Elektronische Generatoren

Generatoren sind elektronische Geräte, die die Energie einer Gleichstromquelle in Wechselstromenergie (elektromagnetische Schwingungen) mit verschiedenen Formen der erforderlichen Frequenz und Leistung umwandeln.

Elektronische Generatoren, die im Rundfunk, in der Medizin, im Radar eingesetzt werden, sind Teil von Analog-Digital-Wandlern, Mikroprozessorsystemen usw.

Kein elektronisches System ist vollständig ohne interne oder externe Generatoren, die die Geschwindigkeit seines Betriebs bestimmen. Grundvoraussetzungen für Generatoren sind Stabilität der Schwingungsfrequenz und die Fähigkeit, Signale zur weiteren Verwendung von ihnen zu entfernen.

Klassifizierung elektronischer Generatoren:

1) je nach Form der Ausgangssignale:

— Sinussignale;

— Rechtecksignale (Multivibratoren);

— linear variierende Spannungssignale (CLAY) oder auch Sägezahnspannungsgeneratoren genannt;

— spezielle Formsignale.

2) aus der Frequenz der erzeugten Schwingungen (bedingt):

— niedrige Frequenz (bis zu 100 kHz);

— Hochfrequenz (über 100 kHz).

3) nach der Anregungsmethode:

— mit unabhängiger (äußerer) Erregung;

— mit Selbsterregung (Autogeneratoren).

Autogenerator – ein selbsterregter Generator ohne äußere Einwirkung, der die Energie von Energiequellen in kontinuierliche Schwingungen umwandelt, beispielsweise einen Schwingkreis.

Abbildung 1 – Blockdiagramm des Generators

Elektronische Generatorschaltungen (Abbildung 1) sind nach den gleichen Schemata wie Verstärker aufgebaut, nur dass Generatoren keine Eingangssignalquelle haben, sondern durch ein positives Rückkopplungssignal (PIC) ersetzt werden. Wir erinnern Sie daran, dass es sich bei der Rückkopplung um die Übertragung eines Teils des Ausgangssignals an den Eingangskreis handelt. Die erforderliche Wellenform wird durch die Rückkopplungsschleifenstruktur bereitgestellt. Um die Schwingungsfrequenz einzustellen, werden OS-Schaltungen auf LC- oder RC-Schaltungen aufgebaut (die Frequenz bestimmt die Wiederaufladezeit des Kondensators).

Das in der PIC-Schaltung erzeugte Signal wird an den Eingang des Verstärkers angelegt, um den Faktor K verstärkt und an den Ausgang gesendet. In diesem Fall wird ein Teil des Signals vom Ausgang über die PIC-Schaltung zum Eingang zurückgeführt, wo es um den Faktor K gedämpft wird, wodurch eine konstante Amplitude des Ausgangssignals des Generators aufrechterhalten werden kann.

Oszillatoren mit unabhängiger äußerer Erregung (Selektivverstärker) sind Leistungsverstärker mit entsprechendem Teilbereich, deren Eingang ein elektrisches Signal eines Oszillators ist. Diese. Es wird nur ein bestimmtes Frequenzband verstärkt.

RC-Generatoren

Um Niederfrequenzgeneratoren zu erzeugen, werden üblicherweise Operationsverstärker verwendet, beispielsweise eine PIC-Schaltung, RC-Schaltungen werden installiert, um eine bestimmte Frequenz f0 von Sinusschwingungen bereitzustellen.

RC-Schaltungen sind Frequenzfilter – Geräte, die Signale in einem bestimmten Frequenzbereich durchlassen und nicht in den falschen Bereich.In diesem Fall wird der Verstärker durch die Rückkopplungsschleife auf den Eingang des Verstärkers zurückgekoppelt, was bedeutet, dass nur eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmtes Frequenzband verstärkt wird.

Abbildung 2 zeigt die wichtigsten Arten von Frequenzfiltern und ihren Frequenzgang (AFC). Der Frequenzgang zeigt die Bandbreite des Filters als Funktion der Frequenz.

Abbildung 2 – Arten von Frequenzfiltern und ihr Frequenzgang

Arten von Filtern:

— Tiefpassfilter (LPF);

— Hochpassfilter (HPF);

— Bandpassfilter (BPF);

— Sperrfrequenzfilter (FSF).

Filter zeichnen sich durch eine Grenzfrequenz fc aus, oberhalb oder unterhalb derer es zu einer starken Dämpfung des Signals kommt. Durchlassbänder und Sperrfilter zeichnen sich auch durch die IFP-Bandbreite (RFP Non-Pass) aus.

Abbildung 3 zeigt ein Diagramm eines Sinusgenerators. Die erforderliche Verstärkung wird über die OOS-Schaltung der Widerstände R1, R2 eingestellt. In diesem Fall ist die PIC-Schaltung ein Bandpassfilter. Die Resonanzfrequenz f0 wird durch die Formel bestimmt: f0 = 1 / (2πRC)

Um die Frequenz der erzeugten Schwingungen zu stabilisieren, werden Quarzresonatoren als Frequenzabstimmkreis verwendet. Ein Quarzresonator ist eine dünne Mineralplatte, die in einem Quarzhalter montiert ist. Wie Sie wissen, hat Quarz piezoelektrischer Effekt, was es ermöglicht, es als System zu verwenden, das einem elektrischen Schwingkreis entspricht und Resonanzeigenschaften besitzt. Die Resonanzfrequenzen von Quarzplatten reichen von einigen Kilohertz bis zu Tausenden von MHz, wobei die Frequenzinstabilität typischerweise in der Größenordnung von 10-8 und darunter liegt.

Abbildung 3 – Diagramm eines RC-Sinuswellengenerators

Multivibratoren sind elektronische Generatoren Rechtecksignale.

Der Multivibrator übernimmt in den meisten Fällen die Funktion eines Hauptoszillators, der Trigger-Eingangsimpulse für nachfolgende Knoten und Blöcke in einem Impuls- oder digitalen Aktionssystem erzeugt.

Abbildung 4 zeigt ein Diagramm eines IOU-basierten symmetrischen Multivibrators. Symmetrisch – die Impulszeit eines Rechteckimpulses ist gleich der Pausenzeit tpause = tpause.

Die IOU wird durch eine positive Rückkopplung abgedeckt – eine Schaltung R1, R2, die bei allen Frequenzen gleich wirkt. Die Spannung am nicht ablenkenden Eingang ist konstant und hängt vom Widerstandswert der Widerstände R1, R2 ab. Die Eingangsspannung des Multivibrators wird mittels OOS über die RC-Schaltung erzeugt.

Abbildung 4 – Schema eines symmetrischen Multivibrators

Der Ausgangsspannungspegel ändert sich von +Usat auf -Us und umgekehrt.

Ist die Ausgangsspannung Uout = + Usat, wird der Kondensator aufgeladen und die am invertierenden Eingang wirkende Spannung Uc steigt exponentiell an (Abb. 5).

Bei der Gleichheit Un = Uc kommt es zu einer starken Änderung der Ausgangsspannung Uout = -Us, was zu einer Überladung des Kondensators führt. Wenn die Gleichheit -Un = -Uc erreicht ist, ändert sich der Zustand von Uout erneut. Der Vorgang wird wiederholt.

Abbildung 5 – Zeitdiagramme für den Multivibratorbetrieb

Eine Änderung der Zeitkonstante der RC-Schaltung führt zu einer Änderung Lade- und Entladezeit des Kondensatorsund damit die Schwingungsfrequenz des Multivibrators. Darüber hinaus hängt die Frequenz von den PIC-Parametern ab und wird durch die Formel bestimmt: f = 1 / T = 1 / 2t und = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Wenn für t und ≠ tp asymmetrische Rechteckschwingungen erforderlich sind, werden asymmetrische Multivibratoren verwendet, bei denen der Kondensator in verschiedenen Schaltkreisen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten aufgeladen wird.

Ein einzelner Vibrator (Wartemultivibratoren) ist so konzipiert, dass er einen rechteckigen Spannungsimpuls der erforderlichen Dauer erzeugt, wenn er am Eingang einem kurzen Triggerimpuls ausgesetzt wird. Monovibratoren werden oft als elektronische Zeitverzögerungsrelais bezeichnet.

Es gibt noch mehr in der Fachliteratur. Der Name des One-Shot ist der wartende Multivibrator.

Ein Monovibrator hat einen langfristigen stationären Zustand, das Gleichgewicht, in dem er sich befindet, bevor der Triggerimpuls angelegt wird. Der zweite mögliche Zustand ist vorübergehend stabil. Der Univibrator geht unter Einwirkung eines Triggerimpulses in diesen Zustand über und kann sich dort für eine begrenzte Zeit tv befinden, danach kehrt er automatisch in den Ausgangszustand zurück.

Die Hauptanforderungen an Single-Shot-Geräte sind die Stabilität der Dauer des Ausgangsimpulses und die Stabilität seines Anfangszustands.

Lineare Spannungsgeneratoren (CLAY) erzeugen periodische Signale, die linear variieren (Sägezahnimpulse).

Sägezahnimpulse werden durch die Dauer des Arbeitshubs tp, die Dauer des Rückhubs to und die Amplitude Um charakterisiert (Abbildung 6, b).

Um eine lineare Abhängigkeit der Spannung von der Zeit zu erzeugen, wird am häufigsten die Ladung (oder Entladung) eines Kondensators mit konstantem Strom verwendet. Das einfachste Schema von CLAY ist in Abbildung 6, a dargestellt.

Wenn der Transistor VT geschlossen ist, wird der Kondensator C2 von der Stromversorgung Up über den Widerstand R2 aufgeladen. In diesem Fall steigt die Spannung im Kondensator und damit am Ausgang linear an.Wenn ein positiver Impuls an der Basis ankommt, öffnet der Transistor und der Kondensator entlädt sich schnell über seinen niedrigen Widerstand, was zu einer schnellen Reduzierung der Ausgangsspannung auf Null führt – und umgekehrt.

CLAY wird in Strahlabtastgeräten in CRTs, in Analog-Digital-Wandlern (ADCs) und anderen Umwandlungsgeräten verwendet.

Abbildung 6 – a) Das einfachste Schema zur Bildung einer sich linear ändernden Spannung. b) Zeitdiagramm von Trion-Impulsen.