Меню

Что такое генератор синусоидальных колебаний

Генераторы синусоидальных и несинусоидальных колебаний.

Генераторы синусоидальных колебаний.

T ремя основными типами электронных генераторов сигналов синусоидальной формы являются LC генераторы, кварцевые генераторы и RC генераторы.
LC генераторы используют колебательный контур из конденсатора и катушки индуктивности, соедененных либо параллельно, либо последовательно, параметры которых определяют частоту колебаний. LC генераторы используют в основном, в диапазоне радиочастот. На низких(звуковых) частотах удобнее применять RC генераторы, в которых для задания частоты колебаний используются резистивно — емкостная цепь.

LC генераторы синусоидальных колебаний.

Основными типами LC генераторов являются генератор Хартли и генератор Колпитца.

Генератор Хартли.

В генераторе Хартли, или как еще называют эту схему — индуктивной трехточке положительная обратная связь, необходимая для возникновения колебаний берется с отвода катушки индуктивности(L1 — L2) колебательного контура.

Генератор Колпитца.

В генераторе Колпитца (емкостной трехточке) положительная обратная связь снимается с средней точки составной емкости(C1 — C2) колебательного контура. Генератор Колпитца более стабилен, чем генератор Хартли и более часто используется. Когда требуется высокая стабильность, используют кварцевые генераторы.

Кварц — это материал, способный преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот. Если к кристаллу кварца приложить переменное напряжение, он начнет колебаться, в такт с его частотой. Каждый кристалл обладает собственной резонансной частотой, зависящей от его размеров и структуры. Чем ближе частота приложенного напряжения, к резонансной частоте, тем выше интенсивность колебаний. Для изготовления кварцевого резонатора на кристаллическую пластинку кварца наносят металлические электроды.

Схема кварцевого генератора Хартли с параллельной обратной связью.

Кварц включен последовательно в цепь обратной связи. Если частота колебательного контура отклоняется от частоты кварца, волновое сопротивлние(импенданс) кварца увеличивается, уменьшая величину обратной связи с колебательным контуром. Колебательный контур возвращается на частоту кварца.

Генератор Пирса.

Очень популярная схема, поскольку в ней не используются катушки индуктивности.

Верхний предел резонанса кварца составляет 25 МГц. Если необходим стабильный генератор на более высокой частоте используют схему Батлера. Колебательный контур настраивается на частоту кварца или на частоту одной из его нечетных гармоник (третьей или пятой).

RC генераторы синусоидальных колебаний.

RC генераторы используют для задания частоты резисивно — емкостную связь. Основные два вида генераторов синусоидальных колебаний это: генератор с фазосдвигающей цепью и генератор на основе моста Вина. Генератор с фазосдвигающей цепью — это обычный усилитель с фазосдвигающей цепью обратной связи. На комбинации цепочек имеют место потери мощности, поэтому транзистор должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления.

Частота генератора рассчитывается по формуле.

R в этой формуле — значения сопротивлений R1,R2, (они одинаковые). C — это соответственно, любое из значений емкости С1 или С2 (также одинаковые)

Генератор на основе моста Вина – двухкаскадный усилитель с цепью опережения-запаздывания и делителем напряжения.

Резисторы R1 и R2 одинакового номинала(по сопротивлению), сопротивление резистора R3 примерно вполовину меньше. Емкость конденсаторов C1 и C2 равна, а конденсатора C3 — примерно в два раза больше.
Частота генерируемых колебаний определяется соотношением.

Где C — номинал конденсатора C1(C2), R номинал сопротивления — R1(R2).
При R1,R2 = 10KOm, R3=4,7KOm, C1,C2 =16нФ, C3=33нФ частота равняется, примерно — 1000гц.
Используя сдвоенный переменный резистор (в качестве R1 и R2) можно плавно изменять частоту колебаний в больших пределах.

Генератор синосуидальных колебаний имеющий несколько поддиапазонов, можно получить с помощью несложной коммутационной схемы, с помощью которой можно попеременно подключать конденсаторы различной емкости, в качестве С1, С2 и С3. Подобное устройство может быть очень полезным для радиолюбителя, в частности — для настройки различных усилительных каскадов.

Генераторы несинусоидальных колебаний.

Генераторы несинусоидальных колебаний применятся для создания периодических электрических сигналов произвольной формы – прямоугольной, пилообразной или треугольной формы.

Блокинг – генератор.

Пока конденсатор заряжен — транзистор закрыт. Но конденсатор постепенно разряжается через резистор и запирающее напряжение исчезает. Транзистор начинает приоткрываться — появляется ток в цепи обмотки трансформатора, соответственно на вторичной обмотке возникает напряжение способствуещее лавинообразному открыванию транзистора.
Транзистор переходит в режим насыщения — конденсатор заряжается через переход эмиттер – база, напряжение в вторичной обмотке падает до нуля. Транзистор запирается, после чего процесс повторяется снова и снова.

Очень часто, схему блокинг — генератора используют в различных устройствах, преобразующих постоянный ток в переменный. Это — различные импульсные блоки питания, вариации которых встречаются в современной аппаратуре очень широко. Преобразователи постоянного тока в переменный, с повышением выходного напряжения — являются основой целого ряда устройств, разной степени полезности — от портативного мегаомметра, до карманного электрошокера.

Мультивибратор.

Мультивибратор — генератор импульсов формы близкой к прямоугольной. Его основу составляют два усилительных каскада связанных между собой так, что на вход каждого каскада подается сигнал с выхода другого. Получается, что они по очереди запирают друг друга. Частота зависит от емкости конденсаторов, и величины сопротивления резисторов, через которые осуществляется их разряд.

Мультивибратор можно легко собрать, используя широко распостраненные детали, на абсолютно любых биполярных транзисторах. Кроме основной частоты рассчитываемой по формуле:

мультивибратор вырабатывает большое количество дополнительных гармоник. Если применив высокочастотные транзисторы собрать мультивибратор с основной частотой в звуковой области(лучше около 1000 гц), то частоты высших гармоник оказываются в какой то степени, промодулированными на этой, основной частоте. Получается, что подобный генератор может использоваться как универсальный пробник, для проверки как радиочастотных усилительных трактов, так и каскадов усиления низкой(звуковой) частоты.

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Источник

Генераторы колебаний. Основы. Часть 1

Эти статьи о генераторах рассказывают о том, как много применяется генераторов для различных целей, построенных как на дискретных (отдельных) компонентах, так и в виде интегральных микросхем. Также вы узнаете, как собрать и протестировать генераторы своими руками.

Что такое генератор

Генератор обеспечивает наличие повторяющегося (периодического) переменного сигнала на его выходных зажимах, не требуя при этом наличия какого-либо входного сигнала (кроме источника питания). Сигнал, вырабатываемый генератором, обычно имеет постоянную амплитуду.

Форма сигнала и амплитуда определяется схемой генератора и выбором параметров компонентов.

Частоты выходного сигнала может быть фиксированной или изменяющейся, в зависимости от схемы генератора.

Типы генераторов

Генераторы могут классифицироваться по типу сигнала, который они «производят».

  • ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ производят синусоидальные колебания на выходе
  • РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ и АСТАБИЛЬНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ производят импульсы прямоугольной формы и треугольные импульсы.
  • ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНЫХ КОЛЕБАНИЙ (генераторы развертки) производят пилообразные сигналы.


Рисунок 1.0.1 — Условное обозначение генератора (источника переменного тока)

Генераторы синусоидальных колебаний также можно классифицировать по частоте или по типу используемого управления частотой. РЧ-генераторы (генераторы радио-частоты) работают на частотах выше, примерно, 30 — 50 кГц и используют LC (катушки индуктивности и конденсаторы) или кварцевые резонаторы для задания частоты. Они также могут подразделяться на СЧ, ВЧ и СВЧ генераторы в зависимости от частоты.

НЧ (низкочастотные) генераторы в общем используются для генерирования частот ниже 30 кГц и обычно представляют собой RC-генераторы, поскольку используют резисторы и конденсаторы для задания частоты.

Генераторы прямоугольных колебаний такие как релаксационные генераторы и астабильные мультивибраторы могут использоваться на частотах от 1 Гц, до нескольких ГГц и очень часто реализованы в виде интегральных микросхем.

Генераторы синусоидальных колебаний

В идеале эти схемы производят чистые синусоидальные колебания, имеющие постоянную амплитуду и стабильную частоту. Тип схемы выбирается в зависимости от определенного количества факторов, включая требуемую частоту. Решения, построенные основе колебательного контура или кварцевого резонатора применяются для ультразвуковых и радиочастотных конструкций, однако в аудиотехнике и низкочастотных схемах физический размер компонентов колебательного контура (L и C) будет слишком большим для практического применения. По этим причинам для задания частоты применяется комбинация из R и C.

Схемные решения, используемые для этих цепей задания частоты приведены на рисунке 1.0.2.


Рисунок 1.0.2 — Схемные решения для задания частоты

LC генераторы

Катушки и конденсаторы объединяются в схеме резонатора, которая генерирует синусоидальные колебания очень хорошей формы и имеет довольно хорошую стабильность частоты. То есть частота не сильно меняется при изменении напряжения источника питания или температуры окружающей среды, но при этом относительно просто, используя регулируемую катушку индуктивности или переменный конденсатор, сделать изменяющуюся (настраиваемую) частоту. LC генераторы широко применяются для генерирования и приёма радиочастотных сигналов, где необходима подстройка частоты.

RC (или CR) генераторы

На низких частотах, таких как аудио сигналы, значения L и C, необходимые для генерирования колебательным контуром, будут слишком большими и громоздкими для практического применения. Поэтому резисторы и конденсаторы объединяются в схеме RC генераторы для производства синусоидальных сигналов на этих частотах, несмотря на то, что намного труднее получить чистые синусоидальные колебания, используя R и C. Эти низкочастотные синусоидальные генераторы применяются в аудиотехнике и различных технических решениях, использующих или стабильную или переменную частоту.

Кварцевые генераторы

На радиочастотах и выше, когда требуется фиксированная частота с очень хорошими показателями стабильности, компонентом, который устанавливает частоту генерации, обычно, является кварцевый резонатор, который, когда подвергается воздействию переменного напряжения, резонирует с очень точной частотой. Частота зависит от физических размеров кристалла, то есть кристалл, изготовленный по конкретным размерам будет иметь определенную точную резонансную частоту. Схемы кварцевых генераторов могут генерировать как синусоидальные колебания, так и прямоугольные сигналы и так же применяются для генерирования очень точно частоты несущей волны в радио трансмиттерах. Они также формируют основу для точных тактовых схем, часов и компьютерных систем.

Релаксационные генераторы

Эти генераторы работают по принципу, отличающемуся от генераторов синусоидальных колебаний. Они производят прямоугольный сигнал или пульсации и в общем виде имеют два усилителя, схема управления частотой просто генерирует временную задержку между двумя «действиями». Два усилителя работают в ключевом режиме, поочередно переключаясь из режима насыщения в режим отсечки, а время переключения из одного состояния в другое занимает очень малую часть каждого периода колебаний. Остальную часть цикла они «отдыхают», пока времязадающая цепь «производит» остальную часть волны. Альтернативное название этого типа генераторов — «астабильный мультивибратор», это название происходит из того факта, что они содержат более одного генераторного элемента. Обычно имеется два осциллятора, т.е. «вибратора», каждый из которых передает часть своего сигнала второму, и выход изменяет своё состояние с низкого на высокое и так повторяется снова, то есть отсутствует стабильное состояние, поэтому он астабильный. Релаксационные генераторы могут быть построены на основе нескольких различный решений и могут работать на разных частотах. Астабильные схемы часто выбирают для таких задач, как генерация цифровых сигналов высокой частоты. Они также используются для создания низкочастотных ON-OFF сигналов для мигающих огней.

Генераторы пилообразного напряжения (развертки)

Они имеют линейно-изменяющееся напряжение в течение почти всего цикла, которое следует за быстрым возвратом к начальному значению. Эта форма сигнала удобна для изменения частоты генератора, управляемого напряжением, который может изменять свою рабочую частоту относительно установленного значения за счёт изменяющего пилообразного напряжения, поданного на его управляющий вход. Генераторы пилообразного напряжения часто строятся на основе генератора линейно-изменяющего напряжения, который представляет собой конденсатор, заряжающийся постоянным значением тока. Удержание зарядного тока неизменным пока увеличивается напряжение позволяет конденсатору заряжаться линейно, в отличие от его обычной экспоненциальной кривой. В последний момент конденсатор быстро разряжается, возвращая выходное напряжение в исходную точку.

Источник

Adblock
detector