Генераторы электрических сигналов: схема, принцип действия, устройство, виды

Содержание

Лекция № 9 - Генераторы электрических сигналов

   Электронным генератором называют устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний различной формы, требуемой частоты и мощности.
Различают электронные генераторы гармонических колебаний (синусоидальных) и импульсных (релаксационных) колебаний.

В зависимости от частоты генераторы делятся на три типа: 
1. низкочастотные
2. высокочастотные
3. сверхчастотные 

В зависимости от типа возбуждения генераторы делятся: 
1. с независимым возбуждением
2. с самовозбуждением (автогенераторы)

Существует несколько режимов работы генераторов:
1. автоколебаний
2. ждущий
3. синхронизированный

Структурная схема генератора

условия самовозбуждения

• два условия, которые должны выполняться одновременно:
1. условие баланса амплитуд

2. условие баланса фаз (только на резонансной частоте)

• Для получения стационарных устойчивых колебаний в автогенераторе должно выполнятся условие:

Высокочастотный генератор

• используется условие самовозбуждения – условие баланса амплитуд и фаз на резонансной частоте, R3>>Roc 


• Чтобы колебания были немного больше по амплитуде, необходимо условие 

Низкочастотный генератор

• ОУ со звеном отрицательной обратной связи на Ro Roc, задающий коэффициент усиления К=3. 

• Мост Вина – звено положительной обратной связи на R1C1 и R2C2 , иметь коэффициент передачи
β = 1/3 и ψ = 0, причем R1=R2=R, C1=C2=C 

• Частота автогенератора:

Для регулировки частоты изменяют либо R1и R2 (плавная регулировка) либо С1и С2 на переключателях. На выходе будет чистая синусоида, если в цепь ООС поставить позистор или лампу накаливания (ток увеличивается сопротивление увеличивается).

Параметры

• частота f 
Генераторы синусоидальных колебаний лучше держат частоту, чем генераторы других форм сигнала.

 

Стоит задача улучшить этот параметр, т.е. свести к нулю

 

Применение генераторов

• как составная часть измерительных приборов и автоматических систем
• для питания приборов контроля состава и качества различных веществ
• для питания установок для высокочастотного нагрева металлов и т.д.

• Звуковые генераторы и высокочастотные генераторы в радиотехнике и электронике.
Импульсные генераторы

Электронные ключи

• Ключ «разомкнут» - транзистор работает в режиме отсечки, т.е. через транзистор протекает минимальный ток iк = 0, Uкэ = Ек . Сопротивление транзистора очень большое – обрыв.
• Ключ «замкнут» - транзистор работает в режиме насыщения: Uкэ = 0, ток ограничен резистором Rк - в режим насыщения транзистор входит при условии, когда и сопротивление транзистора в этом режиме равно нулю.
• При работе транзисторного ключа переключения из открытого состояния в закрытое и обратно, происходит скачком, потери мощности при этом незначительны.
Импульсный режим работы устройства - это кратковременное воздействие сигнала чередуется с паузой.
Импульсы формы: 
• Прямоугольная
• Треугольная
• Пилообразная
• Экспоненциальная и т.д.
самая распространенная форма импульса - прямоугольная.

Параметры импульса:

Период импульса Ти или частота fи = 1/Ти
Амплитуда импульса Uи
Длительность импульса tи
Длительность фронта tф
Длительность среза tс
Длительность паузы tп

«МУЛЬТИ» - много, «ВИБРАТО» - вибрация, колебание, следовательно, «МУЛЬТИВИБРАТОР» - это устройство, которое создает (генерирует) много-много колебаний.
Разберемся сначала в том, как он создает колебания, или как в нем возникают колебания, а уж потом выясним, почему их много.

  • 1. АВТОГЕНЕРАТОР.
    Из школьного курса физики известно, что существуют так называемые автоколебательные системы или автогенераторы. В них в результате внешнего воздействия или самопроизвольно возникают и поддерживаются незатухающие колебания. Эти колебания будут продолжаться до тех пор, пока не иссякнет энергия источника. Общая схема автогенератора такова:

    Физический принцип действия. Энергия поступает от источника в регулятор, который подает ее в колебательную систему порциями (дискретно) для того, чтобы очередной порции хватило на компенсацию потерь энергии в колебательной системе для преодоления сопротивления (трения). Если кванты энергии от источника будут меньше потерь за одно колебание, то колебания в системе постепенно прекратятся – затухнут:

    Если больше – в системе наступит резонанс, что может привести к разрушению ее элементов или всей системы:

    Итак, регулятор дозирует (квантует) энергию в точном соответствии с требованиями системы. Когда происходит очередное колебание, система посылает сигнал через обратную связь о том, что необходима следующая порция (квант) энергии, и регулятор снова направляет эту порцию (квант) в систему. Сопротивление (трение) полностью преодолевается в процессе следующего колебания за счет притока порции энергии извне, система снова посылает сигнал через обратную связь, регулятор снова выдает порцию и т.д. Колебания получаются незатухающими:

    Понятно, что при отключении источника от регулятора колебания прекратятся.
    Простейший пример механической автоколебательной системы – часы с пружиной или гирями. Анкерный механизм в них как раз и играет роль регулятора, а маятник – это колебательная система.

    В электронных часах ничего такого уже не найти, и, тем не менее, они также являются автоколебательной системой.

2. КАК СОЗДАТЬ МУЛЬТИВИБРАТОР?
Шаг №1. Возьмем простейший усилитель НЧ 

Шаг №2. Объединим два идентичных усилителя так, чтобы получился двухкаскадный УНЧ:

Шаг №3. Соединим выход этого усилителя с его входом:

Возникнет так называемая положительная обратная связь (ПОС). Вы наверняка слышали свист, который издавали звуковые колонки, если человек с микрофоном становился слишком близко к ним. То же самое происходит с музыкальным центром в режиме «караоке», если поднести микрофон к колонкам. В любом таком случае сигнал с выхода усилителя поступает на его же вход, усилитель входит в режим самовозбуждения и превращается в автогенератор, возникает звук. Иногда усилитель может самовозбуждаться даже на ультразвуковых частотах. Короче – при изготовлении усилителей ПОС вредна и с ней всячески приходится бороться, но это уже несколько другая история.

Вернемся к нашему усилителю, охваченному ПОС, т.е. МУЛЬТИВИБРАТОРУ! Да, это уже он! Правда, изображать именно мультивибратор принято так, как на рис. справа. Кстати, в сети имеется достаточное количество «извращенцев», которые рисуют эту схему и перевернутой, и на боку лежащей. Зачем это? Наверное, как в анекдоте, «чтобы отличаться». Или выделиться, или (есть такое русское слово!) выпендриться.

Мультивибратор можно собрать на транзисторах  n-p-n или p-n-p:

Оценить работу мультивибратора можно на слух или зрительно. В первом случае нагрузкой должен быть звуковой излучатель, во втором – лампочка или светодиод:

В случае применения низкоомных динамиков, потребуется выходной трансформатор или дополнительный усилительный каскад:


Нагрузка может быть включена в оба плеча мультивибратора:
 
В случае применения светодиодов желательно включить дополнительные резисторы, роль которых и выполняют, в данном случае, R1 и R4.

3. КАК РАБОТАЕТ МУЛЬТИВИБРАТОР?

В момент включения питания транзисторы обоих плеч мультивибратора открываются, так как на их базы через соответствующие им резисторы R2 и R3 подаются положительные (отрицательные – здесь и далее в скобках для p-n-p транзисторов) напряжения смещения.

Одновременно начинают заряжаться конденсаторы связи:

С1 - через эмиттерный переход транзистора VТ2 и резистор R1;

С2 - через эмиттерный переход транзистора V1 и резистор R4.

Эти цепи зарядки конденсаторов, являясь делителями напряжения источника питания, создают на базах транзисторов (относительно эмиттеров) все возрастающие по значению положительные (отрицательные) напряжения, стремящиеся все больше открыть транзисторы.

Открывание транзистора вызывает снижение положительного (отрицательного) напряжения на его коллекторе, что вызывает снижение положительного (отрицательного) напряжения на базе другого транзистора, закрывая его. Такой процесс протекает сразу в обоих транзисторах, однако закрывается только один из них, на базе которого более высокое отрицательное (положительное) напряжение, например, из-за разницы коэффициентов передачи токов h31э , номиналов резисторов и конденсаторов, поскольку, даже при подборе идентичных пар, параметры элементов все равно будут несколько отличаться.

Второй транзистор остается открытым. Но эти состояния транзисторов неустойчивы, ибо электрические процессы в их цепях продолжаются.

Допустим, что через некоторое время после включения питания закрытым оказался транзистор V2, а открытым - транзистор V1. С этого момента конденсатор С1 начинает разряжаться через открытый транзистор V1, сопротивление участка эмиттер-коллектор которого в это время мало, и резистор R2.

По мере разрядки конденсатора С1 отрицательное (положительное) напряжение на базе закрытого транзистора V2 уменьшается.

Как только конденсатор полностью разрядится и напряжение на базе транзистора V2 станет близким нулю, в коллекторной цепи этого, теперь уже открывающегося транзистора появляется ток, который воздействует через конденсатор С2 на базу транзистора V1 и понижает положительное (отрицательное) напряжение на ней.

В результате ток, текущий через транзистор V1, начинает уменьшаться, а через транзистор V2, наоборот, увеличиваться. Это приводит к тому, что транзистор V1 закрывается, а транзистор V2 открывается.

Теперь начнет разряжаться конденсатор С2, но через открытый транзистор V2 и резистор R3, что в конечном итоге приводит к открыванию первого и закрыванию второго транзисторов и т.д.

Транзисторы все время взаимодействуют, в результате чего мультивибратор генерирует электрические колебания. 
Работу мультивибратора иллюстрируют графики зависимостей напряжений Uбэ и Uк одного и второго транзисторов:

Как видно, мультивибратор генерирует, практически, «прямоугольные» колебания. Некоторое нарушение прямоугольной формы связано с переходными процессами в моменты отпирания транзисторов. Отсюда же видно, что сигнал можно «снимать» с любого транзистора. Просто наиболее принято изображать именно так, как это показано выше.

На практике можно считать форму колебаний мультивибратора «чисто прямоугольной»:

С одной стороны, кажется, что форма сигнала мультивибратора довольно простая. Но это не совсем так. Точнее, совсем не так. Наиболее простая форма сигнала – это синусоида:

Если генератор создает идеальный синусоидальный сигнал, то ему соответствует строго одна определенная частота колебаний. Чем больше форма сигнала отличается от синусоиды, тем больше в спектре сигнала присутствует частот, кратных основной. А форма сигнала мультивибратора довольно далека от синусоиды. Следовательно, если, например, частота его колебаний составляет 1000 Гц, то в спектре будут присутствовать частоты и 2000 Гц, и 3000 Гц, и 4000 Гц… и т.д. правда амплитуды этих гармоник будут значительно меньше основного сигнала. Но они будут! Вот почему данный генератор называется МУЛЬТИвибратор.
Частота колебаний мультивибратора зависит как от емкости конденсаторов связи, так и от сопротивления базовых резисторов. Если в мультивибраторе соблюдаются условия: R1=R4, R2=R3, R1<R2 и R4<R3, C1=C2, VT1=VT2, то такой мультивибратор называется 
симметричным
. Как видно, конденсаторы связи могут быть электролитическими и при n-p-n транзисторах плюсы конденсаторов подключаются к коллекторам. Если применить p-n-p транзисторы, надо поменять полярность источника питания и полярность электролитических конденсаторов.
Примерную частоту колебаний симметричного мультивибратора можно подсчитать по упрощенной формуле:
, где f - частота в Гц, R - сопротивление базового резистора в кОм, С - ёмкость конденсатора связи в мкФ.

4. ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТЫ и не только
Как было отмечено выше, частота импульсов, генерируемых мультивибратором, определяется величинами разделительных конденсаторов и базовых резисторов. Из приведенной формулы видно, что увеличение емкости конденсаторов и/или увеличение сопротивления базовых резисторов ведет к уменьшению частоты мультивибратора и, соответственно, наоборот. Конечно, впаивать конденсаторы разной емкости или резисторы разного сопротивления можно, но лишь на стадии экспериментов. Оперативно частоту меняют переменным резистором R5 в базовых цепях:

Форма графика колебаний мультивибратора называется «меандр»:

Время от начала одного импульса до начала другого – период Т – состоит из:
tи – длительности импульса и tп – длительности паузы.
Отношение S=Т/tи - называется скважностью. Для симметричного мультивибратора S=2.
Величина, обратная скважности называется коэффициентом заполнения D=1/S. Для симметричного мультивибратора D=0,5.
Мультивибратор, схема которого показана ниже, вырабатывает прямоугольные импульсы. Частоту их повторения можно изменять в широких пределах, при этом скважность импульсов остаётся неизменной.

Работа мультивибратора отличается тем, что в моменты времени, когда транзистор VТ1 закрыт, конденсатор С2 разряжается через цепочку, состоящую из диода VD3 и резистора R4, а также через резистор R3. Аналогично, когда закрыт транзистор VТ2, конденсатор С1 разряжается через диод VD2 и резисторы R4 и R5. 
Частоту повторения импульсов можно регулировать в больших пределах, изменяя только сопротивление резистора R4.
Мультивибратор с данными деталей, показанными на схеме, генерирует импульсы с частотой повторения от 140 до 1400 Гц.
В мультивибраторе можно применить диоды Д2В-Д2И, Д9В-Д9Л, и любые маломощные транзисторы со структурой n-р-n или р-n-р. При использовании транзисторов со структурой р-n-р полярность включения всех диодов и источника питания необходимо поменять на обратную.
Если немного изменить включение резистора R7, то пучится мультивибратор с изменяемой скважностью импульсов:

В зависимости от положения движка резистора R7данный мультивибратор становится несимметричным, и график его колебаний может быть, например, таким:

В одном и другом случаях меняется соотношение Т/tи – меняется скважность. 
Понятно, надеюсь, также и то, что грубо менять скважность можно, установив конденсаторы разной емкости.

5. НЕСИММЕТРИЧНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР на транзисторах разной проводимости:

Несимметричный мультивибратор состоит из усилительного каскада на двух транзисторах, выход которого (коллектор транзистора VT2) соединен с входом (база транзистора VT1) через конденсатор C1. Нагрузкой является резистор R2, с которого снимается сигнал (вместо него может быть включен светодиод, лампочка накаливания или динамик). Транзистор VT1 прямой проводимости (p-n-p типа), открывается при подаче на базу отрицательного относительно эмиттера потенциала. Транзистор VT2 обратной проводимости (n-p-n типа), открывается при подаче на базу положительного относительно эмиттера потенциала.

При включении конденсатор C1 заряжается через резисторы R2 и R1, потенциал базы уменьшается. Когда на базе VT1 возникает отрицательный потенциал, транзистор VT1 открывается, сопротивление коллектор-эмиттер падает. База транзистора VT2 оказывается соединенной с положительным полюсом источника, транзистор VT2 также открывается, ток коллектора растет. В результате через R2 течет ток, конденсатор C1 разряжается через резистор R1 и транзистор VT2. Потенциал базы VT1 возрастает, транзистор VT1 закрывается, вызывая закрывание транзистора VT2. После этого конденсатор C1 снова заряжается, затем разряжается и т.д. Частота генерируемых импульсов обратно пропорциональна времени заряда конденсатора T ~ R1×C. С ростом напряжения питания конденсатор заряжается быстрее, частота генерируемых импульсов растет. При увеличении сопротивления резистора R1 или ёмкости конденсатора С1 частота колебаний уменьшается. 
Реально частоту изменяют, например, так:

6. ЖДУЩИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
Такой мультивибратор генерирует импульсы тока (или напряжения) при подаче на его вход запускающих сигналов от другого источника, например от автоколебательного мультивибратора. Чтобы автоколебательный мультивибратор превратить в мультивибратор ждущий (см. схему из п. 3), надо сделать следующее: конденсатор С2 удалить, а вместо него между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1 включить резистор R3; между базой транзистора VT1 и заземленным проводником включить последовательно соединенные элемент на 1,5 В и резистор сопротивлением R5, но так, чтобы с базой соединялся (через R5) положительный полюс элемента; к базовой цепи транзистора VТ1 подключить конденсатор С2, второй вывод которого будет выполнять роль контакта входного управляющего сигнала. Исходное состояние транзистора VТ1 такого мультивибратора - закрытое, транзистора VТ2 - открытое. Напряжение на коллекторе закрытого транзистора должно быть близким к напряжению источника питания, а на коллекторе открытого транзистора - не превышать 0,2 - 0,3 В. Миллиамперметр (на ток 10-15 мА) включить в коллекторную цепь транзистора V1 и, наблюдая за его стрелкой, включить между контактом УПР сигнал и заземленным проводником, буквально на мгновение, один-два элемента ААА, соединенные последовательно (на схеме GB1). ВНИМАНИЕ: отрицательный полюс этого внешнего электрического сигнала должен подключаться к контакту УПР сигнал. При этом стрелка миллиамперметра должна тут же отклониться до значения наибольшего тока коллекторной цепи транзистора, застыть на некоторое время, а затем вернуться в исходное положение, чтобы ожидать следующего сигнала. Если повторить этот опыт несколько раз, то миллиамперметр при каждом сигнале будет показывать мгновенно возрастающий до 8 - 10 мА и спустя некоторое время, так же мгновенно убывающий почти до нуля коллекторный ток транзистора VТ1. Это одиночные импульсы тока, генерируемые мультивибратором. Даже если батарею GB1 подольше держать подключенной к зажиму УПР сигнал, произойдет то же самое - на выходе мультивибратора появится только один импульс.

Если коснуться вывода базы транзистора VТ1 каким-либо металлическим предметом, взятым в руку, то, возможно, и в этом случае ждущий мультивибратор сработает - от электростатического заряда тела. Можно включить миллиамперметр в коллекторную цепь транзистора VТ2. При подаче управляющего сигнала коллекторный ток этого транзистора должен резко уменьшиться почти до нуля, а затем так же резко увеличиться до значения тока открытого транзистора. Это тоже импульс тока, но отрицательной полярности.
Каков принцип действия ждущего мультивибратора? В таком мультивибраторе связь между коллектором транзистора VТ2 и базой транзистора VТ1 не емкостная, как в автоколебательном, а резистивная - через резистор R3. На базу транзистора VТ2 через резистор R2 подается открывающее его отрицательное напряжение смещения. Транзистор же VТ1 надежно закрыт положительным напряжением элемента G1 на его базе. Такое состояние транзисторов весьма устойчиво. В таком состоянии VT1 может находиться сколько угодно времени. При появлении на базе транзистора VТ1 импульса напряжения отрицательной полярности транзисторы переходят в режим неустойчивого состояния. Под действием входного сигнала транзистор VТ1 открывается, а изменяющееся при этом напряжение на его коллекторе через конденсатор С1 закрывает транзистор VТ2. В таком состоянии транзисторы находятся до тех пор, пока не разрядится конденсатор С1 (через резистор R2 и открытый транзистор VТ1, сопротивление которого в это время мало). Как только конденсатор разрядится, транзистор VТ2 тут же откроется, а транзистор VТ1 закроется. С этого момента мультивибратор вновь оказывается в исходном, устойчивом ждущем режиме. Таким образом, ждущий мультивибратор имеет одно устойчивое и одно неустойчивое состояние. Во время неустойчивого состояния он генерирует один прямоугольный импульс тока (напряжения), длительность которого зависит от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость этого конденсатора, тем больше длительность импульса. Так, например, при емкости конденсатора 50 мкФ мультивибратор генерирует импульс тока длительностью около 1,5 с, а с конденсатором емкостью 150 мкФ - раза в три больше. Через дополнительные конденсаторы - положительные импульсы напряжения можно снимать с выхода 1, а отрицательные с выхода 2. Только ли импульсом отрицательного напряжения, поданным на базу транзистора VТ1, можно вывести мультивибратор из ждущего режима? Нет, не только. Это можно сделать и подачей импульса напряжения положительной полярности, но на базу транзистора VТ2. 
Как практически можно использовать ждущий мультивибратор? По-разному. Например, для преобразования синусоидального напряжения в импульсы напряжения (или тока) прямоугольной формы такой же частоты, или включения на какое-то время другого прибора путем подачи на вход ждущего мультивибратора кратковременного электрического сигнала.

Пример применения ждущего мультивибратора – индикатор максимального числа оборотов.
При обкатке нового автомобиля, число оборотов двигателя не должно превышать в течение определенного времени максимально допустимого значения, рекомендованного заводом-изготовителем.
Для контроля числа оборотов двигателя, можно воспользоваться устройством, собранным по приводимой здесь схеме. В качестве индикатора максимального числа оборотов двигателя использована лампа накаливания.

Основными частями тахометра являются ждущий мультивибратор на транзисторах Т1 и Т2 и триггер Шмитта на транзисторах T5 и Т6. Входной сигнал, поступающий с прерывателя, подается на дифференцирующую цепочку R4C1 (это необходимо для получения импульсов одинаковой длительности). Дальнейшее формирование сигнала выполняет мультивибратор. Диод Д1 не пропускает отрицательные полуволны входного сигнала на базу транзистора Т2. Импульсы, генерируемые мультивибратором, через эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе Т3, и интегрирующую цепочку R7C3 поступают на триггер Шмитта. Индикаторная лампа Л1, включенная в эмиттерную цепь транзистора T6, загорается только тогда, когда число оборотов двигателя станет больше заранее установленного (с помощью переменного резистора R8).
Калибровку готового прибора можно произвести по образцовому тахометру или по звуковому генератору. Так, например, для четырехтактного четырехцилиндрового двигателя 1500 об/мин соответствует частота звукового генератора 60 Гц, 3000 об/мин — 100 Гц, 6000 об/мин — 200 Гц и так далее. 
При использовании деталей с данными, которые указаны на схеме, тахометр позволяет регистрировать от 500 до 10000 об/мин. Потребляемый ток — 20 мА.
Транзисторы ВС107 можно заменить на КТ315 с любым буквенным индексом. В качестве диода Д1 можно использовать любой кремниевый диод. Применение германиевых транзисторов и диодов не рекомендуется из-за тяжелого температурного режима.

7. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ МНОГОФАЗНЫЕ
получаются путём добавления усилительных каскадов и ПОС.
Трёхфазный мультивибратор:

Пример с сайта http://www.votshema.ru/324-simmetrichnyy-multivibrator.html

Четрёхфазный мультивибратор требует особых мер для обеспечения стабильности работы:

Пример с сайта http://www.moyashkola.net/krugok/r_begog.htm

8. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ НА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ
Мультивибратор может быть выполнен на логических элементах, например, И-НЕ. Схема возможного варианта, например,  такая:

Функцию активных элементов здесь выполняют логические элементы 2И-НЕ (см. мою статью «МИКРОСХЕМА» на стр. «РАДИОкомпоненты»), включенные инверторами. Благодаря ПОС между выходом DD1.2 и входом DD1.1, а также выходом DD1.1 и входом DD1.2, создаваемым конденсаторами С1 и С2, устройство возбуждается и генерирует электрические импульсы. Частота следования импульсов зависит от номиналов конденсаторов и резисторов R1 и R2. Уменьшив емкости конденсаторов до 1…5 мкФ получим звуковую частоту 500…1000 Гц. Головной телефон надо подключить к одному из выходов мультивибратора через конденсатор емкостью 0,01…0,015 мкФ.
Иногда этот же мультивибратор изображают так:

Мультивибратор может быть выполнен на трёх логических элементах:

Все элементы включены инверторами и соединены последовательно. Времязадающая цепочка образована С1 и R1. В качестве индикатора можно использовать лампочку накаливания. Для плавного изменения частоты вместо R1 следует включить переменный резистор на 1,5 кОм. 

Если ёмкость конденсатора будет 1 мкФ, то частота колебаний станет звуковой.
Как работает такой мультивибратор? После включения какой-то из логических элементов первым примет одно из возможных состояний и тем самым повлияет на состояние других элементов. Пусть это будет элемент DD1.2, который оказался в единичном состоянии. Через элементы DD1.1 и DD1.2 мгновенно заряжается конденсатор, и элемент DD1.1 оказывается в нулевом состоянии. В таком же состоянии оказывается элемент DD1.3, поскольку на его входе логическая 1. Такое состояние неустойчиво, потому что на выходе DD1.3 логический 0, и конденсатор начинает разряжаться через резистор и выходной каскад элемента DD1.3. По мере разрядки положительное напряжение на входе элемента DD1.1 уменьшается. Как только оно станет равным пороговому, этот элемент переключится в единичное состояние, а элемент DD1.2 – в нулевое. Конденсатор начнет заряжаться через элемент DD1.3 (на его выходе теперь уровень логической 1), резистор и элемент DD1.2. Вскоре напряжение на входе первого элемента превысит пороговое, и все элементы переключатся в противоположные состояния. Так формируются электрические импульсы на выходе мультивибратора – на инверсном выходе элемента DD1.3.
«Трёхэлементный» мультивибратор можно упростить, удалив из него DD1.3:

Работает он аналогично предыдущему. Именно такой мультивибратор чаще всего применяется в различных радиоэлектронных устройствах.

На логических элементах можно сделать и ждущий мультивибратор. Как и предыдущий, он построен на 2-х логических элементах.

Первый DD1.1 используется по своему прямому назначению – как элемент 2И-НЕ. Кнопка SB1 выполняет функцию датчика запускающих сигналов. Для индикации импульсов используется, например, светодиод. Длительность импульсов можно увеличивать, увеличивая ёмкость С1 и сопротивление R1. Вместо R1 можно включить переменный (подстроечный) резистор сопротивлением около 2 кОм (но не более 2,2 кОм) для изменения длительности импульсов в некоторых пределах. Но при сопротивлении менее 100 Ом мультивибратор перестанет работать.
Принцип действия. В начальный момент нижний вывод элемента DD1.1 ни с чем не соединён – на нём уровень логической 1. А для элемента 2И-НЕ этого достаточно, чтобы он оказался в нулевом состоянии. На входе DD1.2 также уровень логического 0, поскольку падение напряжения на резисторе, создаваемое входным током элемента, удерживает входной транзистор элемента в закрытом состоянии. Напряжение логической 1 на выходе этого элемента поддерживает первый элемент в нулевом состоянии. При нажатии кнопки на вход первого элемента подаётся запускающий импульс отрицательной полярности, который переключает элемент DD1.1 в единичное состояние. Возникающий в этот момент скачок положительного напряжения на его выходе передаётся через конденсатор на входы второго элемента и переключает его из единичного состояния в нулевое. Такое состояние элементов остаётся и после окончания действия запускающего импульса. С момента появления положительного импульса на выходе первого элемента начинает заряжаться конденсатор – через выходной каскад этого элемента и резистор. По мере зарядки напряжение на резисторе падает. Как только оно достигнет порогового, второй элемент переключится в единичное состояние, а первый – в нулевое. Конденсатор быстро разрядится через выходной каскад первого элемента и водной каскад второго, и устройство окажется в ждущем режиме.
Следует иметь ввиду, что для нормальной работы мультивибратора длительность запускающего импульса должна быть меньше длительности формируемого.

P.S. Тема "МУЛЬТИВИБРАТОР" является примером творческого подхода к изучению электрических колебаний в курсе школьной физики. И не только. Создание простых схем, моделирование их работы, наблюдение и измерение электрических величин - это выход далеко за рамки обычной школьной физики и информатики. А создание реальных устройств совершенно меняет представление молодых людей о том, что и как можно ИЗУЧАТЬ в школе (терпеть не могу слово "УЧИТЬ").


Генератор сигналов — Википедия

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

Генераторы электрических колебаний

  • По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

  • По частотному диапазону:
    • Низкочастотные
    • Высокочастотные
  • По принципу работы:
  • По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, т. е. цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

2\pi LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

  1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
  2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
  3. петлевое усиление точно равно 1,
  4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1 - то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 - то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

Colpitts ob.jpg Fazowaja diagramma2.jpg

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Meisner bez perekosa fazy.jpg Fazowaja diagramma1.jpg

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

  • Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
  • Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
  • Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
  • Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
  • Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
  • Эхолоты.
  • Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Электромагнитная совместимость

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

См. также

Примечания

Литература

  • Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Ссылки

Генератор сигналов — Википедия с видео // WIKI 2

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее производить сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

Энциклопедичный YouTube

  • 1/1

    Просмотров:

    11 948

  • ✪ Функциональный генератор на одной микросхеме.

Содержание

Генераторы электрических колебаний

  • По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

  • По частотному диапазону:
    • Низкочастотные
    • Высокочастотные
  • По принципу работы:
  • По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, то есть цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

  1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
  2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
  3. петлевое усиление точно равно 1,
  4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1, то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1, то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

Colpitts ob.jpg Fazowaja diagramma2.jpg

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Meisner bez perekosa fazy.jpg Fazowaja diagramma1.jpg

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

  • Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
  • Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
  • Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
  • Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
  • Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
  • Эхолоты.
  • Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Электромагнитная совместимость

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

См. также

Примечания

Литература

  • Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Ссылки

Fazowaja diagramma1.jpg Эта страница в последний раз была отредактирована 10 сентября 2020 в 12:01.

Генератор сигналов — Википедия

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

Генераторы электрических колебаний

  • По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

  • По частотному диапазону:
    • Низкочастотные
    • Высокочастотные
  • По принципу работы:
  • По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, т. е. цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

2\pi LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

  1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
  2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
  3. петлевое усиление точно равно 1,
  4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1 - то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 - то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

Colpitts ob.jpg Fazowaja diagramma2.jpg

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Meisner bez perekosa fazy.jpg Fazowaja diagramma1.jpg

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

  • Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
  • Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
  • Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
  • Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
  • Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
  • Эхолоты.
  • Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Электромагнитная совместимость

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

См. также

Примечания

Литература

  • Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Ссылки

Генератор сигналов — Википедия. Что такое Генератор сигналов

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

Генераторы электрических колебаний

  • По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

  • По частотному диапазону:
    • Низкочастотные
    • Высокочастотные
  • По принципу работы:
  • По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, т. е. цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

2\pi LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

  1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
  2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
  3. петлевое усиление точно равно 1,
  4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1 - то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 - то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

Colpitts ob.jpg Fazowaja diagramma2.jpg

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Meisner bez perekosa fazy.jpg Fazowaja diagramma1.jpg

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

  • Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
  • Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
  • Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
  • Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
  • Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
  • Эхолоты.
  • Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Электромагнитная совместимость

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

См. также

Примечания

Литература

  • Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Ссылки

Генератор сигналов - это... Что такое Генератор сигналов?

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра)

Генераторы электрических колебаний

  • По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

  • По частотному диапазону:
    • Низкочастотные
    • Высокочастотные
  • По принципу работы:
  • По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Генератор (производитель) гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором (подавителем, активным фильтром). Усилитель генератора может быть как однокаскадным, так и многокаскадным.

Типовой график зависимости амплитуды выходного сигнала генератора от частоты LC-генератор с перекрёстными связями на кольце из двух инверторов

Цепи положительной обратной связи выполняют две функции: сдвиг сигнала по фазе для получения петлевого сдвига близкого к n*2π и фильтра, пропускающего нужную частоту. Функции сдвига фазы и фильтра могут быть распределены на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи. В цепи положительной обратной связи могут стоять усилители.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний являются:
1. петлевой сдвиг фазы равный n*360°±90°,
2. петлевое усиление >1,
3. рабочая точка усилительного каскада в середине диапазона входных значений.
Необходимость третьего условия.
Петлевой сдвиг фазы и в триггере и в генераторе равен около 360°. Петлевое усиление в триггере почти вдвое больше, чем в генераторе, но триггер не генерирует, так как рабочие точки каскадов в триггере смещены на края диапазона входных значений и эти состояния в триггере устойчивы, а состояние со средней величиной входных значений — неустойчиво. Такой характеристикой обладает компаратор.
В гармоническом генераторе среднее состояние устойчивое, а отклонения от среднего состояния неустойчивые.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.[4]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

Colpitts ob.jpg Fazowaja diagramma2.jpg

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Meisner bez perekosa fazy.jpg Fazowaja diagramma1.jpg

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

  • Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
  • Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
  • Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
  • эхолоты.
  • Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

См. также

Примечания

Ссылки

Генератор сигналов - неотъемлемая техника будущего!

 

Как известно, механизм под названием генератор сигналов позволяет получить нужный сигнал - электрический, акустический, иной - и который имеет необходимые заранее характеристики. Ими могут быть форма, энергетические параметры, статистические функции. Эти устройства повсеместно используют для преобразования сигналов или же измерения. Генератор сигналов - это источника и формирователь. Источником может служить устройство с эффектом самовозбуждением (усилителя с цепью положительной обратной связи), а формирователем обычно бывает электрический фильтр. В самом общем виде различают генераторы электрических и гармонических колебаний.


Преимущественно первые представляют собой преобразователи постоянного тока в переменный ток. Генераторы малой мощности обычно строят на однотактных усилительных каскадах, тогда как более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных или так называемых полумостовых усилительных каскадах с большим КПД. Производитель же гармонических колебаний является собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором или активным фильтром. Подобный механизм генератора может быть однокаскадным и многокаскадным.

 

Область применения генератора сигналов.


Где применяют генераторы сигналов? Конечно же, в самой современной и крутой лаборатории разработчика электронных устройств и измерительных приборов. В зависимости от назначения, лаборатории различают по уровням: начального, среднего и высшего (так называемый Hi-Fi). Кроме всего прочего, основные области применения подобных генераторов таковы:

 

  • контроль различных параметров и характеристик генераторов сигналов
  • осциллографический контроль и анализ формы сигналов
  • контроль, изменение или измерение амплитудных параметров устройства
  • контроль временных и вневременных параметров сигналов
  • проведение автоматических измерений и контроль времени нарастания импульсов генератора
  • контроль спектра сигналов с помощью осциллографа и анализ спектра сигналов генераторов анализатором спектра реального времени

Можно еще привести такие интересные примеры применения различных генераторов сигналов:

 

  • использование прибора AFG3000 при запуске формирователей импульсов (согласно времени нарастания и спада), измерении добротности LC-контуров и генератора качающейся частоты.
  • измерение амплитудно-частотной характеристики осциллографов, проверка характеристик осциллографов, детальные исследования линейных цепей
  • использование генератора сигнала Tektronix AFG3000 для измерения емкости
  • устройство RStamp SMA100A как надежное средство контроля аэронавигационных систем
  • применение подобных функциональных устройства как генератора качающейся частоты
  • чувствительность радиоприемника, контроль индикаторной панели и динамики интегральных микросхем

 

Перечень приборов и устройств, совместимых с генератором сигналов.

 

Краткий список устройств, в которых применяются генераторы сигналов, состоит таким образом: радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизоры, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и электрокардиографы, томографы, электронные тонометры, аппараты для УЗИ, эхолоты, физиотерапевтические приборы, эхолоты, программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины.

Типы и технологии »Электроника

Многие типы генераторов сигналов используются во многих тестовых системах, подающих стимул для тестируемого устройства.


Генераторы сигналов включает:
Основы генератора сигналов

Типы генераторов сигналов: Основы генератора ВЧ сигналов Генератор сигналов произвольной формы Генератор функций Генератор импульсов


Генератор сигналов - это тестовое оборудование, которое выдает электрический сигнал в форме волны.Это используется как стимул для тестируемого предмета.

Генераторы сигналов во всех их формах широко используются в системах тестирования и разработки, а также с другими инструментами тестирования.

Если посмотреть на то, что такое генератор сигналов, можно заметить, что они бывают разных форм - существует много типов генераторов сигналов, каждый из которых используется для обеспечения различной формы сигнала. Некоторые из них выдают радиочастотные сигналы, другие - аудиосигналы, некоторые могут передавать сигналы различной формы, а другие - только импульсы.

Генераторы сигналов используются уже много лет. Ранние типы были очень простыми по стандартам сегодняшних различных типов генераторов сигналов. Уровни производительности, а также разнообразие доступных средств обслуживания увеличились и улучшились.

Selection of signal generators including arbitrary waveform generator, RF signal generator, vector signal generator, function generator

Что такое генератор сигналов

Генераторы сигналов

бывают разных форм, способных генерировать различные формы сигналов для различных тестовых приложений. Некоторые из этих испытательных приборов предназначены для тестирования ВЧ-сигналов, в то время как другие используются для тестирования звука, возможно, как генератор синусоидальных волн и т. Д., А другие - для подачи импульсов, возможно, для возбуждения цифровых схем.Есть тысячи различных приложений для генераторов сигналов.

Однако они отличаются от измерительных тестовых приборов, таких как осциллограф, цифровые мультиметры, анализаторы спектра и т. Д., В том, что вместо измерения сигнала они генерируют сигнал, который подается на тестируемое устройство.

Соответственно стоит определить генератор сигналов:

Определение генератора сигналов:

Генератор сигналов - это электронный испытательный прибор, который создает или генерирует повторяющиеся или неповторяющиеся сигналы.Форма волны может быть разной формы и амплитуды. Генераторы сигналов всех типов чаще всего используются при проектировании, производстве, обслуживании и ремонте электронных устройств.

Обзор типов генераторов сигналов

Глядя на то, что такое генератор сигналов, можно увидеть, что существует множество различных типов генераторов сигналов:

  • Генератор сигналов произвольной формы: Генератор сигналов произвольной формы - это тип генератора сигналов, который создает очень сложные формы сигналов, которые могут быть указаны пользователем.Эти сигналы могут иметь практически любую форму и могут вводиться различными способами, вплоть до указания точек на форме сигнала.

    По сути, генератор сигналов произвольной формы можно рассматривать как очень сложный генератор функций.

    Будучи значительно более сложными, генераторы сигналов произвольной формы более дороги, чем функциональные генераторы, и часто их полоса пропускания более ограничена из-за методов, необходимых для генерации сигналов.


  • Генератор аудиосигналов: Как следует из названия, этот тип генератора сигналов используется для аудио приложений.Такие генераторы сигналов работают в звуковом диапазоне, обычно от 20 Гц до 20 кГц и более, и часто используются в качестве генераторов синусоидальных волн. Они часто используются при аудио измерениях частотной характеристики и для измерения искажений. В результате они должны иметь очень ровный отклик и очень низкие уровни гармонических искажений.
  • Генератор функций: Генератор функций - это тип генератора сигналов, который используется для генерации простых повторяющихся сигналов.Обычно этот тип генератора сигналов создает сигналы или функции, такие как синусоидальные, пилообразные, квадратные и треугольные формы сигналов.

    Ранние функциональные генераторы, как правило, полагались на схемы аналоговых генераторов, которые напрямую генерировали сигналы. Современные генераторы функций могут использовать методы цифровой обработки сигналов для генерации сигналов в цифровом виде, а затем их преобразования из цифрового в аналоговый формат.

    Многие функциональные генераторы, как правило, ограничиваются более низкими частотами, поскольку именно здесь часто требуются формы сигналов, создаваемые этим типом генератора сигналов.Однако возможно получение версий с более высокой частотой.


  • Генератор импульсов: Как следует из названия, генератор импульсов представляет собой форму генератора сигналов, которая создает импульсы. Эти генераторы сигналов часто представляют собой генераторы логических импульсов, которые могут генерировать импульсы с переменной задержкой, а некоторые даже предлагают переменное время нарастания и спада.

    Импульсы часто необходимы при тестировании различных цифровых, а иногда и аналоговых схем.Способность генерировать импульсы позволяет запускать схемы или посылать последовательности импульсов на устройство для обеспечения необходимого стимула.


  • Генератор радиочастотных сигналов: Как видно из названия, этот тип генератора сигналов используется для генерации радиочастотных или радиочастотных сигналов.

    Typical RF radio frequency signal generator Типичный генератор ВЧ сигналов Генератор радиочастотного сигнала может использовать множество методов для генерации сигнала. Типы аналоговых генераторов сигналов использовали автономные генераторы, хотя некоторые использовали методы частотной автоподстройки частоты для повышения стабильности.Однако в большинстве генераторов радиочастотных сигналов используются синтезаторы частоты для обеспечения необходимой стабильности и точности. Могут использоваться как методы фазовой автоподстройки частоты, так и методы прямого цифрового синтеза. Генераторы радиочастотных сигналов часто имеют возможность добавлять модуляцию к форме волны. Нижние конечные могут иметь возможность добавлять AM или FM, но высокопроизводительные генераторы RF-сигналов могут иметь возможность добавлять форматы модуляции OFDM, CDMA и т. Д. . поэтому их можно использовать для тестирования сотовых и беспроводных систем.


  • Векторный генератор сигналов: Векторный генератор сигналов - это тип генератора радиочастотных сигналов, который генерирует радиочастотные сигналы со сложными форматами модуляции, такими как QPSK, QAM и т. Д.

    Векторные генераторы сигналов обычно используются для тестирования современных систем передачи данных, от Wi-Fi до 4G, систем мобильной связи 5G и многих других решений для связи, в которых используются передовые формы сигналов. Поскольку эти формы сигналов используют схемы модуляции и формы сигналов, которые используют информацию о фазе, часто требуется векторный генератор сигналов.

Форматы генератора сигналов

Как и другие виды испытательного оборудования электроники, генераторы сигналов доступны во множестве различных форматов.Доступные типы форматов в определенной степени зависят от конкретного типа генератора сигналов, но есть несколько вариантов, которые могут быть доступны.

  • Традиционное стендовое испытательное оборудование: Традиционное стендовое испытательное оборудование - это видение того, что приходит на ум при разговоре об испытательных приборах. Автономный блок, который включает в себя сам генератор, а также источник питания, функции управления, дисплей и внешние органы управления, - это то, что обычно считается испытательным оборудованием.Эти тестовые инструменты охватывают самый большой объем, но не всегда являются наиболее подходящими, поскольку другие варианты также могут иметь свои преимущества.
  • Плата для тестирования стойки: Существуют тестовые модули, которые можно вставить в тестовую стойку. Ранние системы стоек включали VXI, но сегодня PXI является наиболее широко используемым. Основанный на популярном стандарте ПК, известном как PCI, PXI - это открытый стандарт, управляемый PXI Systems Alliance, PXISA, который взял стандарт PCI и обновил его для приложений контрольно-измерительного оборудования.Стойка состоит из базовой 19-дюймовой стоечной системы, которая включает в себя источник питания, а первый слот зарезервирован для контроллера или подключения к внешнему ПК. Остальные слоты для карт можно использовать для тестовых приборов. Доступен широкий выбор генераторов сигналов, генераторов функций, генераторов сигналов произвольной формы и т. Д. Такой подход идеально подходит для построения автоматизированной системы с несколькими блоками. Несмотря на то, что может показаться на первый взгляд, можно получить инструменты для тестирования PXI с очень высокими характеристиками, многие из которых сопоставимы по характеристикам с оборудованием для стендовых испытаний.
  • Генератор сигналов USB: В наши дни для многих измерительных приборов еще одним вариантом является использование мощности ПК для выполнения некоторых функций измерительного прибора. Тестовый модуль обеспечивает функциональность тестового оборудования, в данном случае генерируя сигнал, но питание, элементы управления и дисплей обеспечивает ПК. Это позволяет покупать гораздо более дешевые инструменты, сохраняя при этом возможности и производительность.
  • Использовать сигнал, сгенерированный компьютером: В некоторых случаях можно сгенерировать сигнал в цифровом виде на компьютере с помощью приложения или программы генератора сигналов.Полученный сигнал может быть отправлен через аудиоразъем звуковой карты. Этот путь предлагает очень дешевый способ создания сигнала, но он ограничен выходом аудио или звуковой карты ПК. Он может быть идеальным для некоторых приложений, но конечный результат очень зависит от звука или вывода с ПК, и этот маршрут, возможно, не лучший вариант, если требуется вывод с гарантированной производительностью.

Существует много различных форматов для генераторов сигналов с точки зрения физического формата тестового прибора.Если требуется автономное оборудование, часто оборудование для стендовых испытаний является идеальным путем, но для систем и областей, где доступны ПК, другие варианты могут подойти лучше.

Различные типы генераторов сигналов могут генерировать сигналы разных типов. Их можно использовать в различных приложениях: одни для тестирования РЧ-оборудования, другие для обеспечения стимулов для логических плат, а другие используются во множестве различных областей для обеспечения различных необходимых стимулов. При рассмотрении того, что такое генератор сигналов, необходимо определить тип генератора, необходимый для данной работы.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG
Вернуться в меню тестирования.. .

.

Что такое генератор сигналов? - Определение и объяснение

Определение: Генератор сигналов - это электронное устройство, которое индуцирует повторяющиеся и неповторяющиеся аналоговые или цифровые сигналы. Генератор сигналов широко используется при поиске и устранении неисправностей, отслеживании сигналов, тестировании, регулировке отклика усилителя и юстировке радио и телевизионных схем. . Генератор сигналов имеет встроенное свойство модуляции. Амплитуда и свойство модуляции очень распространены в генераторах сигналов.

Блок-схема генератора сигналов показана на рисунке ниже. Основная часть генератора сигналов - это ГУН (генератор, управляемый напряжением). Входное управляющее напряжение определяет частоту ГУН.

signal-generator

Частота ГУН прямо пропорциональна управляющему напряжению. Сигнал, подаваемый на управляющий вход, дает частоту генератора. Частотно-модулированный сигнал вырабатывается ГУН, когда входной аудиосигнал подается на управляющее напряжение.

Генератор сигналов также известен как генератор, который производит сигналы тональной, произвольной и цифровой формы. Генераторы сигналов генерируют измененный выходной сигнал вместе с другим сигналом, который является основным различием между генератором сигнала и генератором.

Когда сигнал производит немодулированные сигналы, то говорят, что они генерируют непрерывный сигнал высотной волны. Он производит модулированный сигнал в виде прямоугольных волн, треугольных волн, сложных сигналов и т. Д.

Для частотной модуляции схема модулятора размещается после ГУН. Схема изменяет выходные напряжения VCO, создавая выходной AM-сигнал.

signal-generator-waveform

Точность и стабильность - два основных свойства сигналов, используемых для тестирования приемника.

.

Генераторы ВЧ-сигналов - все. RF

291 Генераторы сигналов от 42 производителей, перечисленные во всем. Здесь перечислены RF

Генераторы ВЧ-сигналов от более чем 25 производителей. Выбирайте генераторы сигналов на основе необходимого вам частотного диапазона, уровня мощности, модуляции или ценового диапазона. Загрузите таблицы данных, сравните продукты и запросите расценки. Ваш запрос будет направлен производителю и его дистрибьюторам, которые ответят вам с предложением.

Beta

Генераторы ВЧ сигналов

Генераторы радиочастотных сигналов

используются для генерации высокочастотных сигналов, используемых для тестирования беспроводных систем в лаборатории.Мы создали базу генераторов ВЧ- и СВЧ-сигналов от ведущих производителей. Они состоят из генераторов высокого класса и более экономичных. Фильтры позволяют сузить список генераторов сигналов в зависимости от ваших требований и бюджета. При поиске генератора сигналов следует учитывать следующие ключевые параметры:

Тип: Генератор аналоговых сигналов или Векторный генератор сигналов. Это первый и один из самых важных фильтров.Генераторы аналоговых сигналов, также известные как источники сигналов или синтезаторы частот, - это те генераторы, которые могут генерировать сигнал в желаемом частотном диапазоне, который изменяется по амплитуде. Векторные генераторы сигналов могут генерировать сигналы, различающиеся как по амплитуде, так и по фазе.

Частота: Это диапазон частот, до которого или в котором генератор радиочастотных сигналов может генерировать сигналы.

Каналы: Это количество одновременных выходных сигналов, которые могут генерироваться генератором сигналов.Обычно это 1, однако также доступны многоканальные генераторы сигналов.

Диапазон мощности: Это амплитуда генерируемого сигнала. Значение диапазона мощности обычно можно установить с панели управления или через компьютерный интерфейс.

После того, как вы сузите выбор генератора сигналов на основе этих ключевых параметров, вы сможете сравнить соответствующие продукты, загрузить спецификации, просмотреть подробную спецификацию продукта или запросить коммерческое предложение. Расценки на генераторы радиочастотных сигналов, сделанные через все радиочастотные каналы, направляются производителю или их дистрибьюторам в зависимости от вашего географического региона.

.

Генератор сигналов, типы генерируемых сигналов, поддерживаемое оборудование

Аландские острова

Афганистан

Албания

Алжир

Американское Самоа

Андорра

Ангола

Ангилья

Антарктика

Антигуа и Барбуда

Австралия

Австралия

Австралия

Австралия

Австралия Азербайджан

Багамы

Бахрейн

Бангладеш

Барбадос

Беларусь

Бельгия

Белиз

Бенин

Бермуды

Бутан

Босния

Болзивия

Бутан

Болзивия

Британская территория в Индийском океане

Бруней-Даруссалам

Болгария

Буркина-Фасо

Бурунди

Камбоджа

Камерун

Канада

Кабо-Верде

Каймановы острова

Центральноафриканская Республика

Чад

Чили

Китай

Остров Рождества

Кокосовые острова (Килинг)

Колумбия

Коморские острова

Конго, Демократическая Республика (бывший Заир)

Коста-Конго, Республика

9000 Рика

Кот-д'Ивуар

Хорватия (местное название: Hrvatska)

Куба

Кипр

Чехия

Дания

Джибути

Доминика

Доминиканская Республика

Экваториальная Гвинея

Эритрея

Эстония

Эфиопия

Фолклендские (Мальвинские) острова

Фарерские острова

Фиджи

Финляндия

Франция

Французская Гвиана

Французская Гвиана

9000 Французская Гвиана

9000 Французская Гвиана

Гамбия

Грузия

Рост любая

Гана

Гибралтар

Греция

Гренландия

Гренада

Гваделупа

Гуам

Гватемала

Гвинея

Гвинея-Биссау

9000 9000 9000 Гайя-Бисау

Гвинея-Бисау

Гонконг

Венгрия

Исландия

Индия

Индонезия

Иран (Исламская Республика)

Ирак

Ирландия

Израиль

Италия

Ямайка

000 Япония

Иордания Япония

Ямайка

Кирибати

Корея, Народно-Демократическая Республика

Корея, Республика

Кувейт

Кыргызстан

Лаосская Народно-Демократическая Республика

Латвия

Ливан

Лесото

ahirtein

ahirtein

Арабская Джозия

ahiria

Литва

Люксембург

Макао

Македония, бывшая югославская Республика

Мадагаскар

Малави

Малайзия

Мальдивы

Мали

Мальдивы

Мали

9000 Мавританские острова Мавритания

Мальта

9000 Мавританские острова

Майотта

Мексика

Микронезия, Федеративные Штаты

Молдова, Республика

Монако

Монголия

Монтсеррат

Марокко

Мозамбик

Нидерланды

0003

Намибия

Намибия

Нидерланды

Намибия Антильские острова

Новая Каледония

Новая Зеландия

Никарагуа

Нигер

Нигерия

Ниуэ

Остров Норфолк

Северные Марианские острова

Норвегия

Пакистан

Норвегия

Пакистан

02 Палестинская территория, оккупированная

Панама

Папуа-Новая Гвинея

Парагвай

Перу

Филиппины

Питкэрн

Польша

Португалия

Пуэрто-Рико

Россия

Россия Руанда

Сент-Хелена

Сент-Китс и Невис

Сент-Люсия

Сен-Пьер и Микелон

Сент-Винсент и Гренадины

Самоа

Сан-Марино

Саудовская Аравия

Саудовская Аравия

Саудовская Аравия

Сербия и Черногория

Сейшельские острова

Сьерра-Леоне

Сингапур

Словакия

Словения

Соломоновы Острова

Сомали

Южная Африка

Южная Грузия

Южная Джорджия Испания и Южные Сандвичевы острова

Суринам

Острова Шпицберген и Ян-Майен

Свазиленд

Швеция

Швейцария

Сирийская Арабская Республика

Тайвань

Таджикистан

Танзания, Объединенная Республика

Тогте

Тогте

Таиланд

Тимор

Тонга

Тринидад и Тобаго

Тунис

Турция

Туркменистан

Острова Теркс и Кайкос

Тувалу

Уганда

Украина

00020003

Соединенные Штаты

Соединенные Штаты

Соединенные Штаты Америки

США Внешние острова

Уругвай

Узбекистан

Вануату

Ватикан-государство (Святой Престол)

Венесуэла

Вьетнам

Виргинские острова (Британские)

Виргинские острова (Великобритания).S.)

Острова Уоллис и Футуна

Западная Сахара

Йемен

Замбия

Зимбабве

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о