstotliwości, dla której są spełnione jednocześnie dwa
warunki, tzn.:
- warunek fazy, czyli zgodności fazy sygnałów
na wejściu i wyjściu wzmacniacza;
- warunek amplitudy, czyli takiej wartości współczynnika
,
że UO = UO/AO
(oznacza to, że wzmocnienie pętli sprzężenia zwrotnego AO
= 1).
Warunek fazy może być spełniony dla określonej
częstotliwości, jeżeli wzmacniacz przesuwa fazę o 0° (360°), a pętla sprzężenia
zwrotnego nie wnosi dla tej częstotliwości przesunięcia fazowego lub wówczas,
gdy wzmacniacz przesuwa fazę o 180° (np. jednostopniowy wzmacniacz w
konfiguracji WE), a przesunięcie fazy o dalsze 180° następuje dla określonej
częstotliwości w obwodzie sprzężenia zwrotnego. W celu zapewnienia przy określonej
częstotliwości odpowiedniego przesunięcia fazowego (0° lub 180°), w pętli
sprzężeń zwrotnego stosuje się obwody rezonansowe LC, przesuwniki fazy lub
filtry RC oraz rezonatory kwarcowe.
W generatorach z ujemną rezystancją dynamiczną są wykorzystywane
drgania własne obwodu rezonansowego LC, którego rezystancja strat (rezystancja
szeregowa indukcyjności i rezystancja obciążenia) jest kompensowana
rezystancją ujemną elementu aktywnego (np. diody tunelowej). Schemat zastępczy
generatora z ujemną rezystancją przedstawiono na poniższym rysunku:
Gdy wartość rezystancji ujemnej Rn, spełnia
warunek Rn = -L/(RC), wówczas w odtłumionym (bezstratnym) układzie
rezonansowym powstają niegasnące drgania o pulsacji:
Generatory takie są stosowane głównie w zakresie wielkich częstotliwości.
Na rysunku poniżej wyjaśniono działanie generatora, w którym do wytworzenia
drgań jest wykorzystane zjawisko ładowania i rozładowania kondensatora.
Gdy element kluczujący KL jest rozwarty (ma dużą rezystancję), wówczas
kondensator C jest ładowany przez rezystor R prądem ze źródła
zasilania UZZ. Napięcie na kondensatorze narasta wykładniczo
ze stałą czasową RC, i gdy osiągnie wartość UC2
element kluczujący KL zwiera się (przyjmuje bardzo małą rezystancję). Następuje
wówczas raptowne rozładowanie kondensatora przez element KL. Napięcie na
kondensatorze maleje ze stałą czasową zależną od rezystancji klucza KL (dużo
mniejszą od RC) do wartości UC1, przy której klucz
KL rozwiera się. Następuje ponowne ładowanie kondensatora i proces ten
powtarza się dopóty, dopóki jest włączone napięcie zasilające UZZ.
Taka zasada generowania sygnału zmiennego jest wykorzystywana w generatorach
przebiegów niesinusoidalnych, zwanych generatorami relaksacyjnymi. Jako
elementy kluczujące są stosowane np. tranzystory jednozłączowe, diody
tunelowe, tyrystory, a także tranzystory bipolarne w układach z dodatnim sprzężeniem
zwrotnym.
Generatory relaksacyjne wytwarzają przebiegi niesinusoidalne, np. prostokątne,
trójkątne, piłokształtne, a więc przebiegi okresowe o dużej zawartości
harmonicznych częstotliwości podstawowej. Ich zasada działania jest oparta na
zjawisku cyklicznego ładowania i rozładowania kondensatora, wspomaganym często
silnym dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Częstotliwość generowanych sygnałów
jest określona stałymi czasowymi ładowania i rozładowania kondensatora.
Na rysunkach poniżej przedstawiono praktyczny układ generatora, w którym
funkcję elementu kluczującego pełni tranzystor jednozłączowy. Ładowany
i rozładowywany jest kondensator CE. Po włączeniu zasilania
kondensator jest ładowany przez rezystor RE. Napięcie na
kondensatorze narasta wykładniczo ze stałą czasową RECE.
Gdy napięcie na kondensatorze osiągnie wartość UC2 równą
wartości napięcia przełączania tranzystora (Up), wówczas
tranzystor wchodzi raptownie w stan przewodzenia i następuje szybkie rozładowanie
kondensatora w obwodzie emiter-baza (E-B), przez małą rezystancję RB.
Po rozładowaniu kondensatora do napięcia UC1, przy którym złącze
E-B, uzyskuje polaryzację zaporową, tranzystor przechodzi w stan
nieprzewodzenia i cykl ładowania powtarza się. Jeżeli REłRB,
to czas ładowania kondensatora jest dużo większy od czasu jego rozładowania.
Na emiterze tranzystora uzyskuje się więc piłokształtny przebieg napięcia o
okresie T zależnym głównie od czasu ładowania kondensatora. Jeżeli
przyjmiemy UC1 w przybliżeniu równe 0 i Up
= 0,63 UBB, to częstotliwość f przebiegu jest w
przybliżeniu określona wzorem: Ponieważ
dla danego tranzystora jednozłączowego stosunek Up/UBB
jest prawie stały (wynosi zwykle 0,5 do 0,7), zatem przez zmianę napięcia (UBB
jest zmieniana głównie amplituda generowanego sygnału.