Автогенератор схема: Схемы автогенераторов | Основы электроакустики

Содержание

Схемы автогенераторов | Основы электроакустики

Схемы автогенераторов  Кроме рассмотренных ранее схем с трансформаторной связью широко распространены трехточечные схемы с индуктивной авто­трансформаторной и емкостной ОС, в которых колебательный контур подключается к электродам транзисто­ра (по переменному току высокой частоты) тремя точками Э, Б, отвод Э от контурной катушки подключен к эмит­теру через малое внутреннее сопротивление источника Ек), а также схемы RС-генераторов. Элементы контура к электродам транзисто­ра должны подключаться так, чтобы выполнялось фазовое условие самовозбуждения генератора. В автотрансформаторной схеме с индуктивной ОС) напряжение ОС снимается с части витков Lc контурной ка­тушки LK, которые заключены между эмиттером и базой транзис­тора, и через конденсатор С1 подается на его базу. Мгновенные зна­чения напряжений на катушках Lc и LK относительно средней точки противоположны (сдвинуты по фазе на 180°) и усилительный каскад дополнительно сдвигает фазу на 180°, в результате чего в схеме ус­танавливается положительная ОС и обеспечивается баланс фаз. Ам­плитудное условие самовозбуждения удовлетворяется подбором ве­личины ОС (числа витков катушки связи). В схеме с емкостной резонансный колебатель­ный контур образован конденсаторами Cl, C2 и катушкой LK. На­пряжение ОС снимается с конденсатора С2. Фазовое условие само­возбуждения в схеме удовлетворяется, поскольку мгновенные зна­чения напряжения на конденсаторах противоположны. Условие баланса амплитуд обеспечивается выбором емкости конденсатора С2. При ее увеличении ОС уменьшается. Настройку контура генератора удобно производить конденсатором переменной емкости СК| включаемым параллельно катушке контура. При включении конденсатора СЗ в контур последовательно с катушкой LK обеспечивается повы­шение стабильности частоты генератора при изменениях температу­ры и напряжения источника питания. Рабочий режим транзистора по постоянному току и его термостабилизация устанавливаются в приведенных схемах с помощью делителя R1R2 и резистора R3. 

RC-генераторы формируют гармонические колебания низких частот. На низких частотах затруднительно использование частотно-избирательных LC-цепей вследствие значительного увеличения размеров элементов контура, снижения его добротности, невозможности плавной перестройки контура в широком диапазоне частот. Поэтому для генераторов низких частот применяют частотно-избирательные (фазирующие) RС-цепи. Структурная схема генератора  с частотно-избира­тельной ЯС-цепью содержит широкополосный усилитель ШУ и фа­зирующую цепь частотно-избирательной обратной связи ЦОС. В ка­честве фазирующей цепи используют, одно- или многозвенные ЯС-фильтры, обеспечивающие требуемый фазовый сДвиг на частоте генерируемых колебаний. Чтобы чаетота колебаний в генераторе в основном определялась параметрами звеньев фазирующей цепи, а их амплитуда оставалась стабильной в заданном диапазоне частот, усилитель должен иметь большой коэффициент усиления по току и обладать высоким входным и относительно малым выходным со­противлениями.

Схема RС-генератора с трехзвенной фазирующей RС-цепью. Напряжение на выходе резисторного усилителя сдвинуто по фазе на 180° относительно напряжения на входе. Чтобы получить положительную *ОС в генераторе, трехзвенная фазирующая цепь должна обеспечивать дополнительный фазовый сдвиг сигнала на 180°. Фазирующая цепь вызывает затухание сигнала, поэтому для выполнения условия баланса амплитуд в схеме используют транзистор с относительно большим коэффициентом передачи тока (А21э>45).

Схема RС-генератора с Г-образной фазирующей цепью показана на рис. 105, в. Генератор представляет собой двухкаскадный широкополосный резисторный усилитель с положительной ОС. Каждый из резисторных каскадов изменяет фазу колебании на 180°, поэтому баланс фаз в схеме обеспечивается автоматически. Чтобы генератор работал на одной частоте, условие баланса фаз должно выполняться лишь на рабочей частоте генератора. Для выполнения этого условия в цепь ОС включена фазирующая Г-образная цепь с последовательно соединенными элементами C1R1 и параллельно соединенными C2R2. Цепь C1R1 создает положительный фазовый сдвиг, a C2R2 — отри­цательный. На определенной частоте фазовый сдвиг сигнала будет скомпенсирован (окажется равным нулю). На этой частоте и будет осуществляться баланс фаз, т.е. наступит самовозбуждение генера­тора. Частота генератора to = 1/\/C1RlC2R2 , а при R1=R2=R и С1=С2=С, w=1/RС. Коэффициент передачи фазосдвигающей цепи , а при R1=R2=R и С1=С2=С ­Kос=1/3. Очевидно, условие баланса амплитуд в схеме выполняется лишь при коэффициенте усиления двухкаскадного усилителя K>3. Свойства фазосдвигающей цепи реализуются при высоком вход-ном сопротивлении первого каскада и малом выходном сопротивлении второго каскада. Для этой цели первый каскад выполняют на полевом транзисторе. Для стабилизации амплитуды колебаний в генератор введена ООС на нелинейных элементах (терморезисторах, лампах накаливания), сопротивление которых зависит от проходящего тока. Регулирование рабочей частоты осуществляется изменением параметров двух элементов фазирующей цепи, поэтому в схеме используют сдвоенные переменные резисторы или сдвоенные конденсаторы переменной емкости.

АВТОГЕНЕРАТОР • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 1. Москва, 2005, стр. 145

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: С. Л. Мишенков

АВТОГЕНЕРА́ТОР (ге­не­ра­тор с са­мо­воз­бу­ж­де­ни­ем), ге­не­ра­тор элек­трич. ко­ле­ба­ний, ра­бо­таю­щий в ав­то­ко­ле­ба­тель­ном ре­жи­ме. Воз­бу­ж­де­ние ав­то­ко­ле­ба­ний в А. на­чи­на­ет­ся са­мо­про­из­воль­но с воз­ник­но­ве­ния (вслед­ст­вие элек­трич. флук­туа­ций) на­чаль­ных ко­ле­ба­ний, ко­то­рые на­рас­та­ют, ес­ли мощ­ность, пе­ре­да­вае­мая в ко­ле­ба­тель­ную сис­те­му от ис­точ­ни­ка пи­та­ния, пре­вы­ша­ет мощ­ность по­терь (т. е. про­ис­хо­дит са­мо­воз­бу­ж­де­ние ге­не­ра­то­ра). Ком­пен­са­ция по­терь и под­дер­жа­ние ста­цио­нар­но­го ре­жи­ма ра­бо­ты А. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся за счёт по­да­чи час­ти ко­ле­ба­тель­ной энер­гии с вы­хо­да ге­не­ра­то­ра на его вход с по­мощью по­ло­жит. об­рат­ной свя­зи ли­бо вклю­че­ни­ем в цепь А. эле­мен­та с от­ри­цат. со­про­тив­ле­ни­ем (напр., тун­нель­но­го дио­да). Час­то­та и фор­ма воз­бу­ж­дае­мых ав­то­ко­ле­ба­ний оп­ре­де­ля­ют­ся свой­ст­ва­ми са­мо­го ге­не­ра­то­ра.

Структурная схема автогенератора.

Про­стей­ший А., вы­ра­ба­ты­ваю­щий гар­мо­нич. ко­ле­ба­ния, со­дер­жит ко­ле­ба­тель­ный кон­тур, об­ла­даю­щий ма­лым ак­тив­ным со­про­тив­ле­ни­ем, ис­точ­ник пи­та­ния (вы­пря­ми­тель или ба­та­рея) и ак­тив­ный (уси­ли­тель­ный) эле­мент (напр., элек­трон­ная лам­па, тран­зи­стор) в со­че­та­нии с це­пью об­рат­ной свя­зи. Ста­биль­ность час­то­ты А. оп­ре­де­ля­ет­ся гл. обр. тем­пе­ра­тур­ной ста­биль­но­стью эле­мен­тов ко­ле­ба­тель­ной сис­темы и её доб­рот­но­стью. А. ши­ро­ко при­ме­ня­ют в ра­дио­пе­ре­дат­чи­ках (в ка­че­ст­ве за­даю­ще­го ге­не­ра­то­ра), в стан­дар­тах вре­ме­ни и час­то­ты, син­те­за­то­рах час­тот и др. См. так­же Ста­би­ли­за­ция час­то­ты.

Схема автогенератор

Частота и стабильность колебаний, излучаемых радиопередатчиком, определяются его возбудителем. Современные возбудители представляют собой сложные электронные устройства. Важнейшим элементом их структурной схемы является генератор с самовозбуждением автогенератор , который представляет собой автономную электрическую систему, предназначенную для создания высокостабильных колебаний высокой частоты. В радиопередатчиках используются, главным образом, одноконтурные автогенераторы, построенные по трехточечным схемам, в которых колебательный контур подключается к лампе или транзистору тремя точками. В качестве примера может быть рассмотрен одноконтурный автогенератор с автотрансформаторной обратной связью рис. При анализе амплитудных и фазовых соотношений в автогенераторе в установившемся режиме, а также при рассмотрении условий устойчивости амплитуды и фазы автоколебаний, можно воспользоваться квазилинейной теорией Берга, когда характеристику анодного тока лампы аппроксимируют отрезками прямых.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: как работает генератор простыми словами

14 Автогенераторы


Частота и стабильность колебаний, излучаемых радиопередатчиком, определяются его возбудителем. Современные возбудители представляют собой сложные электронные устройства. Важнейшим элементом их структурной схемы является генератор с самовозбуждением автогенератор , который представляет собой автономную электрическую систему, предназначенную для создания высокостабильных колебаний высокой частоты.

В радиопередатчиках используются, главным образом, одноконтурные автогенераторы, построенные по трехточечным схемам, в которых колебательный контур подключается к лампе или транзистору тремя точками. В качестве примера может быть рассмотрен одноконтурный автогенератор с автотрансформаторной обратной связью рис. При анализе амплитудных и фазовых соотношений в автогенераторе в установившемся режиме, а также при рассмотрении условий устойчивости амплитуды и фазы автоколебаний, можно воспользоваться квазилинейной теорией Берга, когда характеристику анодного тока лампы аппроксимируют отрезками прямых.

При этом, как было показано выше, ламповый генератор может быть представлен эквивалентной схемой рис. Амплитуда и частота установившихся колебаний в автогенераторе определяются условием самовозбуждения:. Здесь — приведенный коэффициент обратной связи :. Условие самовозбуждения в комплексной форме 2.

Выражение 2. Здесь — фазовый угол эквивалентного сопротивления контура: , это угол между первой гармоникой анодного тока лампы и напряжением на контуре , он зависит от частоты, так как представляет собой фазовую характеристику параллельного колебательного контура; — фазовый угол средней крутизны — угол между первой гармоникой анодного и управляющим напряжением ,поскольку ; — фазовый угол приведенного коэффициента обратной связи — угол между управляющим напряжением и напряжением на контуре , так как.

При СВЧ на величину этих углов влияет инерция электронов. Присутствие в уравнении баланса амплитуд множителя , зависящего от угла отсечки анодного тока лампы и от режима её работы , позволяет установить причину ограничения нарастания амплитуды колебаний в автогенераторе. В самом деле, из уравнений 2. При этом угол отсечки будет уменьшаться, коэффициент приведения -расти см.

Это продолжится до тех пор, пока не восстановится равенство 2. Увеличение внутреннего сопротивления при возрастании анодного тока происходит ещё и потому, что при этом увеличивается сеточный ток, а значит возрастает коэффициент. Таким образом, стабилизация амплитуды автоколебаний обусловлена нелинейностью внутреннего сопротивления лампы и зависимостью его величины от её электронного режима. Выполнение уравнений баланса амплитуд и баланса фаз являются необходимыми, но недостаточными условиями для длительного существования колебаний в автогенераторе, которое возможно лишь при выполнении условий устойчивости амплитуды и фазы.

Условие устойчивости амплитуды 2. Таким образом, приведённое внутреннее сопротивление является тем элементом, который определяет устойчивость амплитуды автоколебаний. При анализе условий самовозбуждения колебаний и устойчивости их амплитуды весьма наглядным является графический метод, при котором рассматриваются колебательные характеристики и прямые обратной связи автогенератора, работающего в заданном режиме.

Однако, обычно прямая обратной связи выражается уравнением. Эта зависимость представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат и имеющую тем больший наклон, чем больше коэффициент обратной связи К. Колебательная характеристика представляет собой зависимость первой гармоники анодного тока от напряжения возбуждения и определяется выражением:. Форма колебательной характеристики, как мы видели см. На графике рис. Эта точка соответствует состоянию покоя.

Из рис. С увеличением коэффициента обратной связи при некотором его значении прямая обратной связи будет иметь уже две точки пересечения с колебательной характеристикой — 0 и А. Теперь в точке 0 крутизна линии обратной связи становится меньше крутизны колебательной характеристики, эта точка становится неустойчивой, и возникают автоколебания, амплитуда которых нарастает до второй точки пересечения А, которая является устойчивой.

При дальнейшем увеличении коэффициента обратной связи точка пересечения перемещается вправо, и вместе с этим изменяется амплитуда генерируемых колебаний. Кривая зависимости тока первой гармоники анодного тока I a 1 от коэффициента обратной связи К показана на рис.

Рассмотренный характер самовозбуждения лампового генератора называется мягким самовозбуждением, так как при достаточном коэффициенте обратной связи колебания нарастают самопроизвольно, без внешних толчков. Автоколебания возникают и срываются при одном и том же минимальном значении коэффициента обратной связи К min , который определяется из 2.

Очевидно, самовозбуждение генератора возможно при коэффициенте обратной связи. На рис. Кривая изменения амплитуды колебаний в функции от коэффициента обратной связи имеет характерную петлю рис. При амплитуда колебаний нарастает до значения, соответствующего точке пересечения А 2 , которая является устойчивой. При колебания затухают. Применение в автогенераторах автоматического смещения за счет сеточного тока позволяет получить мягкое самовозбуждение при углах отсечки в установившемся режиме меньше 90 0.

При включении автогенератора, когда амплитуда автоколебаний равна нулю, сеточный ток отсутствует и, следовательно, напряжение смещения на управляющей сетке лампы равно нулю, то есть угол отсечки равен 0 и происходит мягкое самовозбуждение. При возрастании амплитуды автоколебаний появляется и растёт сеточный ток, поэтому увеличивается отрицательное смещение на сетке рис. Сопротивление автоматического смещения R g может быть выбрано так, чтобы угол отсечки q в установившемся режиме был меньше 90 0.

Условие баланса фаз в автогенераторе, как было показано выше, определяется выражением:. Поскольку фазовые углы j s и j к малы и при малых изменениях частоты меняются очень мало, то для простоты рассуждений при рассмотрении устойчивости фазы можно принять их равными нулю. Тогда условие баланса фаз примет вид:. При этом частота автоколебаний в стационарном режиме равна резонансной частоте контура. Фаза частота автоколебаний будет устойчива в том случае, когда при малом случайном изменении частоты w фазовый угол j э будет изменяться так, чтобы частота автоколебаний возвратилась к своему значению при состоянии равновесия фаз.

Можно показать, что устойчивость фазы частоты автогенератора обеспечивается его колебательным контуром. Математически условие устойчивости фазы частоты автогенератора выражается формулой:. Это можно пояснить следующим образом. Однако, из рис. Итак, устойчивость амплитуды колебаний в автогенераторе определяется лампой нелинейным характером её внутреннего сопротивления и зависимостью его величины от электронного режима лампы , а устойчивость их частоты фазы — колебательным контуром.

Большинство схем автогенераторов можно представить в виде обобщенной трёхточечной схемы, в которой колебательный контур подключён к лампе транзистору тремя точками рис. Пренебрегая влиянием инерции электронов, высших гармоник и сеточного тока, уравнение баланса фаз можно выразить равенством 2. Это означает, что контур настроен на частоту автоколебаний, то есть, согласно рис. При резонансе токи в ветвях контура одинаковы, поэтому коэффициент обратной связи K можно представить в виде:.

Поскольку напряжение обратной связи и напряжение на контуре синфазны, то реактивные сопротивления X ак и X g к должны быть одного знака, при этом сопротивление X ag должно быть противоположного знака. В качестве примера на рис. Эти схемы получили название простых трёхточек. На УКВ используют сложные трёхточечные схемы, в которых реактивное сопротивление X ag образовано проходной ёмкостью лампы С ag , а сопротивления X ак и X g к , которые должны иметь индуктивный характер, — расстроенными контурами, включёнными между анодом и катодом наружный контур и между сеткой и катодом внутренний контур рис.

Нагрузочная цепь, с которой связан анодный контур генератора, обычно непостоянна во времени, поэтому собственная частота анодного контура w ак с учётом вносимой в него из нагрузочной цепи реактивности может изменяться.

Из рис 2. Поэтому для ослабления влияния нагрузки на частоту автоколебаний собственная частота анодного контура должна быть выше, чем у сеточного, тогда генерируемая частота будет определяться главным образом параметрами сеточного контура. Если анодный контур сильно расстроен относительно сеточного, то мощность, отдаваемая в нагрузочную цепь, понизится, но при этом непостоянство параметров анодного контура мало отразится на генерируемой частоте.

Эту особенность схемы используют для повышения стабильности частоты автоколебаний. Обычно частота анодного контура приблизительно в полтора раза больше, чем сеточного. Стабильность частоты является одним из важнейших электрических показателей радиопередатчика. Ею в значительной степени определяется надежность работы радиолиний. Требования к стабильности частоты современных радиопередатчиков очень высоки — порядка 10 -6 — 10 -7 , а для однополосной связи и синхронного радиовещания — порядка 10 Как указывалось выше, стабильность частоты передатчика определяется главным образом задающим генератором.

Частота колебаний автогенератора определяется уравнением баланса фаз 2. Поскольку фазовые углы j s и j к в весьма слабой степени зависят от частоты , можно принять их независимыми от частоты и объединить в один угол j к s. Тогда уравнение баланса фаз упростится и примет вид:. Частота автоколебаний определяется абсциссой точки пересечения фазовой характеристики контура j э w c прямой линией j к s.

При уменьшении добротности контура его фазовая характеристика становится более пологой, поэтому при изменении углов j к s изменение частоты автоколебаний тем больше, чем меньше добротность контура Q рис. Под эталонностью контура понимается его способность сохранять постоянной собственную частоту при изменении тех или иных внешних условий.

Влияние недостаточной эталонности контура при неизменной величине углов j к s иллюстрирует рис. Эталонность контура зависит не только от качества его деталей конденсаторов и катушек индуктивности , но и от степени постоянства тех междуэлектродных и монтажных емкостей, которые добавляются к контуру, эти емкости обозначают DС а0.

Эталонность контура характеризуют формулой:. Из этой формулы следует, что эталонность контура тем выше, чем выше его добротность и чем ниже частота автоколебаний, поэтому для повышения стабильности частоты целесообразно понизить рабочую частоту автогенератора и затем использовать умножение частоты.

Чем выше добротность контура, тем при меньшей его связи с лампой обеспечивается необходимая величина сопротивления R э и поэтому в меньшей степени влияют на собственную частоту контура все подключаемые к нему малостабильные емкости DС а0. Влияние абсолютной величины углов j к s. Поскольку фазовая характеристика контура линейна только при частотах, близких к его собственной резонансной частоте, то, как видно из рис. В первом приближении основные дестабилизирующие факторы могут быть разделены на два класса — внешние и внутренние.

К первому классу относятся изменения температуры и влажности воздуха, атмосферного давления и т. Всё это влияет не собственную частоту контура и на его добротность, то есть на фазовую характеристику контура j э w.

Для предотвращения этого влияния используют высокостабильные элементы контур вакуумные конденсаторы, конденсаторы, в которых использованы два диэлектрика с противоположными знаками ТКЕ, катушки индуктивности, выполненные вжиганием в радио- или ультрафарфор и т. Ко второму классу относятся нестабильность источников питания генераторной лампы и непостоянство её нагрузки. И то, и другое приводят к изменению электронного режима лампы и поэтому влияет на величину фазовых углов j к s.

Для уменьшения изменения напряжений источников питания применяют стабилизированные источники питания, а также питание анодной цепи задающего генератора от автономного источника. Кроме того, в автогенераторе используется режим работы без сеточных токов.

Помогает также использование в автогенераторе автоматического смещения, которое стабилизирует режим. Для уменьшения влияния изменений сопротивления нагрузки уменьшают связь контура с нагрузкой, а также применяют специальные схемы , мало чувствительные к изменениям сопротивления нагрузки — сложные трёхточечные схемы, схему Шембеля и др. Кроме того, после автогенератора следует использовать каскад, работающий в буферном режиме.

Нагрузкой контура задающего генератора в передатчике может быть либо антенна, либо цепь управляющей сетки следующей ступени. В обоих случаях параметры нагрузки нестабильны и реакция нагрузки на контур задающего генератора изменяется, в результате частота автоколебаний нестабильна.


Справочник химика 21

Двухточечный LC -автогенератор с трансформаторной обратной связью. Принципиальная электрическая схема этого генератора представлена на рисунке Рисунок 11 — Принципиальная электрическая схема LC автогенератора с трансформаторной обратной связью. В этом генераторе в качестве усилительного элемента используется транзистор VT1 включенный по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой транзистора является параллельный колебательный контур L2 C2. Этот контур используется как колебательная система, с помощью которой формируются колебания, и как избирательная цепь, от которой зависит частота и форма колебаний. Катушки индуктивности L1 и L2 образуют высокочастотный трансформатор.

Фазовые портреты автогенератора гармонических колеба— Обобщенная схема автогенератора гармонических колебаний. Правило фаз и правило.

Источник высокого напряжения, автогенератор

Радиофизический факультет известен в мире как родоначальник универсального колебательно-волнового подхода к исследованию широкого круга явлений различной физической природы. Андроновым, М. Греховой, Г. Гореликом и В. Гинзбургом — была заложена особая, творческая система образования, которая и сейчас позволяет вести подготовку на мировом уровне глубоко образованных физиков со специализацией в области колебаний и волн. Новости Кафедры Наши выпускники Медиа Контакты. Радиофизический факультет — это. Признанная в мире научная школа в области колебаний и волн Радиофизический факультет известен в мире как родоначальник универсального колебательно-волнового подхода к исследованию широкого круга явлений различной физической природы. Расписание Личный кабинет portal. Радиофизический акультет проводит мероприятия для школьников.

Схема кварцевого барьерного автогенератора на основе двухтактного усилителя

To browse Academia. Skip to main content. Log In Sign Up. Пояснительная записка к Н.

Если условие самовозбуждения выполняется только для одной частоты, то на выходе генератора поддерживается синусоидальное напряжение этой частоты именно это характерно для генераторов гармонических колебаний.

Автогенератор

Основы электроакустики Путь к качественному звуку. Условие баланса амплитуд обеспечивается выбором емкости конденсатора С2. При ее увеличении ОС уменьшается. Настройку контура генератора удобно производить конденсатором переменной емкости СК включаемым параллельно катушке контура. Рабочий режим транзистора по постоянному току и его термостабилизация устанавливаются в приведенных схемах с помощью делителя R1R2 и резистора R3. RC-генераторы формируют гармонические колебания низких частот.

Схемы автогенераторов

Как известно, на основе усилителя в большинстве случаев можно изготовить автогенератор, соединив вход и выход усилителя через селективный элемент фильтр , соответственно реализуя необходимый фазовый сдвиг в таком «кольце». В работе была приведена схема дух тактного усилителя со встречной динамической нагрузкой см. Создать действительно простую и надежную схему кварцевого генератора, основываясь на схеме двухтактного усилителя со встречной динамической нагрузкой, оказалось возможным только при работе схемы автогенератора в барьерном режиме. Именно барьерный режим работы транзисторов позволяет создавать крайне простые схемы, которые чаще всего не нуждаются в настройке. Кроме того, получается весьма малая амплитуда ВЧ колебаний на селективном элементе автогенератора кварце или LC-контуре. Соответственно, малая амплитуда ВЧ колебаний на кварце малая мощность, рассеиваемая на кварце способствует получению действительно стабильных во времени колебаний, препятствуя таким негативным явлениям, как перескок частоты и генерация паразитных колебаний колебаний, наблюдающихся не на частоте кварца, либо не на его нечетных механических гармониках.

Классификация схем RC-автогенераторов с фильтрами в .. оценки для конкретной схемы генератора гармонических колебаний на.

Схемы автогенераторов

Эти генераторы имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. К недостаткам их относятся трудности изготовления высокостабильных температурно-независимых индуктивностей, а также высокая стоимость и громоздкость последних. Особенно это проявляется при создании автогенераторов диапазона инфранизких частот, в которых даже при применении ферромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и стоимость получаются большими.

10.1.1 Структурная схема автогенератора

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Генератор

LC-генератор так называется, потому что в нём используется LC-контур. Это, в принципе, понятно. Итак, обобщенная схема LC-автогенратора показана на рисунке 1. Вот такая несложная схемка. Элементы R1, R2, R3C3 обеспечивают необходимый режим по постоянному току усилительного элемента и его термостабилизации.

Схема автогенератора с индуктивной обратной связью приведена на рис. Схема автогенератора может быть выполнена с емкостной рис.

Генераторы на диодах

Автогенератор вырабатывает электрические электромагнитные колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери когда петлевой коэффициент усиления больше 1. При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы. Автогенераторы применяются, например, в радиопередающих устройствах. Мягкий режим характеризуется безусловным быстрым установлением стационарного режима при включении автогенератора. Жесткий режим требует дополнительных условий для установления колебаний: либо большой величины коэффициента обратной связи, либо дополнительного внешнего воздействия накачки.

LC-автогенераторы

Автогенератор — устройство, предназначенное для создания колебаний, вид которых, форма, частота, амплитуда и другие параметры не зависят от начальных условий и от внешнего сигнала, а определяются только структурой устройства. Любой автогенератор АГ , можно представить как усилитель с обратной связью ОС , упрощенная схема которого представлена на рисунке:. На этой схеме под действием ПОС коэффициент усиления увеличивается, тогда.


Схема — автогенератор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Схема — автогенератор

Cтраница 1

Схема автогенератора с индуктивной обратной связью приведена на рис. 48, а.  [1]

Схема автогенератора может быть выполнена с емкостной ( рис. 17 — 11, а), автотрансформаторной ( рис. 17 — 11, б) или индуктивной ( трансформаторной) ( рис. 17 — 11, в) обратной связью.  [2]

Схемы автогенераторов с использованием последовательного резонанса кварцев. В этих схемах кварц включается последовательно в цепь обратной связи. Коэффициент усиления на такой частоте максимален.  [4]

Схема автогенератора с цепью, поворачивающей фазу в сторону опережения, наиболее удобна на частотах в несколько герц и ниже, когда постоянная времени разделительного конденсатора Сс и сопротивления Rc должна составлять несколько секунд. Последнее требуется для того, чтобы не вводить дополнительный фазовый сдвиг.  [6]

Схема автогенератора, работающего на заданной механической гармонике кварцевой пластины, на рис. 7.6 аналогична схеме генератора на рис. 7.5, б; отличием является включение в цепь между коллектором и эмиттером транзистора колебательного контура, собственная частота которого несколько ниже рабочей частоты резонатора. Для основной частоты и гармоник более низких, чем заданная, контур Z. При этом условия самовозбуждения не выполняются и колебаний в системе не возникает. Для заданной частоты гармоники контур представляет собой емкостное сопротивление; тогда схема генератора — емкостная трехтонка. Для более высоких гармоник условия самовозбуждения, как правило, не выполняются.  [7]

Схемы автогенераторов с ТД, как и схемы типа А и Б на транзисторах ( рис. 174, б), одинаково пригодны для колебательных систем с однослойной катушкой индуктивности и для систем с резонансными линиями. В последнем случае под параметрами LCj и С следует понимать эквивалентные параметры резонансных линий.  [9]

Схемы автогенераторов с частичной емкостной связью могут быть двух типов. В схеме типа А ( рис. 3.3, а) конденсатор переменной емкости Сх включен последовательно с емкостями связи; в схеме типа Б ( рис. 3.3, б) конденсатор переменной емкости Ск включен параллельно с емкостями связи. Емкость С в схеме на рис. 3.3, а представляет собой межвитко-вую емкость катушки, и емкость С4 в обеих схемах — монтажную емкость, включающую емкость между выводами транзистора.  [11]

Схемы автогенераторов приведены в виде эквивалентной трехточечной схемы ( рис. 21.10), в которой реактивные элементы контуров второго и третьего видов включены между тремя электродами ( точками 1, 2, 3) транзистора.  [12]

Схемы кваргевых автогенераторов классифицируют в зависимости от рабочей частоты оок.  [13]

Схема автогенератора синусоидальных сигналов, в которой вывод эмиттера или истока транзистора присоединен к отводу индуктивной катушки резонансного контура.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

Автогенератор по схеме Клаппа — это… Что такое Автогенератор по схеме Клаппа?

Автогенератор по схеме Клаппа

Автогенератор по схеме Клаппа

Рис.1. Генератор Клаппа на лампе

Генератор Клаппа на полевом транзисторе (цепи смещения постоянного тока не показаны)

Автогенератор по схеме Клаппа — модификация трёхточечной схемы автогенератора (генератора Колпитца). Была предложена Д.К. Клаппом (James K. Clapp) в 1948 году.

Классическая ёмкостная трёхточечная схема (генератор Колпитца) малопригодна для технической реализации — расчёт показывает, что индуктивность катушки должна иметь порядок единиц нГн. Основная идея схемы Клаппа заключается в замене катушки с малой индуктивностью последовательным колебательным контуром, имеющим на рабочей частоте то же сопротивление, что и исходная катушка.

Частота колебаний в установившемся режиме:

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Вашариова, Магда
  • Луч (волны)

Полезное


Смотреть что такое «Автогенератор по схеме Клаппа» в других словарях:

  • Автогенератор — У этого термина существуют и другие значения, см. Автогенератор (значения). Автогенератор  электронный генератор с самовозбуждением.[1] Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи… …   Википедия

  • Генератор Клаппа — Рис.1. Генератор Клаппа на лампе …   Википедия

  • Генератор колебаний электрический — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды генераторов 2… …   Википедия

  • Электронный генератор — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды электронных… …   Википедия

  • 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.).… …   Википедия

Схема автогенератора на транзисторе

Тульский государственный педагогический университет им. Толстого физический факультет кафедра теоретической физики. Рассмотрим автогенератор как структуру, содержащую два основных звена: усилительное К и звено обратной связи с коэффициентом передачи рис. Основной предпосылкой к самовозбуждению автогенератора и переходу его в режим установившихся колебаний является положительная обратная связь, характеризуемая совпадением фазы напряжения на выходе цепи обратной связи и входе усилителя.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: генератор на транзисторе

6.1.ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ


Генератор Хартли индуктивная трёхточка является электронным LC-генератором в котором положительная обратная связь берётся через отвод от части катушки индуктивности параллельного LC-контура. В зависимости от схемы усилительного каскада возможны три разновидности генератора Хартли: на каскаде с общим эмиттером катодом, стоком , на каскаде с общим коллектором анодом, истоком и на каскаде с общей базой сеткой, затвором.

Каскад с общим истоком в схеме генератора Хартли на полевом транзисторе фазу не сдвигает. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. У этого термина существуют и другие значения, см. Категория : Генератор электроника. Пространства имён Статья Обсуждение.

Просмотры Читать Править Править код История. Эта страница в последний раз была отредактирована 7 сентября в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Подробнее см. Условия использования. Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Свяжитесь с нами Разработчики Заявление о куки Мобильная версия.


LC-автогенераторы

Выбор электросхемы автогенератора. Расчет элементов схемы АГ с учетом заданных параметров. Обосновать выбор схемы и её элементов. Произвести графо-аналитический расчёт усилителя. Выполнить электрическую принципиальную схему усилителя. Произвести экспериментальное исследование усилителя. Сделать выводы и заключения по курсовому проекту.

При наличии в схеме автогенератора колебаний должно выполняться транзистор по схеме с общим эмиттером, также создает фазовый сдвиг.

РАСЧЁТ АВТОГЕНЕРАТОРА НА ТРАНЗИСТОРЕ

Основные положения. Лекция 6 Тема Усилительные каскады на биполярных транзисторах 1. Подача смещения на вход активного элемента Положение начальной рабочей точки определяется полярностью и значением напряжения. Генераторы Среди генераторных устройств следует различать генераторы синусоидальных гармонических колебаний и генераторы прямоугольных колебаний, или сигналов прямоугольной формы генераторы импульсов. Лекция 5 Тема 5 Обратная связь в усилителях Обратной связью называют передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. На рисунке 4 показана структурная схема усилителя. Усилительные каскады на полевых транзисторах. Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.

Одноконтурные схемы автогенераторов на транзисторах

Эти генераторы имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. К недостаткам их относятся трудности изготовления высокостабильных температурно-независимых индуктивностей, а также высокая стоимость и громоздкость последних. Особенно это проявляется при создании автогенераторов диапазона инфранизких частот, в которых даже при применении ферромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и стоимость получаются большими. В генераторе -типа формы выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено хорошими фильтрующими свойствами колебательного -контура.

Простейшая схема автогенератора LC — типа на транзисторе приведена на рис.

5. ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

В конструкциях малогабаритных транзисторных радиопередающих устройств широкое распространение получили ВЧ-генераторы с трехточечным включением резонансного контура, то есть выполненных по схеме так называемой трехточки. Этот термин основан на применяемых при разработке таких устройств соответствующих схемотехнических решениях, для которых характерно подключение резонансного контура к активному элементу в трех точках. Необходимо отметить, что в специализированной литературе и в сети Интернет можно найти большое количество конструкций транзисторных трехточечных LC-генераторов, которые представляют собой модификации основополагающих схемотехнических решений и лишь на первый взгляд имеют принципиально значимые отличия от классических схем. В связи с ограниченным объемом предлагаемой книги в данном разделе будут рассмотрены особенности построения и функционирования транзисторных трехточечных LC-генераторов, основу которых составляют лишь наиболее часто применяемые при создании миниатюрных радиопередатчиков схемотехнические решения. В зависимости от схемы включения по высокой частоте активного элемента транзисторного ВЧ-генератора возможны три основных варианта включения как индуктивной, так и емкостной трехточек: по схеме с общей базой, по схеме с общим эмиттером и по схеме с общим коллектором. Упрощенные принципиальные схемы транзисторных трехточечных LC-генераторов приведены на рис.

Генераторы LC-типа

На рис. Ток базыI б0 , протекающий через сопротивлениеR 3 , создает положительное автоматическое смещение, обеспечивающее получение необходимого угла отсечки коллекторного тока в автоколебательном режиме АГ. В схему автогенератора рис. Для того чтобы получить на выходе автогенератора незатухающие гармонические колебания, необходимо правильно выбрать режим работы полевого транзисто-. При этом можно руководствоваться методикой компьютерного анализа резисторных каскадов усиления на полевых транзисторах раздел 3. Автогенератор на полевом транзисторе рис. Колебательный контур, образованный катушкой индуктивности l k и конденсатором С к, включен в стоковую цепь транзистора. На частоте генерации он эквивалентен индуктивности.

Принципиальная схема генератора с емкостным делителем (вариант 1) По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общей базой.

Устройство и принцип действия генераторов гармонических колебаний

На рис. Схема с индуктивной трансформаторной обратной связью рис. Схему с кондуктивной автотрансформаторной обратной связью рис.

Генераторы LC-типа

Разделы: Физика. Автоколебательные электромагнитные системы по описывающим их законам, аналогичны механическим автоколебательным системам. Под автоколебательной системой понимают такую систему, в которой при отсутствии внешнего периодического воздействия возникают и существуют сколь угодно долго периодические колебания. Рационально начать изучение темы с повторения механических автоколебательных систем, так как физические основы механических и электромагнитных автоколебаний едины.

Генератор — это автоколебательная система, формирующая импульсы электрического тока, в которой транзистор играет роль коммутирующего элемента.

Схема генератора синусоидальных колебаний на транзисторе. LC-генераторы

LC-генераторы с индуктивной связью. Отличительной особенностью LC-генераторов с индуктивной связью, отраженной в их названии, является цепь положительной обратной связи, которая обеспечивает индуктивную связь между входом и выходом активного элемента. Схемотехнические решения таких генераторов высокочастотных колебаний, хотя и редко, но применяются в миниатюрных транзисторных радиопередатчиках и радиомикрофонов. Первый LC-генератор с индуктивной обратной связью создал немецкий изобретатель Александр Мейсснер Alexander Meissner в году. В его ламповой конструкции для обеспечения положительной обратной связи использовались две катушки с встречным включением обмоток так называемое трансформаторное включение. В генераторе по схеме Мейсснера резонансный контур подключен к цепи управляющей сетки лампы, включенной по схеме с общим катодом.

Схема автогенератора с индуктивной обратной связью приведена на рис. Схема автогенератора может быть выполнена с емкостной рис. Схемы автогенераторов с использованием последовательного резонанса кварцев. В этих схемах кварц включается последовательно в цепь обратной связи.


Автогенераторы

Автогенераторы.

С помощью элементов ТТЛ (НЕ, И, ИЛИ) можно проектировать автогенераторы, у которых выходная частота колебаний превышает 30 МГц. Чтобы автогенератор быстро возбуждался и работал устойчиво во всем диапазоне внешних воздействий, лежащая в его основе усилительная линейка должна быть инвертирующей с большим коэффициентом усиления КU, который по возможности следует стабилизировать.

Простейший автогенератор получается из двух инверторов, но при этом значение КU невелико. Удобнее включить три или четыре элемента из микросхемы. На рисунке 1 показана схема автогенератора, в которой положительная обратная связь через конденсатор охватывает два элемента DD1.1 и DD1.2, причем DD1.1 выведен в линейный, усилительный режим с помощью резистора отрицательной обратной связи R1 = 220 Ом. Элемент DD1.3 применяется здесь как буферный, чтобы уменьшить влияния нагрузки на частоту автогенератора. Частота автогенерации F = 1/3(R1С1).

На рисунке 2 дана аналогичная схема кварцованного автогенератора. Мультивибратор на рисунке 3 снабжен выводом разрешения выходных сигналов EO. Элементы DD1.3 и DD1.4 образуют RS-триггер. В таком применении его называют защёлкой. Если на вход E0подать напряжение низкого уровня, то вход 10 элемента DD1.3 получит напряжение высокого уровня и генерация в линейке DD1.1 — DD1.3 будет разрешена. Генерация прекратится, когда на вход E0 поступит напряжение высокого уровня (тогда на входе 10 элемента DD1.3 будет низкий потенциал). На выходе генератора появится напряжение высокого уровня.

Как основу для автогенератора с повышенной стабильностью удобно выбрать инвертирующий усилительный каскад с отрицательной обратной связью через резистор Rос рисунок 4. Здесь коэффициент усиления КU = Uвых./Uс ≈-Rос/Rc. Надо учитывзть, что собственное усиление цифрового инвертора КU не превышает 20, что весьма далеко от усиления идеального операционного усилнтеля. В схеме на рисунке 5 использовано два таких инвертора с КU =2(560/220) < 5,5. Здесь при емкости С1=1000 пФ частота F=500 кГц. Аналогичные инверторы применены в кварцевом автогенераторе с пьезоэлектрическим резонатором ZQ1 рисунок 6. Регулируемая нелинейная отрицательная обратная связь через диод VD1 рисунок 7 позволяет построить мультивибратор с переменной скважностью импульсов.

На рисунке 8 показана схема кварцевого автогенератора с буферным выходным логическим элементом DD1.3. На цифровых инверторах удобно выполнять симметричные мультивибраторы которые генерируют парафазные выходные последовательности. Автогенераторы на рисунках 9 и 10 различаются способом подключения времязадающих конденсаторов и резисторов. Выходная частота автогенератора по схеме 9 составляет 2МГц при С1 = С2 = 100пФ. Если в автогенераторе по схеме 10 установлены конденсаторы C1 = C2 = 200 пФ, его выходная частота будет 1 МГц. Выходную частоту можно установить от 1 Гц до 1ОМГц, если емкости конденсаторов выбрать в пределах 50мкФ до 10пФ.

Схема автогенератора с колебательным контуром показана на рисунке 11 Частота автогенерации здесь определяется по формуле Р = 1/(2π√LCэ, причем эквивалентная емкость Сэ соответствует параллельному включению конденсаторов СI и С2, Сэ = С1С2/(С1 + С2). Достоинством такого автогенератора является использование в нем всего одного инвертора.

Как собрать схему генератора | Как вики

В этом руководстве кратко описаны различные схемы генераторов.

Индуктивно-конденсаторные генераторы.

Осциллятор Колпитца

Упрощенная версия формулы такова:

Генератор Хартли


Плюсы:

  • Изменение частоты с помощью переменного конденсатора
  • Выходная амплитуда остается постоянной во всем диапазоне частот
  • Коэффициент обратной связи дросселя с ответвлениями сохраняется

Минусы:

  • Не подходит для чистой синусоиды

Осциллятор Клэппа

Осциллятор Армстронга

на основе схемы регенеративного приемника

Блокирующий осциллятор

Используется любой операционный усилитель и сдвигается фаза обратной связи.Приступить к работе очень просто.

Полные уравнения

Критерии колебаний:

Упрощенные уравнения

Чтобы использовать эти уравнения и и

цифровым языком: нестабильный мультивибратор

Мультивибратор

Схема имеет два состояния:

Состояние 1′:

  • Q1 включен
  • Коллектор Q1 при 0 В
  • Тестовая зарядка C1 через R2 (и Q1)
  • Напряжение на базе транзистора Q2 равно напряжению на конденсаторе C1.Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере зарядки C1.
  • Q2 выключен (при базовом напряжении < 0,6 В)
  • C2 разряжается через резисторы R3 и R4
  • Высокое выходное напряжение (хотя и немного ниже напряжения питания из-за разрядного тока конденсатора C2 через R4) и схема переходит в следующее состояние.

Состояние 2

  • Q2 включен
  • Коллектор Q2 (выходное напряжение) переходит от +В к 0В
  • Это ступенчатое изменение на C2 вызывает отрицательный импульс на базе Q1, который быстро выключает его.
  • Q1 выключен, его коллектор поднимается примерно до +V.
  • C1 разряжается через R1 и R2
  • C2 заряжается через R3 от -V через 0V до +0,6V (это может рассматриваться как разрядка, а не зарядка)
  • Напряжение на базе транзистора Q1 равно напряжению на конденсаторе C2. Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере заряда C2.
  • Это состояние самоподдерживается до тех пор, пока напряжение на базе Q1 не достигнет 0,6 В, после чего Q1 включается, и схема возвращается в состояние 1.

Начальное включение

При первом включении схемы ни один из транзисторов не включается. Однако это означает, что на данном этапе они оба будут иметь высокие базовые напряжения и, следовательно, тенденцию к включению, а неизбежные небольшие асимметрии будут означать, что один из транзисторов будет включаться первым. Это быстро переведет схему в одно из вышеуказанных состояний, и последует колебание.

Период колебаний

Грубо говоря, продолжительность состояния 1 (высокий выход) будет связана с постоянной времени R2.C1, поскольку она зависит от зарядки C1, а продолжительность состояния 2 (низкий выход) будет связана с постоянной времени R3.C2, поскольку она зависит от зарядки C2 — и эти постоянные времени не обязательно должны быть одинаковыми, поэтому Пользовательский рабочий цикл может быть достигнут.

Однако продолжительность каждого состояния также зависит от начального состояния заряда рассматриваемого конденсатора, а это, в свою очередь, будет зависеть от величины разряда во время предыдущего состояния, что также будет зависеть от резисторов, используемых во время разряда ( R1 и R4), а также от длительности предыдущего состояния, и т.д. .В результате при первом включении период будет довольно долгим, поскольку конденсаторы изначально полностью разряжены, но период быстро сократится и стабилизируется.

Период также будет зависеть от тока, потребляемого с выхода.

Из-за всех этих неточностей на практике обычно используются более сложные ИС таймера, как описано выше.

Инвертор кольцевого генератора

Требуется нечетное количество инверторов. Использование минимального количества каскадов в генераторе позволяет достичь максимальных частот, однако это будет чувствительно к колебаниям напряжения.При использовании большего количества ступеней шум, вызванный колебаниями напряжения, сводится к минимуму. Частота не является точной из-за различий во времени перехода. Это компенсируется за счет управления током, проходящим через транзисторы. Это также позволяет вам сделать его генератором, управляемым напряжением (VCO).

КМОП-кристаллический генератор

Генератор инвертора триггера Шмитта

Это может быть построено из микросхем серии ttl 7414, 74ls14… или из серии 4000 cmos (например,г.:4093).

Может использоваться вместо других осцилляторов.

Т = 1,7*RC

Стабильный RC-генератор

Это, вероятно, самый распространенный генератор для любителей электроники, потому что это обычная ИС и хорошо задокументирована.

  • широкополосные усилители
  • буферные усилители
  • кварцевые генераторы
  • эмиттерная дегенерация
  • Осциллятор Хартли
  • отрицательный отзыв
  • Генераторы, управляемые напряжением
  • дрейф осциллятора
  • Осциллятор Армстронга
  • Нестабильный мультивибратор
  • Блокирующий осциллятор
  • Генератор Клаппа
  • Генератор Колпитца
  • Кварцевый осциллятор
  • Электронный осциллятор
  • Осциллятор Хартли
  • Генератор релаксации
  • RLC-цепь
  • Осциллятор Ваккара
  • Осциллятор Ройера
  • OCXO (сокращение от Oven Controlled X-tal (Crystal) Oscillator) — это метод, используемый для предотвращения изменений температуры, влияющих на резонансную частоту пьезоэлектрического кристалла.

В электронике осциллятор — это схема, которая генерирует сигнал на определенной частоте. Вы можете сделать простой генератор с катушкой индуктивности и конденсатором (две параллельные пластины). Цепь будет попеременно накапливать энергию в конденсаторах (электрическая энергия) и в катушке индуктивности (магнитная энергия). Электроны, выходящие из одной пластины, будут проходить через индуктор. Когда заряд на пластинах становится постоянным, ток затухает. Падение тока создает электродвижущую силу в катушке индуктивности, которая заставляет электроны двигаться в том же направлении, тем самым заряжая другую пластину конденсатора.Тебе понадобиться:

  • 2 рулона Saran Wrap
  • Рулон алюминиевой фольги
  • 2 неизолированных провода
  • Тонкий изолированный медный провод
  • Картонная трубка
  • Батарея

Если у вас нет конденсатора, выполните следующие действия. удобный. Разверните два рулона Saran Wrap на несколько футов. Поместите несколько квадратных футов алюминиевой фольги на каждую развернутую область, чтобы обертка Saran простиралась дальше (покрывала большую площадь), чем алюминиевые листы. Это дополнительное удлинение обеспечит электрическую изоляцию между «пластинами», когда два листа Saran Wrap и алюминий будут снова свернуты вместе.Теперь разрежьте сэндвич с саранской оберткой по краю одного из рулонов саранской обертки и поместите только что отрезанный сэндвич с алюминиевой оберткой саран прямо на другой сэндвич с алюминиевой оберткой из саран. Это делает бутерброд из саран-обертки-фольги-саран-обертки-фольги. Нижний слой Saran Wrap все еще соединен с рулоном Saran Wrap. Вставьте два оголенных провода в сэндвич разными слоями, чтобы они соприкасались с двумя алюминиевыми листами. Затем сверните все это в рулон Saran Wrap, который все еще прикреплен к нижнему слою Saran Wrap.Слой Saran Wrap между двумя слоями фольги изолирует их друг от друга, как воздух в обычном конденсаторе.
Шаг 2: Прикрепите провода конденсатора к противоположным концам батареи изолентой. Это зарядит конденсатор. Дайте ему зарядиться в течение часа, как если бы вы заряжали аккумулятор. http://www.ehow.com/how_5652134_make-simple-oscillator.html

Как собрать схему генератора | Как вики

В этом руководстве кратко описаны различные схемы генераторов.

Индуктивно-конденсаторные генераторы.

Осциллятор Колпитца

Упрощенная версия формулы такова:

Генератор Хартли


Плюсы:

  • Изменение частоты с помощью переменного конденсатора
  • Выходная амплитуда остается постоянной во всем диапазоне частот
  • Коэффициент обратной связи дросселя с ответвлениями сохраняется

Минусы:

  • Не подходит для чистой синусоиды

Осциллятор Клэппа

Осциллятор Армстронга

на основе схемы регенеративного приемника

Блокирующий осциллятор

Используется любой операционный усилитель и сдвигается фаза обратной связи.Приступить к работе очень просто.

Полные уравнения

Критерии колебаний:

Упрощенные уравнения

Чтобы использовать эти уравнения и и

цифровым языком: нестабильный мультивибратор

Мультивибратор

Схема имеет два состояния:

Состояние 1′:

  • Q1 включен
  • Коллектор Q1 при 0 В
  • Тестовая зарядка C1 через R2 (и Q1)
  • Напряжение на базе транзистора Q2 равно напряжению на конденсаторе C1.Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере зарядки C1.
  • Q2 выключен (при базовом напряжении < 0,6 В)
  • C2 разряжается через резисторы R3 и R4
  • Высокое выходное напряжение (хотя и немного ниже напряжения питания из-за разрядного тока конденсатора C2 через R4) и схема переходит в следующее состояние.

Состояние 2

  • Q2 включен
  • Коллектор Q2 (выходное напряжение) переходит от +В к 0В
  • Это ступенчатое изменение на C2 вызывает отрицательный импульс на базе Q1, который быстро выключает его.
  • Q1 выключен, его коллектор поднимается примерно до +V.
  • C1 разряжается через R1 и R2
  • C2 заряжается через R3 от -V через 0V до +0,6V (это может рассматриваться как разрядка, а не зарядка)
  • Напряжение на базе транзистора Q1 равно напряжению на конденсаторе C2. Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере заряда C2.
  • Это состояние самоподдерживается до тех пор, пока напряжение на базе Q1 не достигнет 0,6 В, после чего Q1 включается, и схема возвращается в состояние 1.

Начальное включение

При первом включении схемы ни один из транзисторов не включается. Однако это означает, что на данном этапе они оба будут иметь высокие базовые напряжения и, следовательно, тенденцию к включению, а неизбежные небольшие асимметрии будут означать, что один из транзисторов будет включаться первым. Это быстро переведет схему в одно из вышеуказанных состояний, и последует колебание.

Период колебаний

Грубо говоря, продолжительность состояния 1 (высокий выход) будет связана с постоянной времени R2.C1, поскольку она зависит от зарядки C1, а продолжительность состояния 2 (низкий выход) будет связана с постоянной времени R3.C2, поскольку она зависит от зарядки C2 — и эти постоянные времени не обязательно должны быть одинаковыми, поэтому Пользовательский рабочий цикл может быть достигнут.

Однако продолжительность каждого состояния также зависит от начального состояния заряда рассматриваемого конденсатора, а это, в свою очередь, будет зависеть от величины разряда во время предыдущего состояния, что также будет зависеть от резисторов, используемых во время разряда ( R1 и R4), а также от длительности предыдущего состояния, и т.д. .В результате при первом включении период будет довольно долгим, поскольку конденсаторы изначально полностью разряжены, но период быстро сократится и стабилизируется.

Период также будет зависеть от тока, потребляемого с выхода.

Из-за всех этих неточностей на практике обычно используются более сложные ИС таймера, как описано выше.

Инвертор кольцевого генератора

Требуется нечетное количество инверторов. Использование минимального количества каскадов в генераторе позволяет достичь максимальных частот, однако это будет чувствительно к колебаниям напряжения.При использовании большего количества ступеней шум, вызванный колебаниями напряжения, сводится к минимуму. Частота не является точной из-за различий во времени перехода. Это компенсируется за счет управления током, проходящим через транзисторы. Это также позволяет вам сделать его генератором, управляемым напряжением (VCO).

КМОП-кристаллический генератор

Генератор инвертора триггера Шмитта

Это может быть построено из микросхем серии ttl 7414, 74ls14… или из серии 4000 cmos (например,г.:4093).

Может использоваться вместо других осцилляторов.

Т = 1,7*RC

Стабильный RC-генератор

Это, вероятно, самый распространенный генератор для любителей электроники, потому что это обычная ИС и хорошо задокументирована.

  • широкополосные усилители
  • буферные усилители
  • кварцевые генераторы
  • эмиттерная дегенерация
  • Осциллятор Хартли
  • отрицательный отзыв
  • Генераторы, управляемые напряжением
  • дрейф осциллятора
  • Осциллятор Армстронга
  • Нестабильный мультивибратор
  • Блокирующий осциллятор
  • Генератор Клаппа
  • Генератор Колпитца
  • Кварцевый осциллятор
  • Электронный осциллятор
  • Осциллятор Хартли
  • Генератор релаксации
  • RLC-цепь
  • Осциллятор Ваккара
  • Осциллятор Ройера
  • OCXO (сокращение от Oven Controlled X-tal (Crystal) Oscillator) — это метод, используемый для предотвращения изменений температуры, влияющих на резонансную частоту пьезоэлектрического кристалла.

В электронике осциллятор — это схема, которая генерирует сигнал на определенной частоте. Вы можете сделать простой генератор с катушкой индуктивности и конденсатором (две параллельные пластины). Цепь будет попеременно накапливать энергию в конденсаторах (электрическая энергия) и в катушке индуктивности (магнитная энергия). Электроны, выходящие из одной пластины, будут проходить через индуктор. Когда заряд на пластинах становится постоянным, ток затухает. Падение тока создает электродвижущую силу в катушке индуктивности, которая заставляет электроны двигаться в том же направлении, тем самым заряжая другую пластину конденсатора.Тебе понадобиться:

  • 2 рулона Saran Wrap
  • Рулон алюминиевой фольги
  • 2 неизолированных провода
  • Тонкий изолированный медный провод
  • Картонная трубка
  • Батарея

Если у вас нет конденсатора, выполните следующие действия. удобный. Разверните два рулона Saran Wrap на несколько футов. Поместите несколько квадратных футов алюминиевой фольги на каждую развернутую область, чтобы обертка Saran простиралась дальше (покрывала большую площадь), чем алюминиевые листы. Это дополнительное удлинение обеспечит электрическую изоляцию между «пластинами», когда два листа Saran Wrap и алюминий будут снова свернуты вместе.Теперь разрежьте сэндвич с саранской оберткой по краю одного из рулонов саранской обертки и поместите только что отрезанный сэндвич с алюминиевой оберткой саран прямо на другой сэндвич с алюминиевой оберткой из саран. Это делает бутерброд из саран-обертки-фольги-саран-обертки-фольги. Нижний слой Saran Wrap все еще соединен с рулоном Saran Wrap. Вставьте два оголенных провода в сэндвич разными слоями, чтобы они соприкасались с двумя алюминиевыми листами. Затем сверните все это в рулон Saran Wrap, который все еще прикреплен к нижнему слою Saran Wrap.Слой Saran Wrap между двумя слоями фольги изолирует их друг от друга, как воздух в обычном конденсаторе.
Шаг 2: Прикрепите провода конденсатора к противоположным концам батареи изолентой. Это зарядит конденсатор. Дайте ему зарядиться в течение часа, как если бы вы заряжали аккумулятор. http://www.ehow.com/how_5652134_make-simple-oscillator.html

Как собрать схему генератора | Как вики

В этом руководстве кратко описаны различные схемы генераторов.

Индуктивно-конденсаторные генераторы.

Осциллятор Колпитца

Упрощенная версия формулы такова:

Генератор Хартли


Плюсы:

  • Изменение частоты с помощью переменного конденсатора
  • Выходная амплитуда остается постоянной во всем диапазоне частот
  • Коэффициент обратной связи дросселя с ответвлениями сохраняется

Минусы:

  • Не подходит для чистой синусоиды

Осциллятор Клэппа

Осциллятор Армстронга

на основе схемы регенеративного приемника

Блокирующий осциллятор

Используется любой операционный усилитель и сдвигается фаза обратной связи.Приступить к работе очень просто.

Полные уравнения

Критерии колебаний:

Упрощенные уравнения

Чтобы использовать эти уравнения и и

цифровым языком: нестабильный мультивибратор

Мультивибратор

Схема имеет два состояния:

Состояние 1′:

  • Q1 включен
  • Коллектор Q1 при 0 В
  • Тестовая зарядка C1 через R2 (и Q1)
  • Напряжение на базе транзистора Q2 равно напряжению на конденсаторе C1.Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере зарядки C1.
  • Q2 выключен (при базовом напряжении < 0,6 В)
  • C2 разряжается через резисторы R3 и R4
  • Высокое выходное напряжение (хотя и немного ниже напряжения питания из-за разрядного тока конденсатора C2 через R4) и схема переходит в следующее состояние.

Состояние 2

  • Q2 включен
  • Коллектор Q2 (выходное напряжение) переходит от +В к 0В
  • Это ступенчатое изменение на C2 вызывает отрицательный импульс на базе Q1, который быстро выключает его.
  • Q1 выключен, его коллектор поднимается примерно до +V.
  • C1 разряжается через R1 и R2
  • C2 заряжается через R3 от -V через 0V до +0,6V (это может рассматриваться как разрядка, а не зарядка)
  • Напряжение на базе транзистора Q1 равно напряжению на конденсаторе C2. Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере заряда C2.
  • Это состояние самоподдерживается до тех пор, пока напряжение на базе Q1 не достигнет 0,6 В, после чего Q1 включается, и схема возвращается в состояние 1.

Начальное включение

При первом включении схемы ни один из транзисторов не будет включен. Однако это означает, что на данном этапе они оба будут иметь высокие базовые напряжения и, следовательно, тенденцию к включению, а неизбежные небольшие асимметрии будут означать, что один из транзисторов будет включаться первым. Это быстро переведет схему в одно из вышеуказанных состояний, и последует колебание.

Период колебаний

Грубо говоря, продолжительность состояния 1 (высокий выход) будет связана с постоянной времени R2.C1, поскольку она зависит от зарядки C1, а продолжительность состояния 2 (низкий выход) будет связана с постоянной времени R3.C2, поскольку она зависит от зарядки C2 — и эти постоянные времени не обязательно должны быть одинаковыми, поэтому Пользовательский рабочий цикл может быть достигнут.

Однако продолжительность каждого состояния также зависит от начального состояния заряда рассматриваемого конденсатора, а это, в свою очередь, будет зависеть от величины разряда во время предыдущего состояния, что также будет зависеть от резисторов, используемых во время разряда ( R1 и R4), а также от длительности предыдущего состояния, и т.д. .В результате при первом включении период будет довольно долгим, поскольку конденсаторы изначально полностью разряжены, но период быстро сократится и стабилизируется.

Период также будет зависеть от тока, потребляемого с выхода.

Из-за всех этих неточностей на практике обычно используются более сложные ИС таймера, как описано выше.

Инвертор кольцевого генератора

Требуется нечетное количество инверторов. Использование минимального количества каскадов в генераторе позволяет достичь максимальных частот, однако это будет чувствительно к колебаниям напряжения.При использовании большего количества ступеней шум, вызванный колебаниями напряжения, сводится к минимуму. Частота не является точной из-за различий во времени перехода. Это компенсируется за счет управления током, проходящим через транзисторы. Это также позволяет вам сделать его генератором, управляемым напряжением (VCO).

КМОП-кристаллический генератор

Генератор инвертора триггера Шмитта

Это может быть построено из микросхем серии ttl 7414, 74ls14… или из серии 4000 cmos (например,г.:4093).

Может использоваться вместо других осцилляторов.

Т = 1,7*RC

Стабильный RC-генератор

Это, вероятно, самый распространенный генератор для любителей электроники, потому что это обычная ИС и хорошо задокументирована.

  • широкополосные усилители
  • буферные усилители
  • кварцевые генераторы
  • эмиттерная дегенерация
  • Осциллятор Хартли
  • отрицательный отзыв
  • Генераторы, управляемые напряжением
  • дрейф осциллятора
  • Осциллятор Армстронга
  • Нестабильный мультивибратор
  • Блокирующий осциллятор
  • Генератор Клаппа
  • Генератор Колпитца
  • Кварцевый осциллятор
  • Электронный осциллятор
  • Осциллятор Хартли
  • Генератор релаксации
  • RLC-цепь
  • Осциллятор Ваккара
  • Осциллятор Ройера
  • OCXO (сокращение от Oven Controlled X-tal (Crystal) Oscillator) — это метод, используемый для предотвращения изменений температуры, влияющих на резонансную частоту пьезоэлектрического кристалла.

В электронике осциллятор — это схема, которая генерирует сигнал на определенной частоте. Вы можете сделать простой генератор с катушкой индуктивности и конденсатором (две параллельные пластины). Цепь будет попеременно накапливать энергию в конденсаторах (электрическая энергия) и в катушке индуктивности (магнитная энергия). Электроны, выходящие из одной пластины, будут проходить через индуктор. Когда заряд на пластинах становится постоянным, ток затухает. Падение тока создает электродвижущую силу в катушке индуктивности, которая заставляет электроны двигаться в том же направлении, тем самым заряжая другую пластину конденсатора.Тебе понадобиться:

  • 2 рулона Saran Wrap
  • Рулон алюминиевой фольги
  • 2 неизолированных провода
  • Тонкий изолированный медный провод
  • Картонная трубка
  • Батарея

Если у вас нет конденсатора, выполните следующие действия. удобный. Разверните два рулона Saran Wrap на несколько футов. Поместите несколько квадратных футов алюминиевой фольги на каждую развернутую область, чтобы обертка Saran простиралась дальше (покрывала большую площадь), чем алюминиевые листы. Это дополнительное удлинение обеспечит электрическую изоляцию между «пластинами», когда два листа Saran Wrap и алюминий будут снова свернуты вместе.Теперь разрежьте сэндвич с саранской оберткой по краю одного из рулонов саранской обертки и поместите только что отрезанный сэндвич с алюминиевой оберткой саран прямо на другой сэндвич с алюминиевой оберткой из саран. Это делает бутерброд из саран-обертки-фольги-саран-обертки-фольги. Нижний слой Saran Wrap все еще соединен с рулоном Saran Wrap. Вставьте два оголенных провода в сэндвич разными слоями, чтобы они соприкасались с двумя алюминиевыми листами. Затем сверните все это в рулон Saran Wrap, который все еще прикреплен к нижнему слою Saran Wrap.Слой Saran Wrap между двумя слоями фольги изолирует их друг от друга, как воздух в обычном конденсаторе.
Шаг 2: Прикрепите провода конденсатора к противоположным концам батареи изолентой. Это зарядит конденсатор. Дайте ему зарядиться в течение часа, как если бы вы заряжали аккумулятор. http://www.ehow.com/how_5652134_make-simple-oscillator.html

Как собрать схему генератора | Как вики

В этом руководстве кратко описаны различные схемы генераторов.

Индуктивно-конденсаторные генераторы.

Осциллятор Колпитца

Упрощенная версия формулы такова:

Генератор Хартли


Плюсы:

  • Изменение частоты с помощью переменного конденсатора
  • Выходная амплитуда остается постоянной во всем диапазоне частот
  • Коэффициент обратной связи дросселя с ответвлениями сохраняется

Минусы:

  • Не подходит для чистой синусоиды

Осциллятор Клэппа

Осциллятор Армстронга

на основе схемы регенеративного приемника

Блокирующий осциллятор

Используется любой операционный усилитель и сдвигается фаза обратной связи.Приступить к работе очень просто.

Полные уравнения

Критерии колебаний:

Упрощенные уравнения

Чтобы использовать эти уравнения и и

цифровым языком: нестабильный мультивибратор

Мультивибратор

Схема имеет два состояния:

Состояние 1′:

  • Q1 включен
  • Коллектор Q1 при 0 В
  • Тестовая зарядка C1 через R2 (и Q1)
  • Напряжение на базе транзистора Q2 равно напряжению на конденсаторе C1.Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере зарядки C1.
  • Q2 выключен (при базовом напряжении < 0,6 В)
  • C2 разряжается через резисторы R3 и R4
  • Высокое выходное напряжение (хотя и немного ниже напряжения питания из-за разрядного тока конденсатора C2 через R4) и схема переходит в следующее состояние.

Состояние 2

  • Q2 включен
  • Коллектор Q2 (выходное напряжение) переходит от +В к 0В
  • Это ступенчатое изменение на C2 вызывает отрицательный импульс на базе Q1, который быстро выключает его.
  • Q1 выключен, его коллектор поднимается примерно до +V.
  • C1 разряжается через R1 и R2
  • C2 заряжается через R3 от -V через 0V до +0,6V (это может рассматриваться как разрядка, а не зарядка)
  • Напряжение на базе транзистора Q1 равно напряжению на конденсаторе C2. Первоначально это низкое значение, но оно увеличивается по мере заряда C2.
  • Это состояние самоподдерживается до тех пор, пока напряжение на базе Q1 не достигнет 0,6 В, после чего Q1 включается, и схема возвращается в состояние 1.

Начальное включение

При первом включении схемы ни один из транзисторов не включается. Однако это означает, что на данном этапе они оба будут иметь высокие базовые напряжения и, следовательно, тенденцию к включению, а неизбежные небольшие асимметрии будут означать, что один из транзисторов будет включаться первым. Это быстро переведет схему в одно из вышеуказанных состояний, и последует колебание.

Период колебаний

Грубо говоря, продолжительность состояния 1 (высокий выход) будет связана с постоянной времени R2.C1, поскольку она зависит от зарядки C1, а продолжительность состояния 2 (низкий выход) будет связана с постоянной времени R3.C2, поскольку она зависит от зарядки C2 — и эти постоянные времени не обязательно должны быть одинаковыми, поэтому Пользовательский рабочий цикл может быть достигнут.

Однако продолжительность каждого состояния также зависит от начального состояния заряда рассматриваемого конденсатора, а это, в свою очередь, будет зависеть от величины разряда во время предыдущего состояния, что также будет зависеть от резисторов, используемых во время разряда ( R1 и R4), а также от длительности предыдущего состояния, и т.д. .В результате при первом включении период будет довольно долгим, поскольку конденсаторы изначально полностью разряжены, но период быстро сократится и стабилизируется.

Период также будет зависеть от тока, потребляемого с выхода.

Из-за всех этих неточностей на практике обычно используются более сложные ИС таймера, как описано выше.

Инвертор кольцевого генератора

Требуется нечетное количество инверторов. Использование минимального количества каскадов в генераторе позволяет достичь максимальных частот, однако это будет чувствительно к колебаниям напряжения.При использовании большего количества ступеней шум, вызванный колебаниями напряжения, сводится к минимуму. Частота не является точной из-за различий во времени перехода. Это компенсируется за счет управления током, проходящим через транзисторы. Это также позволяет вам сделать его генератором, управляемым напряжением (VCO).

КМОП-кристаллический генератор

Генератор инвертора триггера Шмитта

Это может быть построено из микросхем серии ttl 7414, 74ls14… или из серии 4000 cmos (например,г.:4093).

Может использоваться вместо других осцилляторов.

Т = 1,7*RC

Стабильный RC-генератор

Это, вероятно, самый распространенный генератор для любителей электроники, потому что это обычная ИС и хорошо задокументирована.

  • широкополосные усилители
  • буферные усилители
  • кварцевые генераторы
  • эмиттерная дегенерация
  • Осциллятор Хартли
  • отрицательный отзыв
  • Генераторы, управляемые напряжением
  • дрейф осциллятора
  • Осциллятор Армстронга
  • Нестабильный мультивибратор
  • Блокирующий осциллятор
  • Генератор Клаппа
  • Генератор Колпитца
  • Кварцевый осциллятор
  • Электронный осциллятор
  • Осциллятор Хартли
  • Генератор релаксации
  • RLC-цепь
  • Осциллятор Ваккара
  • Осциллятор Ройера
  • OCXO (сокращение от Oven Controlled X-tal (Crystal) Oscillator) — это метод, используемый для предотвращения изменений температуры, влияющих на резонансную частоту пьезоэлектрического кристалла.

В электронике осциллятор — это схема, которая генерирует сигнал на определенной частоте. Вы можете сделать простой генератор с катушкой индуктивности и конденсатором (две параллельные пластины). Цепь будет попеременно накапливать энергию в конденсаторах (электрическая энергия) и в катушке индуктивности (магнитная энергия). Электроны, выходящие из одной пластины, будут проходить через индуктор. Когда заряд на пластинах становится постоянным, ток затухает. Падение тока создает электродвижущую силу в катушке индуктивности, которая заставляет электроны двигаться в том же направлении, тем самым заряжая другую пластину конденсатора.Тебе понадобиться:

  • 2 рулона Saran Wrap
  • Рулон алюминиевой фольги
  • 2 неизолированных провода
  • Тонкий изолированный медный провод
  • Картонная трубка
  • Батарея

Если у вас нет конденсатора, выполните следующие действия. удобный. Разверните два рулона Saran Wrap на несколько футов. Поместите несколько квадратных футов алюминиевой фольги на каждую развернутую область, чтобы обертка Saran простиралась дальше (покрывала большую площадь), чем алюминиевые листы. Это дополнительное удлинение обеспечит электрическую изоляцию между «пластинами», когда два листа Saran Wrap и алюминий будут снова свернуты вместе.Теперь разрежьте сэндвич с саранской оберткой по краю одного из рулонов саранской обертки и поместите только что отрезанный сэндвич с алюминиевой оберткой саран прямо на другой сэндвич с алюминиевой оберткой из саран. Это делает бутерброд из саран-обертки-фольги-саран-обертки-фольги. Нижний слой Saran Wrap все еще соединен с рулоном Saran Wrap. Вставьте два оголенных провода в сэндвич разными слоями, чтобы они соприкасались с двумя алюминиевыми листами. Затем сверните все это в рулон Saran Wrap, который все еще прикреплен к нижнему слою Saran Wrap.Слой Saran Wrap между двумя слоями фольги изолирует их друг от друга, как воздух в обычном конденсаторе.
Шаг 2: Прикрепите провода конденсатора к противоположным концам батареи изолентой. Это зарядит конденсатор. Дайте ему зарядиться в течение часа, как если бы вы заряжали аккумулятор. http://www.ehow.com/how_5652134_make-simple-oscillator.html

Как построить схемы кварцевого генератора

Итак, мы подошли к четвертой части нашей серии руководств по генераторам волн и генераторам! Ознакомьтесь с некоторыми из предыдущих статей в этой серии:

И для последнего мы рассмотрим кварцевые генераторы.

Кварцевые генераторы, безусловно, должны быть самыми распространенными из всех электронных компонентов. Они повсюду — в вашем телефоне, радио, телевизоре, ПК, ноутбуке, микроконтроллере и Arduino, и это лишь некоторые из них. Это потому, что они уникальны для работы на одной частоте — они очень стабильны и не имеют дрейфа. В этом уроке мы заглянем внутрь банки и увидим, как на самом деле работают кварцевые генераторы.

Как работают кварцевые генераторы

Кварцевые генераторы условно делятся по частоте, на которой они работают, и по тому, являются ли они фундаментальными генераторами — работают на частоте, указанной на банке, или даже на кратной ей частоте (обертонные генераторы).

Любому осциллятору для работы нужны только две вещи — положительная обратная связь и некоторый усилитель. Усилитель может быть транзистором, полевым транзистором, операционным усилителем или цифровым затвором. Тип усилителя, который вам понадобится, будет зависеть от частоты. Операционные усилители могут работать на низкочастотных затворах от низких до средних, а транзисторы и полевые транзисторы — на любой частоте, особенно на верхнем конце.

Кристаллы бывают не только разных форм и размеров, но и разных огранок кварца.

Подборка кварцевых генераторов старых и новых

Заглянем внутрь кварцевого генератора:

Кварцевый генератор со снятым корпусом, демонстрирующий кварцевый диск, посеребренные пластины и соединения.

Как видно из рисунка выше, есть три основные части.Провода соединяются с двумя посеребренными пластинами по обеим сторонам кварцевого среза, которые образуют конденсатор. Наконец, сам кварц будет вести себя как катушка индуктивности (большая) и крохотный конденсатор последовательно:

Например, посмотрите на эквивалентную схему ниже:

Эквивалентная схема кварцевого генератора

Rs — сопротивление выводов, Cp — емкость посеребренных пластин, а L и Cs спрятаны внутри кварца.

Свойство, которое делает кристалл столь стабильным на одной частоте, — это его добротность, и она огромна, обычно от 20 до 30 тысяч.Поскольку Cp и Cs очень малы, для того, чтобы L резонировала, она должна быть огромной, обычно несколько Генри! Q — отношение реактивного сопротивления к сопротивлению.

Как видно из графика ниже, кристаллы имеют две резонансные точки. Последовательный резонанс с более низким импедансом, который в значительной степени определяется Cs и L1, и параллельный резонанс с большим импедансом, который в значительной степени определяется Cs последовательно с L1 и оба параллельно с Cp.

Сопротивление против частоты

Две приведенные ниже схемы генератора подходят для использования кварцевых генераторов в последовательном или параллельном режиме:

Последовательные и параллельные схемы

Генераторы с инвертирующим затвором

Самый простой генератор, который вы можете сделать, это один инвертирующий вентиль, например:

Цифровой кварцевый генератор на КМОП-структуре.

Здесь будет работать практически любая CMOS с инвертирующим затвором, включая 4069, 74HC04, 74HC14 и т. д.

Неинтуитивно, все цифровые вентили имеют усиление, и если вы сместите их (как с резистором 1M5 выше), они будут работать как усилители. Выход обеспечивает фазовый сдвиг только на 180 °, поэтому конденсаторы обеспечивают остальную часть фазового сдвига, чтобы сделать обратную связь положительной (360 °) и вызвать колебание. Ни один из этих компонентов не является критическим. R1 может быть от 10k до 10M, а C1 и C2 от 10p до 100p. Все зависит от частоты и типа огранки кристалла. Приведенные выше значения являются типичными и работают на моей макетной плате.Я использовал переменный конденсатор для C1, чтобы я мог установить частоту точно 10,0000 МГц на моем счетчике. Если вам не нужна такая точность, вы можете просто использовать второй конденсатор 39p.

Кварцевые генераторы и операционные усилители

Кварцевые генераторы

также могут быть изготовлены с быстрыми операционными усилителями. Здесь используется операционный усилитель LM318. Выход был не очень чистым, и есть лучшие способы сделать осцилляторы:

Кварцевый генератор на операционном усилителе

Генераторы радиочастот

Радиолюбители десятилетиями полагались на кварцевые генераторы, подобные приведенной ниже схеме.Многие шпионские передатчики были сделаны во время Второй мировой войны с такими схемами, как показанная ниже (конечно, с использованием ламп):

40-метровый QRP-передатчик с кварцевым управлением

Основной кварцевый генератор находится в нижнем левом углу Q1, X1 и т. д., за ним следует небольшой усилитель мощности (PA) Q3 мощностью 1 Вт, управляющий фильтром нижних частот и согласующей схемой. Генератор включается и выключается через схему формирования ключа (Q2), чтобы он плавно запускался и останавливался. Это предотвращает передачу кликов.

Схема стока генератора на полевых транзисторах представляет собой настроенную схему (L1 C3) для обеспечения большей мощности и более чистой формы сигнала.Все они образуют передатчик любительского диапазона (40 м) QRP CW (непрерывная волна или код Морзе).

Готовая плата прототипа показана ниже с подробным изображением кристалла. Обратите внимание, что ключ Морзе — это микропереключатель.

Макет комплектного передатчика Крупный план кварцевого генератора

Генератор обертонов

Другим полезным кварцевым генератором является генератор обертона, показанный на схеме ниже. Кристаллы стандартной огранки изготовить сложно; выше 20 МГц, так как пластина кварца становится слишком тонкой.Решением этой проблемы является использование генератора обертона.

Примером может служить источник частоты для передатчика 144MH. Генератор имеет настроенную нагрузку на нечетное число, кратное основной частоте кварца. На самом деле, на выходе практически отсутствует основная часть. Хотя приведенная ниже схема будет работать с кристаллами основной огранки, для этого приложения лучше всего использовать кристаллы с обертоновым режимом.

Этот осциллятор имеет кварц 11,6 МГц и настроен на 3-й обертон или гармонику числа 34.8МГц. Синусоида ниже довольно хороша, и в выводе 34 МГц на дисплее Фурье почти нет основной частоты 11,6 МГц.

Выходной трансформатор типа Амидон Т-50_6 с 15 витками на первичке. Второстепенные витки будут зависеть от того, к чему вы его подключите.

Если за выходом следует тройная (3X) схема, это будет источник для приемопередатчика 104 МГц.

Выход 34 МГц из 11.Генератор обертона 6 МГц Сигнал 11,6 МГц не виден

На этом мы завершаем серию из четырех статей о генераторах! Я надеюсь, что вы узнали из него столько же, сколько и я, исследуя и взращивая его!

Не забудьте оставить комментарий ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо!


Все, что вам нужно знать об осцилляторах | Блог

Марк Харрис

|&nbsp Создано: 29 октября 2020 г. &nbsp|&nbsp Обновлено: 3 февраля 2021 г.

Практически на каждой печатной плате, изготовленной в последнее время, есть генератор той или иной формы, и большинство интегральных схем также содержат генераторы.Генераторы являются важными компонентами, которые производят периодический электронный сигнал, обычно синусоидальную или прямоугольную волну. Генераторы преобразуют сигнал постоянного тока в периодические сигналы переменного тока, которые можно использовать для установки частоты, в аудиоприложениях или в качестве тактового сигнала. Все микроконтроллеры и микропроцессоры требуют генератора для установки тактового сигнала, чтобы функционировать. В некоторых устройствах они встроены, а для некоторых требуется внешний генератор или и то, и другое, имея внутренний генератор низкой точности с возможностью подачи внешнего сигнала.

Электронные устройства используют тактовый сигнал в качестве эталона времени, что позволяет последовательно выполнять действия. Другие устройства используют сигнал генератора для генерации других частот, которые могут обеспечивать звуковые функции или генерировать радиосигналы.

Понимание различных типов генераторов и их функционирования может помочь вам выбрать правильный генератор для вашего проекта. Если вы пытаетесь создать радиосигнал, вам понадобится гораздо более точный осциллятор, чем для других устройств.Генераторы — это то, что можно легко упустить из виду в проекте, с намерением просто взять любой старый генератор, который находится в диапазоне частот, указанном в техническом описании, который соответствует требованиям к пространству на плате и стоимости. Выбор может быть значительно больше; однако, в зависимости от требований к питанию платы, площади платы и требуемой точности частоты. Некоторые генераторы работают от микроампер или меньшей мощности, тогда как некоторым для работы требуется несколько ампер.

Осцилляторы делятся на две основные категории: гармонические и релаксационные.Гармонические генераторы создают синусоидальную форму волны, RC, LC, колебательные контуры, керамические резонаторы и кварцевые генераторы попадают в эту категорию.

В этой статье мы рассмотрим:

  • Резистивно-емкостные генераторы (RC)
  • Индуктивно-конденсаторные генераторы (LC)
  • Керамические резонаторы
  • Кварцевые генераторы
  • Модули кварцевого генератора
  • Генераторы МЭМС
  • Силиконовые осцилляторы

Хотя вы, возможно, и не хотите самостоятельно собирать RC- или LC-генераторы, а вместо этого читаете эту статью для получения информации о корпусных генераторах, которые можно просто добавить в схему, я начну с рассказа о RC- и LC-генераторах. .Важно понимать, как они работают и какие у них могут быть недостатки, поскольку многие ИС со встроенными генераторами используют RC- или LC-схему.

Поняв, как они работают, вы сможете лучше понять, когда уместно использовать встроенный генератор, а когда уместно добавить внешний источник синхронизации. Если вы хотите узнать больше об осцилляторах и тактовых генераторах, вы можете легко собрать RC- или LC-осциллятор на макетной плате и протестировать его с помощью осциллографа. Прежде чем мы углубимся в это, давайте кратко рассмотрим сравнение между каждым типом осциллятора.

Сравнение производительности генераторов

В приведенной ниже таблице стоит отметить, что каждый вариант имеет широкий спектр различных устройств, доступных на рынке. Например, при рассмотрении генераторов MEMS с фиксированной частотой варианты, которые регулярно продаются в DigiKey, варьируются от 150 частей на миллион до 50 частей на миллиард с точки зрения стабильности частоты. Этот огромный диапазон стабильности частоты также сопровождается огромным диапазоном цен, поэтому, если один тип генератора может иметь опции для чрезвычайно высокой стабильности или точности в широком диапазоне температур, это не означает, что другой вариант не может быть дешевле для вашей точности. требования.

В качестве яркого примера можно привести Connor-Winfield OX200-SC-010.0M 10 МГц VCOCXO — кварцевый генератор со стабильностью частоты всего +/- 1,5 части на миллиард. Атомный осциллятор IQD Frequency Products LFRBXO059244BULK 10 МГц стоит более чем в десять раз дороже в единичных количествах при той же стабильности частоты +/- 1,5 ppb. Несмотря на это, будут времена, когда атомный генератор за 2000 долларов будет лучшим выбором для чрезвычайно точного генератора.IQD Frequency Products также производит VCOCXO, который имеет потрясающую стабильность частоты +/- 1ppb в более широком диапазоне температур, чем атомный генератор. Менее чем в два раза дороже устройства Коннора-Уинфилда в единичных объемах, и все же менее чем в десять раз дешевле атомарного варианта. Для меня невероятно, что сегодня у нас есть источники атомных часов, и еще более безумно, что мы можем иметь кварцевый генератор, который является более точным за небольшую часть цены.

Источник часов

Частота

Точность

Преимущества

Недостатки

Кристалл кварца

от 10 кГц до 100 МГц

От среднего до высокого

Низкая стоимость

Чувствителен к электромагнитным помехам, вибрации и влажности.

Модуль кварцевого генератора

от 10 кГц до 100 МГц

От среднего до экстремального

Нечувствителен к электромагнитным помехам и влажности. Нет дополнительных компонентов или проблем с соответствием

Высокая стоимость, высокое энергопотребление, чувствительность к вибрации, большая упаковка

Керамический резонатор

от 100 кГц до 10 МГц

Средний

Более низкая стоимость

Чувствителен к электромагнитным помехам, вибрации и влажности

Встроенный кремниевый осциллятор

от 1 кГц до 170 МГц

От низкого до среднего

Нечувствительны к электромагнитным помехам, вибрации и влажности.Быстрый запуск, небольшой размер, отсутствие дополнительных компонентов или проблем с соответствием

Температурная чувствительность хуже, чем у керамики или кристалла. Высокий ток питания.

МЭМС-генератор

От десятков кГц до сотен МГц

От низкого до экстремального

Простая конструкция, меньшие размеры, отсутствие внешних компонентов, возможность управления несколькими нагрузками.

Дорогой

Радиоуправляемый осциллятор

От Гц до 10 МГц

Очень низкий уровень

Самая низкая стоимость

Обычно чувствителен к электромагнитным помехам и влажности. Плохая производительность подавления температуры и напряжения питания

LC Осциллятор

от кГц до сотен МГц

Низкий

Низкая стоимость

Обычно чувствителен к электромагнитным помехам и влажности.
Плохая работа отклонения температуры и напряжения питания

Теперь, когда у нас есть общий обзор опций, давайте перейдем непосредственно к самым основным генераторам и принципам, лежащим в их основе. RC-генератор — это тот, который вы можете легко собрать на макетной плате с очень простыми компонентами. RC-генератор (резистор-конденсатор) представляет собой тип генератора с обратной связью, который построен с использованием резисторов и конденсаторов, а также усилительного устройства, такого как транзистор или операционный усилитель.Усилительное устройство возвращается в RC-цепь, что вызывает положительную обратную связь и генерирует повторяющиеся колебания.

Большинство микроконтроллеров и многих других цифровых ИС, которым требуется тактовый сигнал для выполнения действий, содержат внутри себя сеть RC-генератора для создания внутреннего источника тактового сигнала.

RC Генератор с положительной обратной связью.

Принцип работы

RC-цепь RC-генератора сдвигает фазу сигнала на 180 градусов.

Положительная обратная связь необходима для сдвига фазы сигнала еще на 180 градусов.Затем этот фазовый сдвиг дает нам 180 + 180 = 360 фазового сдвига, что фактически равно 0 градусов. Следовательно, общий фазовый сдвиг схемы должен быть равен 0, 360 или другому кратному 360 градусам.

Мы можем использовать тот факт, что фазовый сдвиг происходит между входом в RC-цепь и выходом из той же сети, используя взаимосвязанные RC-элементы в ветви обратной связи. На рисунке выше мы видим, что каждая каскадная RC-цепочка обеспечивает отставание напряжения фазы на 60 градусов.Вместе три сети производят фазовый сдвиг на 180 градусов.

Для идеальных RC-сетей максимальный фазовый сдвиг может составлять 90 градусов. Следовательно, для создания фазового сдвига на 180 градусов генераторам требуется как минимум две RC-цепочки. Однако добиться фазового сдвига точно на 90 градусов на каждом каскаде RC-цепи сложно. Нам нужно использовать больше каскадов RC-цепи, соединенных вместе, чтобы получить требуемое значение и желаемую частоту колебаний.

Чистая или идеальная однополюсная RC-цепочка будет давать максимальный фазовый сдвиг ровно 90 градусов.Для генерации нам требуется сдвиг фаз на 180 градусов, поэтому для создания RC-генератора мы должны использовать не менее двух однополюсных цепей.

Фактическая фаза RC-цепи зависит от выбранного номинала резистора и конденсатора для желаемой частоты.

Расчет фазового угла RC.

Каскадируя несколько RC сетей, мы можем получить 180 градусов фазового сдвига на выбранной частоте. Этот каскад сетей формирует основу для RC-генератора, также известного как генератор фазового сдвига.Добавив усилительный каскад с использованием биполярного транзистора или инвертирующего усилителя, мы можем получить фазовый сдвиг на 180 градусов между его входом и выходом, чтобы обеспечить полный 360-градусный сдвиг обратно к 0 градусам, который нам требуется, как упоминалось выше.

Базовая схема RC-генератора

Первичная схема RC-генератора вырабатывает синусоидальный выходной сигнал, используя регенеративную обратную связь, полученную от RC-цепи. Регенеративная обратная связь возникает из-за способности конденсатора накапливать электрический заряд.


Сеть обратной связи резистор-конденсатор может быть подключена для получения опережающего фазового сдвига (сеть фазового опережения) или может быть подключена для создания запаздывающего фазового сдвига (фазозапаздывающая сеть). Один или несколько резисторов или конденсаторов из схемы фазового сдвига RC могут быть изменено, чтобы изменить частоту сети. Это изменение можно осуществить, оставив резисторы одинаковыми и используя переменные конденсаторы, поскольку емкостное реактивное сопротивление зависит от частоты. Однако для новой частоты может потребоваться регулировка коэффициента усиления усилителя по напряжению.

Если подобрать резисторы и конденсаторы для RC-цепей, то частота RC-колебаний будет:


R — Сопротивление резисторов обратной связи
C — Емкость конденсаторов обратной связи
N — Количество каскадных цепей RC

Однако комбинация сети RC-генератора работает как аттенюатор и на некоторое количество ослабляет сигнал при прохождении через каждый RC-каскад. Таким образом, усиление по напряжению усилительного каскада должно быть достаточным для восстановления потерянного сигнала.

Наиболее распространенной схемой RC-генератора является RC-генератор с фазовым опережением на операционном усилителе.

[Фазовый RC-генератор операционного усилителя]

RC-цепь должна быть подключена к инвертирующему входу операционного усилителя, что делает его конфигурацией инвертирующего усилителя. Инвертирующая конфигурация дает 180 градусов фазового сдвига на выходе, что в сумме дает 360 градусов в сочетании с RC-цепями.

Другой конфигурацией RC-генератора является генератор фазовой задержки операционного усилителя.

[Операционный усилитель с фазовой задержкой RC-генератора]

 

[Уравнение RC-генератора с фазовой задержкой операционного усилителя]

LC-генератор

LC или индукторно-конденсаторный генератор представляет собой тип генератора, в котором используется колебательный контур для создания положительной обратной связи для поддержания колебаний. Схема содержит катушку индуктивности, конденсатор, а также усилительный компонент.

Принцип работы

Цепь бака представляет собой конденсатор и катушку индуктивности, соединенные параллельно, на приведенной выше схеме также показаны переключатель и источник напряжения для простоты демонстрации принципа работы, когда переключатель подключает конденсатор к источнику напряжения, конденсатор заряжается.


Когда переключатель соединяет конденсатор и катушку индуктивности, конденсатор разряжается через катушку индуктивности. Увеличивающийся ток через индуктор начинает накапливать энергию, индуцируя электромагнитное поле вокруг катушки.

Когда переключатель соединяет конденсатор и катушку индуктивности, конденсатор разряжается через катушку индуктивности. Увеличивающийся ток через индуктор начинает накапливать энергию, индуцируя электромагнитное поле вокруг катушки. После разрядки конденсатора энергия от него передается в катушку индуктивности в виде электромагнитного поля.По мере уменьшения потока энергии от емкости уменьшается ток через индуктор, что приводит к падению электромагнитного поля индуктора. Из-за электромагнитной индукции индуктор создаст обратную ЭДС, равную L(di/dt), противодействующую изменению тока. Затем эта обратная ЭДС начинает заряжать конденсатор. Как только конденсатор поглотил энергию магнитного поля индуктора, энергия снова сохраняется в виде электростатического поля внутри конденсатора.

Если бы у нас были идеальные катушка индуктивности и конденсатор, эта схема могла бы генерировать колебания вечно. Однако у конденсатора есть утечка тока, а у катушек индуктивности есть сопротивление. Однако в реальной жизни колебания будут выглядеть так, как показано ниже, поскольку энергия теряется. Эти потери называются демпфированием.

[Затухание генератора в моделировании]

Если мы хотим поддерживать колебания, нам необходимо компенсировать потерю энергии из колебательного контура путем добавления в контур активных компонентов, таких как биполярные транзисторы, полевые транзисторы или операционные усилители.Основная функция активных компонентов состоит в том, чтобы добавить необходимое усиление, помочь создать положительную обратную связь и компенсировать потерю энергии.

Настроенный коллекторный осциллятор


Настроенный коллекторный генератор представляет собой трансформатор и конденсатор, соединенные параллельно и переключаемые транзистором. Эта схема является самой простой схемой LC-генератора. Первичная обмотка трансформатора и конденсатор образуют колебательный контур, а вторичная обмотка обеспечивает положительную обратную связь, возвращающую часть энергии, произведенной колебательным контуром, на базу транзистора.

Осциллятор Колпитца

Генератор Colpitts представляет собой LC-танковый генератор, который очень распространен в радиочастотных приложениях. Он подходит для приложений до нескольких сотен мегагерц. Эта схема состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, образующих делитель напряжения, обеспечивающий обратную связь с транзистором, с дросселем, включенным параллельно. Хотя этот осциллятор относительно стабилен, его может быть сложно настроить, и он часто реализуется со схемой эмиттерного повторителя, чтобы не нагружать резонансную цепь.


Генератор Клаппа

Чтобы преодолеть трудности с настройкой генератора Колпитца на определенную частоту в производстве, часто добавляют переменный конденсатор последовательно с катушкой индуктивности, образуя генератор Клаппа. Эта модификация позволяет настраивать схему во время производства и обслуживания на конкретную требуемую частоту. К сожалению, этот тип LC-генератора все еще весьма чувствителен к колебаниям температуры и паразитным емкостям.


Керамический резонатор

Пьезоэлектрический керамический материал с двумя или более металлическими электродами (обычно 3) образует основу керамического резонатора.В электронной схеме пьезоэлектрический элемент резонирует механически, что генерирует колебательный сигнал определенной частоты — как камертон. Керамические резонаторы имеют низкую стоимость; однако допуск по частоте керамических резонаторов составляет всего около 2500–5000 частей на миллион. Этот допуск от 0,25% до 0,5% заданной частоты не подходит для точных приложений, но может обеспечить значительную экономию средств, когда не требуется абсолютная точность.

[Керамические резонаторы Murata: источник]

При частотах от ниже 1 кГц до более 1 ГГц существует ряд различных материалов и режимов вибрации, которые используются в керамических резонаторах.Может быть важно понять метод резонанса, используемый в устройстве, которое вы размещаете в своем проекте. Факторы окружающей среды, такие как вибрация и удары, могут повлиять на работу резонатора в вашей схеме.

[Режим вибрации и диапазон частот: источник]

Кварцевый осциллятор

Кварцевый генератор является наиболее распространенным типом кварцевого генератора на рынке. Там, где точность и стабильность имеют решающее значение, в первую очередь выбирают кварцевые генераторы и их варианты.Стабильность кварцевого генератора измеряется в ppm (частях на миллион), и стабильность может составлять от 0,01% до 0,0001% при температуре от -20 до +70 градусов Цельсия, в зависимости от конкретного устройства. Стабильность RC-генератора может в лучшем случае составлять 0,1%, а LC 0,01%, чаще всего они составляют около 2% и очень чувствительны к изменениям температуры. Кварцевый кристалл может колебаться с очень небольшой мощностью, необходимой для его работы по сравнению со многими другими генераторами, что делает их идеальными для приложений с низким энергопотреблением.

Когда кристалл подвергается ударному возбуждению либо физическим сжатием, либо, в нашем случае, приложенным напряжением, он будет механически вибрировать с определенной частотой.Эта вибрация будет продолжаться некоторое время, создавая переменное напряжение между его выводами. Такое поведение является пьезоэлектрическим эффектом, таким же, как в керамическом резонаторе. По сравнению с LC-контуром колебания кристалла после начального возбуждения будут длиться дольше — результат естественного высокого значения добротности кристалла. Для высококачественного кварцевого кристалла добротность 100 000 не является редкостью. LC-схемы обычно имеют добротность около нескольких сотен. Однако даже при гораздо более высоком Q они не могут резонировать вечно.Есть потери от механической вибрации, поэтому ему нужна усилительная схема, такая как RC- и LC-генераторы. Для большинства устройств, которые используют внешний кварцевый источник тактового сигнала, он будет интегрирован в устройство, и единственными необходимыми дополнительными компонентами являются нагрузочные конденсаторы. Нагрузочные конденсаторы необходимы; если их емкость неверна, генератор не будет стабильным. Как правило, техническое описание генератора будет содержать рекомендуемые значения или уравнение для расчета правильного значения для вашей схемы.

Что еще нужно учитывать:

  1. Поместите конденсаторы и кристалл кварца как можно ближе к микроконтроллеру
  2. Используйте как можно более короткие и широкие дорожки для предотвращения паразитной индуктивности.

Существует множество вариантов кварцевого генератора; однако, помимо типичного кристалла или «XO», вы обычно будете использовать другие варианты только для специализированных приложений. Эти специализированные генераторы могут быть очень дорогими и иметь удивительно стабильные и точные колебания в невероятно сложных условиях, где требуется абсолютная точность.Подавляющему большинству проектов не потребуется ничего, кроме TCXO из списка ниже, но вы можете найти их интересными для дальнейшего изучения.

Этот список взят из Википедии:

Модули кварцевого генератора

Предположим, вы ищете точный источник тактового сигнала для приложения, в котором нет схемы усиления для использования кварцевого генератора. В этом случае модуль генератора может быть отличным решением. Эти модули имеют все необходимые встроенные схемы для обеспечения усиленных и буферизованных тактовых импульсов для любого требуемого приложения.Как и во многих полностью интегрированных устройствах, вы платите за удобство, цены обычно намного выше, чем у самого кварцевого генератора, и они занимают большую площадь. Несмотря на это, они все еще могут быть меньше, чем схема усиления генератора и буфера, и не беспокоятся о стабильности.

Большинство модулей генератора имеют кварцевый и инверторный затвор CMOS с использованием схемы генератора Пирса. Хотя КМОП-инверторы менее стабильны и имеют более высокое энергопотребление, чем генераторы на основе транзисторов, вентили на основе КМОП-инверторов просты и полностью применимы во многих приложениях.

Генераторы МЭМС

МЭМС или микроэлектромеханические системные генераторы представляют собой синхронизирующие устройства, основанные на технологии МЭМС, и являются относительно новой технологией. Генераторы MEMS состоят из резонаторов MEMS, операционных усилителей и дополнительных электронных компонентов для установки или регулировки их выходных частот. Генераторы MEMS часто включают в себя контуры фазовой автоподстройки частоты, которые создают выбираемые или программируемые выходные частоты.

Работа резонаторов MEMS похожа на крошечный камертон, который звенит на высоких частотах.Поскольку устройства МЭМС имеют небольшие размеры, они могут звонить на очень высоких частотах, а их настроенные резонансные структуры воспроизводят частоты от десятков кГц до сотен МГц.

Резонаторы МЭМС

имеют механический привод и делятся на две категории: электростатические и пьезоэлектрические. В первую очередь, генераторы MEMS будут использовать электростатическую трансдукцию, поскольку резонаторы с пьезоэлектрической трансдукцией недостаточно стабильны. Резонаторы MEMS с пьезоэлектрическим преобразованием находят применение в приложениях фильтрации.

Одним из основных преимуществ генераторов MEMS является то, что они могут использоваться для нескольких нагрузок, заменяя несколько кварцевых генераторов в цепи. Эта функция может значительно снизить цену и площадь платы, используемую схемой генератора. По сравнению с другими схемами генератора, даже с кварцевыми генераторами, энергопотребление устройств MEMS чрезвычайно низкое из-за меньшего потребляемого тока ядра. Низкое энергопотребление может позволить устройствам, работающим от батареи, работать значительно дольше или свести на нет необходимость отключать первичную цепь генератора для экономии энергии.Генераторы MEMS, в отличие от других генераторов, не требуют для работы каких-либо внешних компонентов, что обеспечивает дополнительную экономию места и средств. Ранние генераторы MEMS несколько боролись со стабильностью, и на рынке есть варианты со стабильностью частоты +/- 8 частей на миллиард, если вы готовы за это платить.

Кремниевые осцилляторы

Как упоминалось в начале статьи, многие устройства имеют встроенные в кремний генераторы. Кремниевые генераторы в основном такие же, только в отдельном корпусе.Эта интегральная схема представляет собой полную схему RC-генератора, построенную из кремния. Он обеспечивает лучшее согласование и компенсацию, которые вы обычно можете получить с аналогичной стоимостью, используя пассивные компоненты в меньшем корпусе. Кремниевые генераторы могут быть отличным подспорьем для устройств, которые будут подвергаться ударам или вибрациям, поскольку они не имеют механически резонансных элементов. На большинстве веб-сайтов поставщиков вы найдете их в категории «Интегральные схемы», а не в категории «Генераторы».

В дополнение к преимуществам по сравнению с другими генераторами в суровых условиях, кремниевый генератор обычно является программируемым. Возможности программирования зависят от конкретного устройства; однако обычно используется резистор для задания частоты или интерфейс SPI / I2C. Хотя кремниевые генераторы обычно имеют относительно низкую погрешность частоты около 1-2%, они компактны и требуют только внешнего блокирующего конденсатора источника питания. Они могут быть недорогой альтернативой другим типам генераторов в неточных приложениях.

Резюме

Выбрать оптимальный источник синхронизации непросто. Есть много факторов, таких как общая стабильность, чувствительность к температуре, вибрации, влажности, электромагнитным помехам, стоимость, размер, энергопотребление, сложная компоновка и дополнительные компоненты.

Существует множество приложений, в которых подходят встроенные RC- или кремниевые генераторы, поскольку эти приложения не требуют дополнительной точности. Использование внутреннего генератора может сэкономить время проектирования, затраты и снизить инженерные риски.Однако современные приложения все чаще требуют высокой точности, что требует использования внешнего генератора, такого как кварцевый, керамический или МЭМС.

Например, для высокоскоростного USB требуется минимальная точность частоты 0,25 %, в то время как некоторые другие внешние средства связи могут корректно работать с источниками тактовых импульсов со стабильностью 5 %, 10 % или даже 20 %. Другие высокоскоростные шины и радиочастотные приложения часто требуют гораздо большей точности частоты, чем USB.

Потребляемая мощность генераторов для микроконтроллеров зависит от тока питания усилителя обратной связи и используемых значений емкости.Потребляемая мощность этих усилителей в основном зависит от частоты, поэтому, если вы хотите разработать устройство с очень низким энергопотреблением, рассмотрите возможность снижения тактовой частоты до минимума, при котором ваше устройство все еще может выполнять свою работу. Часто вы обнаружите, что микроконтроллер имеет много оставшихся тактов, и все они потребляют ненужную энергию.

Цепи с керамическими резонаторами обычно имеют более высокие значения емкости нагрузки, чем схемы с кварцевыми резонаторами, и потребляют еще больший ток, чем схемы с кварцевыми резонаторами, использующие тот же усилитель.Для сравнения, модули кварцевых генераторов обычно потребляют от 10 мА до 60 мА тока питания из-за включенных функций температурной компенсации и управления.

На рынке доступно множество типов осцилляторов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. Для приложений общего назначения, где синхронизация не является абсолютно критичной, вы можете использовать практически любое генераторное устройство или схему, которая удовлетворяет требованиям по частоте. Для более точных схем вы можете рассмотреть более дорогие устройства, такие как генераторы MEMS, которые могут обеспечить стабильность частоты частей на миллиард даже в широком диапазоне температур, однако рассчитывайте заплатить десятки или сотни долларов за генератор.

Если вы создаете контроллер светодиодов или аналогичные схемы, которым нужен только микроконтроллер для запуска некоторого кода управления или пользовательского интерфейса, встроенный RC-генератор предоставит вам все, что вам нужно. Предположим, вы работаете над глубоководным аппаратом, который может точно отслеживать свое местоположение. В этом случае осциллятор со стабильностью всего несколько частей на миллиард в широком диапазоне температур может быть минимумом, который вам может сойти с рук. Чем теснее вы хотите интегрировать данные датчиков или чем более узкую полосу частот вы хотите использовать для радиосвязи, тем более стабильным должен быть ваш осциллятор.Предположим, вы существенно увеличиваете свою частоту, например. В этом случае вы создаете гигагерцовый сигнал от мегагерцового генератора, тем более стабильным вам потребуется генератор, поскольку любая ошибка будет увеличиваться.

Есть еще вопросы? Позвоните специалисту Altium.

 

10 Объяснение простых схем генератора на операционном усилителе

В схеме генератора на операционном усилителе операционный усилитель сконфигурирован с петлей обратной связи резистор-конденсатор или петлей обратной связи индуктор-конденсатор, которая запускает операционный усилитель в колебательный режим, генерируя импульсы включения/выключения с его выходного вывода.

Высокое усиление и широкая полоса пропускания ИС операционных усилителей (операционных усилителей) позволяют этим устройствам работать как генератор в широком диапазоне частот. Операционный усилитель начинает колебаться немедленно, как только на его неинвертирующий вход подается обратная связь, и ее амплитуда настраивается на соответствующую величину. IC становится особенно важным в генераторах, настраиваемых сопротивлением и емкостью, потому что его общий коэффициент усиления идеально подходит для компенсации затухания RC-цепи.

Кроме того, двойной вход дифференциальной ИС обеспечивает не только положительную обратную связь (для генерации), но дополнительно допускает отрицательную обратную связь в нескольких цепях (для улучшения формы выходного сигнала).

1) Основные операции

Прямоугольный сигнал на выходе можно легко получить, заставив операционный усилитель колебаться. Показанная ниже схема сочетает в себе триггер Шмитта и интегратор. Рассмотрим следующий сценарий: на выходе высокий уровень, а C1 заряжается через R3. Из-за цепи резисторного делителя R1, R2 напряжение в положении «A» составляет +0,9 В. Как только напряжение в положении B становится выше этого значения, выход операционного усилителя становится отрицательным (низким).

В результате R3 разряжает C1.Как только напряжение на C1 падает ниже -0,9 В, происходит обратный процесс, и выход операционного усилителя возвращается в состояние высокого уровня. В результате цепь колеблется, создавая прямоугольную волну с диапазоном напряжений от +10В до -10В. Колебания напряжения на C1 можно использовать для определения рабочей частоты генератора операционного усилителя. Это свернутая часть экспоненциальной формы волны заряда/разряда, но мы проигнорируем ее и притворимся, что она линейная (что почти так и есть). Частоту можно рассчитать по следующей формуле:

F = I / ΔV x C

, где I представляет зарядный ток (около 100 А), ΔV представляет собой заряд конденсатора C1 (3.6 В), а C представляет собой емкость в фарадах.

В приведенной выше конструкции для работы используется двойной источник питания, для работы с одним источником питания мы можем применить следующую конфигурацию:

В следующих параграфах мы дополнительно узнаем о семи генераторах на ИС на операционных усилителях с тремя конфигурациями RC, тремя LC конфигурации и один кристалл настроен. Это очень распространенные схемы генератора на операционных усилителях, которые можно применять практически с любой микросхемой операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления.

Поскольку в этих конфигурациях можно использовать любой операционный усилитель, точные номера контактов не указаны, за исключением стандартных контактов, таких как инвертирующий вход, неинвертирующий вход, входная земля (общая) и выход.

Выводы источника питания не указаны, учитывая, что они (выводы Vcc и Vee) могут меняться в зависимости от конкретной микросхемы. Там, где это возможно, для всех этих базовых конфигураций предусмотрены максимально функциональные рабочие детали.

2) ГЕНЕРАТОР ЗЧ ЗЧ TWIN-T RC

На первом рисунке ниже показана нулевая схема двухтактного генератора на операционном усилителе ЗЧ с регулировкой сопротивления и емкости. Это реализовано через RC-цепь C1-C2-C3-R2-R3-R4, которая определяет уровень частоты на выходе.

Микросхема операционного усилителя должна иметь усиление по напряжению 60 дБ. Эта установка представляет собой интенсивно настроенный усилитель НЧ, на который вводится положительная обратная связь, так что он начинает колебаться.

Сеть Twin-T введена в контур отрицательной обратной связи, и, поскольку она работает как нулевая сеть, она помогает устранить определенную частоту (f r ) посредством отрицательной обратной связи. Усиление IC соответствующим образом ограничивается на всех других частотах, в то время как f r удобно передается вперед.В этой сети осцилляторов для расчетов можно использовать следующие формулы: выше формулы,
C будут в фарадах,
R будут в омах,
и единица f r будет в герцах.

Конденсатор связи C4 блокирует постоянный ток и обладает большей емкостью по сравнению с конденсаторами C1, C2 и C3. Следовательно, это не влияет на фр.

Резистор R1 обладает высоким сопротивлением, зависящим от входного импеданса ИС, и помогает снизить нагрузку на цепь двойного Т через входную цепь ИС.

Включение положительной обратной связи с помощью делителя сигнала R5-R6 приводит к тому, что этот очень остро настроенный усилитель колеблется с частотой f r . Когда потенциометр R6 отрегулирован на уровень, при котором схема просто начинает колебаться, искажение выходного сигнала оказывается минимальным.

Схема генератора на операционном усилителе может работать как непрерывно настраиваемый генератор (например,g., от 20 Гц до 20 кГц) просто заменой резисторов R2, R3, R4 на 3-клавишный потенциометр и подбором конденсаторов C1, C2 и C3 в трио для регулировки полос.

Управление выходом может осуществляться с помощью потенциометра, который может быть настроен либо на выход, либо между каскадами ИС.

3) RC AF ГЕНЕРАТОР С ФАЗОВЫМ СДВИГОМ

Фазовый генератор звуковой частоты с сопротивлением и емкостью популярен благодаря чрезвычайно низкому уровню гармонических искажений.В этой форме генератора настройка RC достигается с помощью сети с фазовым сдвигом на 180 градусов, сконфигурированной в контуре обратной связи инвертирующего усилителя.

Таким образом, сеть генерирует точное чередование фаз сигнала для колебаний. На рис. 2 выше показана конфигурация IC-генератора с фазовым сдвигом. В этой конфигурации фазовращательная схема включает в себя 3 ветви RC в каскадной схеме, которые идентичны друг другу: C1-R2, C2-R3 и C3-R4.

В этой сети C1 = C2 = C3 и R2 = R3 = R4.Все эти ноги вызывают фазовый сдвиг примерно на 60 градусов. Уровень частоты, при котором весь сдвиг достигает 180 градусов, можно определить по приведенной ниже формуле:

f r = 1/(10,88R2C1)

Для компенсации встроенного затухания RC-системы , коэффициент усиления операционного усилителя должен быть около 40 дБ. Неинвертирующий вход операционного усилителя в этой конфигурации не используется, так как он возвращается на землю с помощью резистора R1 (который может составлять около 1000 Ом).

Эту схему генератора на операционном усилителе можно превратить в плавно перестраиваемую в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, просто заменив резисторы R2, R3, R4 на трехсекционный потенциометр и переключив конденсаторы C1, C2 и C3 в трио, чтобы выбрать диапазоны.

Но затухание цепи увеличивается по мере уменьшения значений сопротивлений, и эта ситуация может привести к очень быстрому уменьшению амплитуды выходного сигнала с частотой, и колебание может просто прекратиться, если R2, R3 и R4 отрегулированы на более низкие значения с высокими частотами.

Управление выходом может быть обеспечено с помощью потенциометра, который может быть либо подключен к выходу схемы генератора операционного усилителя, либо введен между каскадами операционного усилителя.

4) WIEN-BRIDGE RC AF ГЕНЕРАТОР

На данный момент мы узнали, что генераторы звуковой частоты, настраиваемые сопротивлением и емкостью, включают 3 сопротивления и 3 емкости для процесса настройки. Однако схема генератора на операционном усилителе, показанная на рис. 3 ниже, требует всего пару сопротивлений (R1 и R2) и пару емкостей (C1 и C2) для одного и того же средства настройки.

Сеть C1-C2-R1-R2 составляет 50 % мостовой сети Wien, которая, как и сеть Twin-T на рис. 3-1, чувствительна к частоте. Конфигурация RC подключается внутри линии положительной обратной связи (на неинвертирующем входном терминале). В этой конфигурации C1= C2, R1 = R2, и частотная характеристика может быть определена с помощью приведенного ниже уравнения:

f r = 1 / (2πR1C1)

В приведенном выше уравнении
fr будет в герцах,
R1 будет в омах,
C1 будет в фарадах

Резисторы R3 и R4 обеспечивают отрицательную обратную связь (которая работает как делитель напряжения сигнала) на инвертирующую входную клемму.Эта отрицательная обратная связь помогает уменьшить искажение выходного сигнала; но это должно быть реализовано с правильной пропорцией (путем соответствующей регулировки R3 и R4). Это важно для того, чтобы гарантировать, что положительная обратная связь не прервется, что приведет к устранению колебаний.

Эту форму схем генератора на операционном усилителе можно легко превратить в генератор с непрерывной перестройкой в ​​диапазоне от 20 Гц до 1 МГц, просто заменив резисторы R1 и R2 на двухсекционный потенциометр и убедившись, что конденсаторы C1 и C2 переключаются попарно для настройки частотных диапазонов.

Настройка схемы генератора может осуществляться в широком диапазоне частот, но амплитуда его выходного сигнала может демонстрировать различную тенденцию в зависимости от частоты.

Тем не менее, эту изменяющуюся тенденцию амплитуды можно уменьшить с помощью нелинейного резистора соответствующего размера, например, термистора, варистора или двустороннего стабилитрона, подключенного между точкой «X» и землей. Управление выходом генератора может осуществляться с помощью потенциометра, который может быть либо встроен в выход, либо помещен между каскадами ИС.

5) ТРАНСФОРМАТОР ОБРАТНОЙ СВЯЗИ AF ГЕНЕРАТОР

На рис. 4 ниже показана базовая конфигурация af-генератора, где небольшой звуковой преобразователь (T1) используется для обеспечения как обратной связи, так и настройки, которая заставляет операционный усилитель работать как генератор . Любая микросхема операционного усилителя с низким коэффициентом усиления может эффективно работать в этой конфигурации.

В этой схеме генератора трансформатор T1 обеспечивает положительную обратную связь с неинвертирующим входом операционного усилителя. Трансформатор T1 может быть любым небольшим трансформатором.Частоту колебаний можно рассчитать через емкость С1 и индуктивность (L) обмотки трансформатора L1. Приведенные ниже формулы могут быть использованы для рис. C1)

  • f r = 1 / (2π √LC1)
  • фарад

    Крайне важно обеспечить правильную фазировку соединения обмотки трансформатора с цепью для поддержания колебаний.Однако, если вы обнаружите, что колебания не работают из-за неправильного соединения обмоток трансформатора, вам может потребоваться перевернуть только одну обмотку трансформатора, вот и все.

    Резисторы R1 и R2 обеспечивают подачу отрицательной обратной связи через делитель напряжения сигнала на инвертирующий входной разъем. Эта отрицательная обратная связь помогает минимизировать искажения выходного сигнала; но это должно быть применено должным образом сбалансированным образом (путем соответствующей регулировки R1 и R2).

    Это важно для того, чтобы не подавлять положительную обратную связь и, как следствие, разрушать колебание.Выходом можно управлять с помощью потенциометра, который может быть подключен двумя способами: либо к выходу, либо между каскадами ИС.

    6) ВЧ-ГЕНЕРАТОР С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ С ТРАНСФОРМАТОРОМ

    Схема радиочастотного или ВЧ-генератора, показанная ниже на рис. 5, идентична схеме генератора с трансформаторной обратной связью, описанной в предыдущем разделе, за исключением того, что в этом конкретном ВЧ-генераторе положительная обратная связь для генерации и настройки подается через трансформатор с воздушным сердечником, L1-L2.Любая микросхема с низким коэффициентом усиления может эффективно работать в этой схеме.

    В этой схеме генератора на операционном усилителе неинвертирующий вход операционного усилителя получает положительную обратную связь посредством катушек индуктивности L1-L2 вместе. (L1 может быть обмоткой трансформатора, состоящей из большего количества витков, в то время как L2 может иметь приблизительно одну четверть витков L1. Обмотка L2 должна быть намотана близко к обмотке L2, однако эта связь не должна быть плотно намотан Частота колебаний fr может быть рассчитана через номиналы конденсатора C1 и катушки индуктивности L1.

    Эта частота FR может быть определена через формулы, как указано ниже:

    • C1 = 1 / (4π 2 F 2 L)
    • L1 = 1 / (4π 2 F 2 F 2 F 2 F 2 C1)
    • f r = 1 / (2π √L1C1)

    В приведенном выше уравнении единицей измерения C1 являются пикофарад, единица измерения L1 – микрогенри, а единица измерения fr – мегагерц.

    Очень важно соединить обмотку трансформатора с правильной фазировкой, чтобы запустить колебание.Тем не менее, если вы обнаружите, что колебания не происходят из-за неправильного соединения обмотки, вам потребуется перевернуть только один конец обмотки, вот и все.

    R1 и R2 выполняют роль приложения отрицательной обратной связи к инвертирующему входу операционного усилителя, образуя делитель сигнал-напряжение. Эта отрицательная обратная связь помогает стабилизировать работу генератора на операционном усилителе и сводит к минимуму искажения выходного сигнала.

    Но эту отрицательную обратную связь необходимо правильно сбалансировать, соответствующим образом отрегулировав значения R1 и R2.Это важно для того, чтобы не прерывать положительную обратную связь и тем самым разрушать колебание.

    Переменный конденсатор C1 можно использовать для непрерывной настройки генератора. Чтобы получить больший диапазон регулировки, L1 и L2 можно изменить как пары для выбора частотных диапазонов.

    7) СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЧ/ВЧ-ГЕНЕРАТОРА

    На рис. 6, показанном ниже, показана конфигурация генератора, в которой используются съемные катушки индуктивности и конденсаторы для создания как аудиочастотных, так и радиочастотных сигналов в различных диапазонах частот. частота.

    В этой схеме генератора на операционном усилителе положительная и отрицательная обратная связь используются вместе. Настроенная схема, построенная с использованием частей L1, C1, соединенных в контур отрицательной обратной связи, определяет частоту колебаний схемы. Поскольку L1, C1 работают как волновая ловушка, эта настроенная ступень схемы исключает свою резонансную частоту fr из контура обратной связи.

    Таким образом, операционный усилитель ведет себя как резко настроенный усилитель и становится ответственным за передачу частоты fr.Однако его усиление прекращается на всех других частотах. Положительная обратная связь, обеспечиваемая резисторами R1 и R2, сконфигурированными как делитель напряжения сигнала, впоследствии позволяет операционному усилителю колебаться на частоте fr.

    Параметры этой схемы можно рассчитать с помощью следующих формул:

    Использование больших значений емкости и индуктивности вместе позволяет генерировать звуковые частоты, тогда как использование более низких значений емкости и индуктивности позволяет производить радиочастоты.

    Сила колебаний определяется регулировкой потенциометра положительной обратной связи R2. Таким образом, R2 позволяет управлять уровнем амплитуды выходного сигнала. Схема может работать с использованием различных операционных усилителей.

    Учитывая, что выходной разделительный конденсатор С2 необходим для генерации как низких, так и высоких частот, его значение должно быть соответствующим образом отрегулировано до некоторого промежуточного значения, например, оно может быть 0,01 мкФ, если, конечно, пользователь не готов заменить этот конденсатор в дополнение к L1 и C1.

    8) ВЧ-ГЕНЕРАТОР С КРИСТАЛЛИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

    На приведенном ниже рисунке 7 показан операционный усилитель на основе схемы ВЧ-генератора с кварцевым управлением, который может работать без необходимости какой-либо настройки. Эта конфигурация может работать с многокаскадными схемами операционных усилителей с различными уровнями чувствительности. При этом рекомендуется использовать операционные усилители со средним и высоким коэффициентом усиления.

    В этой конфигурации кристалл (XTAL) работает как исключительно высокодобротный полосовой фильтр в контуре положительной обратной связи операционных усилителей.Ток положительной обратной связи, проходящий через кристалл, создает падение напряжения на резисторе R2, который используется на неинвертирующем входе операционного усилителя ИС.

    Это, наконец, заставляет схему колебаться с частотой кристалла. Конденсатор C1 используется просто для блокировки содержимого постоянного тока за счет емкости, значение которой специально выбрано для низкого реактивного сопротивления на частоте кристалла.

    Входная земля операционного усилителя, которая является общей землей, подключается непосредственно к земле цепи, как показано на схеме.Также можно увидеть схему с петлей отрицательной обратной связи, созданной с помощью резисторов R1 и R3, которая образует сеть делителя напряжения сигнала.

    Ток отрицательной обратной связи, протекающий через этот резистивный делитель, вызывает падение напряжения на резисторе R1, которое подается на инвертирующий вход операционного усилителя.

    Может оказаться важным отрегулировать амплитуду этого напряжения, установив соответствующие значения резисторов R1 и R3. Это гарантирует, что положительная обратная связь не прекратится, что в конечном итоге убьет колебание.

    Использование отрицательной обратной связи помогает повысить стабильность этой схемы генератора на операционном усилителе, а также помогает минимизировать искажение выходного сигнала. Тем не менее, это может быть полностью обеспечено только тогда, когда требуется выходной сигнал с высоким уровнем гармоник, например, во многих схемах передатчиков.

    9) Использование МОП-операционного усилителя

    Операционный усилитель на МОП-транзисторах настроен как IC1. В результате его входной ток смещения действительно очень мал, обычно 10 пА против 100 нА у 741.Это позволяет создавать схемы, потребляющие очень мало тока. На схеме (IC2) показаны интегратор (IC1) и триггер Шмитта. Предположим, что на выходе Шмитта высокий уровень (+10 В). R4, R5 имеют напряжение около +1 В на их соединении. Это посылает ток 1 мкА через R1, что позволяет заряжать C1.

    В результате C1 (выход IC1) снижается со скоростью 1/C, которая в данном примере составляет 1 В/сек. Триггер Шмитта переключается в низкое логическое состояние, когда это напряжение достигает -5 В.(-10 лет). Затем ток течет в противоположном направлении через R1, и выход IC1 увеличивается со скоростью 1 В/сек. Этот процесс повторяется до тех пор, пока напряжение не достигнет +5В. (верхняя величина гистерезиса Шмитта). Затем триггер Шмитта переходит на максимальное значение, повторяя процедуру периода. Схема генерирует прямоугольную волну (10 В) и треугольник (5 В). Временной интервал – 20 с использованием указанных частей. Установите R1 = 10M на 200 секунд и R1 = 10M, R5 = 1R на 2000 секунд.

    10) Низкочастотный генератор IC 741

    Используя только операционный усилитель 741 в качестве компаратора, эта схема генерирует низкочастотный прямоугольный сигнал.Частоту можно изменить, изменив значения C1 (10u) и R4 (10k). Уменьшение C1 или R4 повышает частоту, тогда как увеличение значения снижает ее.

    Представьте, что выходной сигнал 741 изначально низкий, чтобы продемонстрировать, как работает схема. Инвертирующий вход будет иметь уровень питания меньше половины. Предполагая, что C1 также не заряжен. Из-за тока, протекающего через R4, напряжение на нижнем конце C1 начнет падать, пока не достигнет значения на контакте 3. В этой ситуации выход 741 (который сравнивает напряжения на контактах 2 и 3) изменится. положительный.C1 повторит процесс, когда напряжение на контакте 3 поднимется до другой стороны половины питания, заставляя выход 741 следовать за ним и генерировать прямоугольный сигнал.

    Генератор на операционном усилителе, формулы и рекомендации по проектированию

    Генератор, построенный с использованием операционного усилителя в качестве активного элемента, называется генератором на операционном усилителе.

    В следующих параграфах мы узнаем, как проектировать генераторы на основе операционных усилителей, а также о многих критических факторах, необходимых для создания стабильной конструкции генератора.

    Генераторы на основе операционных усилителей обычно используются для генерации точных периодических сигналов, таких как прямоугольные, пилообразные, треугольные и синусоидальные.

    Как правило, они работают с использованием одного активного устройства, лампы или кристалла и связаны с несколькими пассивными устройствами, такими как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, для генерации выходного сигнала.

    Генераторы на операционных усилителях Категории

    Вы найдете несколько основных групп генераторов: релаксационные и синусоидальные.

    Генераторы релаксации создают треугольные, пилообразные и другие несинуоидальные волны.

    Синусоидальные генераторы включают в себя операционные усилители, использующие дополнительные детали, предназначенные для создания колебаний, или кристаллы со встроенными генераторами колебаний.

    Генераторы синусоидальных сигналов используются в качестве источников или тестовых сигналов во многих схемах.

    Генератор чистой синусоидальной формы имеет только индивидуальную или основную частоту: в идеале без каких-либо гармоник.

    В результате синусоидальная волна может быть входом в схему с использованием расчетных выходных гармоник для фиксации уровня искажений.

    Волны релаксационных генераторов формируются синусоидальными волнами, которые суммируются для получения заданной формы.

    Генераторы полезны для создания последовательных импульсов, которые используются в качестве эталона в таких приложениях, как аудио, генераторы функций, цифровые системы и системы связи.

    Синусоидальные генераторы

    Синусоидальные генераторы включают операционные усилители, использующие RC- или LC-цепи, которые содержат регулируемые частоты колебаний, или кристаллы, обладающие заданной частотой колебаний.

    Частота и амплитуда колебаний устанавливаются подбором пассивной и активной частей, подключаемых к центральному ОУ.

    Генераторы на основе операционных усилителей представляют собой схемы, созданные для обеспечения нестабильности. Не те типы, которые иногда неожиданно разрабатываются или проектируются в лаборатории, а скорее типы, специально созданные для работы в нестабильном или колебательном состоянии.

    Генераторы на операционных усилителях привязаны к нижней границе частотного диапазона из-за того, что операционные усилители не обладают необходимой полосой пропускания для реализации малого фазового сдвига на высоких частотах.

    Операционные усилители с обратной связью по напряжению ограничены низким диапазоном кГц, поскольку их основной полюс без обратной связи часто составляет всего 10 Гц.

    Современные операционные усилители с обратной связью по току имеют значительно более широкую полосу пропускания, но их невероятно сложно реализовать в схемах генераторов, поскольку они чувствительны к емкости обратной связи.

    Кварцевые генераторы рекомендуются для высокочастотных приложений в диапазоне сотен МГц.
    Основные требования

    В самом базовом типе, также называемом каноническим типом, используется метод отрицательной обратной связи.

    Это становится предпосылкой для инициирования генерации, как показано на рисунке 1. Здесь мы видим блок-схему такого метода, в котором VIN фиксируется как входное напряжение.

    Vout обозначает выход блока A.

    β обозначает сигнал, также называемый коэффициентом обратной связи, который поступает обратно на суммирующий узел.

    E означает элемент ошибки, эквивалентный сумме коэффициента обратной связи и входного напряжения.

    Полученные уравнения для цепи генератора можно увидеть ниже.Первое уравнение является важным, оно определяет выходное напряжение. Уравнение 2 дает коэффициент ошибки.

    Vout = E x A  ———————————————(1)

    E = Vin + βVout —————————(2)

    Исключение коэффициента погрешности E из приведенных выше уравнений дает

    Vout / A = Vin — βVout  —————— (3)

    Извлечение элементов из Vout дает

    Vin = Vout (1/A + β)  —— —————-(4)

    Реорганизация членов в приведенном выше уравнении дает нам следующую классическую формулу обратной связи через уравнение #5

    Vout / Vin = A / (1 +Aβ) —————-(5)

    Осцилляторы способны работать без помощи внешнего сигнала.Скорее, часть выходного импульса используется как вход через сеть обратной связи.

    Колебания инициируются, когда обратная связь не может достичь стабильного устойчивого состояния. Это происходит потому, что действие передачи не выполняется.

    Эта нестабильность возникает, когда знаменатель уравнения №5 становится равным нулю, как показано ниже:

    1 + Aβ = 0 или Aβ = -1.

    При проектировании схемы генератора важно обеспечить Aβ = -1.Это условие называется критерием Баркгаузена.

    Чтобы удовлетворить этому условию, необходимо, чтобы значение усиления контура оставалось равным единице при соответствующем сдвиге фазы на 180 градусов. Об этом свидетельствует отрицательный знак в уравнении.

    Приведенные выше результаты могут быть альтернативно выражены, как показано ниже, с использованием символов комплексной алгебры:

    Aβ = 1ㄥ-180°

    При проектировании генератора с положительной обратной связью приведенное выше уравнение может быть записано как:

    Aβ = 1ㄥ0° , что делает член Aβ в уравнении №5 отрицательным.

    Когда Aβ = -1, выход обратной связи стремится к бесконечному напряжению.

    При приближении к максимальным + или — уровням питания уровень усиления активных устройств в цепях изменяется.

    Это приводит к тому, что значение A становится равным Aβ ≠ -1, что замедляет приближение напряжения обратной связи к бесконечности и, в конце концов, останавливает его.

    Здесь может произойти одна из трех возможностей:

    1. Нелинейное насыщение или отсечка, вызывающая стабилизацию и блокировку генератора.
    2. Первоначальный заряд заставляет систему насыщаться в течение очень длительного периода, прежде чем она снова станет линейной и начнет приближаться к противоположной шине питания.
    3. Система остается в линейной области и возвращается к противоположной шине питания.

    В случае второй возможности мы получаем сильно искаженные колебания, как правило, в форме квазипрямоугольных волн.

    Что такое Фазовый сдвиг в генераторах

    Фазовый сдвиг на 180° в уравнении Aβ = 1ㄥ-180° создается за счет активной и пассивной составляющих.

    Как и любая правильно спроектированная схема обратной связи, генераторы строятся на основе фазового сдвига пассивных компонентов.

    Это потому, что результаты пассивных частей точны и практически не имеют дрейфа. Фазовый сдвиг, полученный от активных компонентов, в основном неточен из-за многих факторов.

    Он может дрейфовать при изменении температуры, может показывать широкий первоначальный допуск, а также результаты могут зависеть от характеристик устройства.

    Операционные усилители выбираются таким образом, чтобы обеспечить минимальный фазовый сдвиг частоты колебаний.

    Однополюсная цепочка RL (резистор-индуктор) или RC (резистор-конденсатор) обеспечивает фазовый сдвиг приблизительно 90° на полюс.

    Поскольку для колебаний необходим угол 180°, при проектировании генератора используется как минимум два полюса.

    LC-цепь имеет 2 полюса; следовательно, он обеспечивает фазовый сдвиг около 180° для каждой пары полюсов.

    Однако мы не будем обсуждать здесь конструкции на основе LC из-за использования низкочастотных катушек индуктивности, которые могут быть дорогими, громоздкими и нежелательными.

    LC-генераторы

    предназначены для высокочастотных приложений, которые могут выходить за пределы частотного диапазона операционных усилителей, основанных на принципе обратной связи по напряжению.

    Здесь вы можете обнаружить, что размер индуктора, вес и стоимость не имеют большого значения.

    Фазовый сдвиг определяет частоту колебаний, поскольку схема пульсирует с частотой, обеспечивающей фазовый сдвиг в 180 градусов. df/dt или скорость изменения фазового сдвига с частотой определяет стабильность частоты.

    Когда каскадно буферизованные RC-секции используются в виде операционных усилителей с высоким входным и низким выходным импедансом, фазовый сдвиг умножается на количество секций, n  (см. рисунок ниже).

    Несмотря на то, что две каскадные RC-секции имеют фазовый сдвиг 180°, вы можете обнаружить, что dФ/dt минимальна на частоте генератора.

    В результате генераторы, построенные с использованием двух каскадных секций RC, имеют недостаточную стабильность частоты.

    Три идентичные каскадные секции RC-фильтра обеспечивают увеличенное dФ/dt, что позволяет генератору работать с повышенной стабильностью частоты.

    Однако введение четвертой секции RC создает генератор с выдающимся dФ/dt.

    Следовательно, это становится чрезвычайно стабильной установкой осциллятора.

    Четыре секции являются предпочтительным диапазоном, главным образом потому, что операционные усилители доступны в счетверенных корпусах.

    Кроме того, четырехсекционный осциллятор создает 4 синусоидальных волны, которые сдвинуты по фазе на 45° по отношению друг к другу, что означает, что этот осциллятор позволяет получить синусоидальные/косинусоидальные или квадратурные синусоидальные волны.

    Использование кристаллов и керамических резонаторов

    Кристаллические или керамические резонаторы дают нам наиболее стабильные генераторы. Это связано с тем, что резонаторы обладают невероятно высоким dФ/dt из-за их нелинейных свойств.

    Резонаторы применяются в высокочастотных генераторах, однако низкочастотные генераторы обычно не работают с резонаторами из-за ограничений размера, веса и стоимости.

    Вы обнаружите, что операционные усилители не используются с генераторами с керамическим резонатором в основном потому, что операционные усилители имеют меньшую полосу пропускания.

    Исследования показывают, что дешевле сконструировать высокочастотный кварцевый генератор и урезать выходной сигнал для получения низкой частоты вместо включения низкочастотного резонатора.


    Коэффициент усиления генераторов

    Коэффициент усиления генератора должен соответствовать единице на частоте колебаний. Схема становится устойчивой, когда усиление становится больше 1 и колебания прекращаются.

    Как только усиление превысит 1, а фазовый сдвиг –180°, нелинейность активного устройства (операционного усилителя) снизит усиление до 1.

    При возникновении нелинейности операционный усилитель колеблется вблизи одного из (+/-) уровней питания из-за уменьшения отсечки или насыщения усиления активного устройства (транзистора).

    Одна странная вещь заключается в том, что плохо спроектированные схемы на самом деле требуют предельного усиления, превышающего 1 во время их производства.

    С другой стороны, более высокое усиление приводит к большему искажению выходной синусоиды.

    В случаях, когда усиление минимально, колебания прекращаются при крайне неблагоприятных обстоятельствах.

    При очень высоком усилении форма выходного сигнала больше похожа на прямоугольную, чем на синусоидальную.

    Искажения обычно являются непосредственным следствием слишком большого усиления, перегружающего усилитель.

    Таким образом, усиление следует регулировать с осторожностью, чтобы получить генераторы с низким уровнем искажений.

    Генераторы с фазовым сдвигом могут давать искажения, однако они могут обеспечивать выходное напряжение с низким уровнем искажений с помощью буферизованных каскадных RC-цепочек.

    Это связано с тем, что каскадные секции RC ведут себя как фильтры искажения.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.