RC jeneratörleri. Sinüzoidal ve sinüzoidal olmayan salınım jeneratörleri RC tipi otojeneratör

Belgorod bölgesinin iç ve personel politikası departmanı

bölgesel devlet özerk

profesyonel eğitim kurumu

"Belgorod Politeknik Koleji"

MDK 01.02 CNC makinelerinin elektronik parçalarının elektronik ekipmanlarının kurulum ve ayar teknolojisi

Ders: "L" şeklinde filtre ve "L" şeklinde köprüden oluşan RC jeneratör devreleri, devre elemanlarının amacı. Anahtar ve sayma modlarında çalışan tetikleyicinin çalışma prensibi, cihazı ve amacı. »

Tamamlanmış:

Öğrenci grubu №24ASU

Shekhovskoy Dmitry

Kontrol:

Rotaru T.A.

Belgorod, 2018

GİRİİŞ 3

RC jeneratörleri.. 4

Tetikleyiciler.. 9

RS flip-flop. on bir

D-parmak arası terlik.. 13

JK tetikleyici. 14

T-tetik. 15

Güvenlik soruları: 16

İnternet kaynaklarının listesi: 18

GİRİİŞ

RC jeneratörleri, düşük ve kızılötesi-düşük frekansların (hertz kesirlerine kadar) harmonik salınımlarını elde etmek için kullanılır. Bu tür jeneratörlerde 10 MHz'e kadar frekans elde etmek mümkündür. Bu kadar düşük frekanslarda LC osilatörlerinin hacimli olacağı ve kalite faktörünün gerekli gereksinimlerin altında olacağı unutulmamalıdır. Aynı zamanda düşük frekans aralığındaki RC osilatörleri, LC osilatörlerine göre daha küçük boyutlara, ağırlığa ve maliyete sahiptir.

Aktif unsurlar şunlardır:

- bipolar transistörler,

- Alan Etkili Transistörler,

- Entegre tasarımda OA.

RC jeneratörleri bir yükseltici eleman (amplifikatör) ve bir geri bildirim bağlantısı (OS) içerir.

RC jeneratörleri

Aşağıdaki işletim sistemi bağlantısı türleri ayırt edilir:

- İşletim sisteminin L şeklindeki bağlantıları (Şekil 1),

− Wien köprüsü (Şek. 2),

− T şeklinde çift köprü (Şek. 3) .

Şekil 1.1, 1.2, 1.3'te "U 1" sembolü giriş voltajını, "U 2" sembolü ise çıkış voltajını gösterir.

Şekil 1.1. L şeklindeki işletim sistemi bağlantıları

Şekil 1.2. Şarap Köprüsü Şekil 1.3. Çift T köprüsü

L şekilli RC bağlantılı işletim sistemine sahip RC jeneratörleri

Şekil 1.4. L şeklinde RC bağlantısı işletim sistemine sahip bir RC jeneratörünün şematik diyagramı

Bildiğiniz gibi, işletim sistemi olmayan tek kademeli bir amplifikatörde, U IN ve U OUT birbirlerine göre 180 derece faz kaydırılmıştır. Bu amplifikatörün U OUT girişine uygulanırsa, %100 OOS elde edersiniz.

Faz dengesini korumak için (PIC'in tanıtımı için) U OUT, amplifikatörün girişine uygulamadan önce fazın 180° kaydırılması gerekir. Böyle bir kayma, her biri fazı 60° değiştiren üç özdeş RC bağlantısı (Şekil 4) kullanılarak elde edilebilir.

Hesaplamalara göre faz dengesi bir frekansta, genlik dengesi ise K≥29 kazancında meydana gelmektedir.

L şeklindeki RC devreleri 3'ten fazla bağlantıyla (genellikle 4) yapılabilir - bu, üretim frekansını artırabilir.

Ayrıca direnç ve kondansatörlerin yerleri değiştirilerek üretim frekansı arttırılabilir. Üretim frekansını değiştirmek için, tüm R dirençlerini veya tüm C kapasitanslarını aynı anda değiştirmek gerekir.

L şeklinde devrelere sahip RC osilatörler genellikle sabit bir frekansta veya dar bir frekans aralığında çalışır.

L şeklindeki RC filtresinin bir bağlantısı, sınırlama durumunda p / 2'ye kadar çıkış voltajının giriş voltajına göre faz kaymasını gerçekleştirmeye ve kural olarak üç seri bağlantılı harmonik salınım jeneratörleri oluştururken izin verir. L şeklinde filtreler kullanılır.

Bu, geri besleme devresindeki sinyalin p'ye eşit (her filtre bağlantısında p/3 oranında) faz kayması olasılığını sağlar. Faz dengesini sağlamak için, çıkış sinyalinin girişin antifazı olduğu sinyal amplifikatörleri kullanılır, yani. - ters çevirici amplifikatörler. Bu durumda amplifikatörde p ile faz kayması ve geri besleme kanalında p ile sağlanır, bu da sinyalin toplam faz kaymasının 2p'ye eşit olmasını ve gerekli faz dengesinin sağlanmasını mümkün kılar.

Bu durumda, genlik dengesini gerçekleştirmek için gerekli K kazancını sağlayan herhangi bir sinyal yükseltici devresini kullanarak bir jeneratör oluşturabilirsiniz.

Wien köprüsü (Şekil 1.5), op-amp'in çıkışı ile POS'u sağlayan ters çevirmeyen girişi arasına bağlanır. Böyle bir osilatörde amplifikatörün K≈3 olması gerekir, ancak amplifikatörde K>>3 olmalıdır. Bu büyük bozulmalara yol açabilir. Bunu önlemek için osilatörün stabilitesini önemli ölçüde artıran OOS tanıtıldı.

Şekil 1.5. Bir op-amp üzerinde Wien köprüsüne sahip bir RC osilatörün şematik diyagramı

Dirençler R3, R4, R5, çıkışı op-amp'in evirmeyen girişine bağlar. Dirençler R4 ve R5 gerekli kazancı belirler ve termistör R3 genliği dengeler ve çıkış voltajındaki bozulmayı azaltır.

Asimetrik çift T şeklinde köprüye sahip bir RC osilatörünün devre şemasında (Şekil 1.6), çıkış voltajı "U" ile işaretlenmiştir; yayıcı termal stabilizasyon zinciri - "RC"; voltaj bölücü - "Rg 1", "Rg 2".

Pirinç. 1.6. Bir RC osilatörün şematik diyagramı

asimetrik çift T köprülü

Bu osilatör devresinde K≈11. Böyle bir osilatörde OOS devresi olarak çift T şeklinde bir köprü bulunur. Koşul karşılandığında U IN ve U OUT arasındaki faz kayması ayarlanır

; ; .

Salınım frekansı ifadeyle belirlenir.

tetikleyiciler

Tetikleyici (İngilizce “tetikleyiciden”) yalnızca iki (0 veya 1) kararlı duruma sahip olabilen dijital bir cihazdır. Bu durumda, bir durumdan diğerine geçiş mümkün olduğu kadar çabuk gerçekleştirilir, pratikte geçici süreçlerin zamanını ihmal etmek gelenekseldir. Tetikleyiciler, çeşitli depolama aygıtları oluşturmak için ana unsurdur. Bilgi depolamak için kullanılabilirler, ancak hafızaları son derece küçüktür; bir flip-flop, bitleri, bireysel kodları veya sinyalleri depolayabilir.

Bilgilerin tetikleyiciye nasıl yazıldığına göre bunlar ikiye ayrılır:

eşzamansız - bilgiler sürekli olarak kaydedilir ve tetikleyicinin girişine beslenen bilgi sinyallerine bağlıdır

senkron - bilgi yalnızca ek bir sinyal varsa kaydedilir - aslında senkronizasyon - tetiğin açılması

Dijital devrede tetikleme girişleri için aşağıdaki tanımlar kullanılır:
S - tetikleyiciyi tek bir duruma ayarlayan ayrı giriş (Q (doğrudan çıkış) üzerinde)
R - tetiği sıfıra ayarlayan ayrı giriş (Q (doğrudan çıkış) sıfırda)
C - senkronizasyon girişi
D - bilgi girişi (tetiğe daha fazla girilmesi için bu girişe bilgi verilir)
T - sayaç girişi

Tetikleyiciler işlevsel amaçlarına göre sınıflandırılır:

RS parmak arası terlik

D parmak arası terlik

T-tetikleyiciler

JK tetikleyici

RS flip-flop

Daha sonra diğer türlerin oluşturulduğu en basit tetikleyici türü. 2OR-NOT (doğrudan girişler) veya 2AND-NOT (ters girişler) mantık elemanları üzerine kurulabilir.

Pirinç. 2.1. RS flip-flop, yapım şeması ve tanımı. A - OR-NOT elemanlarında. B - elementlerde VE-DEĞİL

Kendi başlarına, çok düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle, RS parmak arası terlikler pratikte dijital teknolojide kullanılmaz. Bunun bir istisnası, mekanik anahtarlar değiştirilirken meydana gelen kontak çatırtısının etkisinin ortadan kaldırılmasıdır. Bu durumda, çıkışlardan biri diğer ikisine dönüşümlü olarak bağlanırken, üç çıkışı olan bir geçiş anahtarına (düğmeye) ihtiyacınız olacaktır. Bir RS-flip-flop elde etmek için, D ve C girişlerinin sıfıra kapalı olduğu bir D-flip-flop kullanılır.

Çalışma prensibi zamanlama şemasında gösterilmektedir:

Şekil 2.2. Temas sohbetinin etkisini ortadan kaldırma planı

-R girişinde alınan ilk negatif sinyal, tetiği "0" durumuna getirir ve -S girişindeki ilk negatif sinyal, tetiği bir durumuna sıfırlar. Temas sıçramasının neden olduğu diğer tüm sinyaller artık tetikleyiciyi hiçbir şekilde etkileyemeyecektir. Bu anahtar bağlantı şeması ile tetik çıkışında üst konumu bire, alt konumu ise sıfıra karşılık gelecektir.

RS tetikleyicisi eşzamansızdır, ancak kaydedilen bilgilerin düzeltilmesinin (kaydedilmesinin) gerekli olduğu durumlar vardır. Bunun için, bu durumda iki parçadan oluşan senkronize (senkronize) bir RS flip-flop kullanılır: geleneksel bir RS flip-flop ve bir kontrol devresi.

Şekil 2.3. Senkronize RS flip-flop

Böyle bir şemada, C = 0 girişinde, X1 ve X2'ye gelen darbelerin değeri önemli değildir, RS flip-flop "depolama" modundadır. C=1 olduğunda tetik etkinleştirilir ve yazma moduna girer.

D parmak arası terlik

Kayıtları kaydırmak ve tutmak için kullanılan gecikme tetikleyicisi, herhangi bir mikroişlemcinin ayrılmaz bir parçasıdır.

Pirinç. 3.1. D flip-flop devresi

İki girişi vardır: bilgi ve senkronizasyon. C=0 durumunda, flip-flop kararlıdır ve çıkış sinyali, bilgi girişinde alınan sinyallere bağlı değildir. C=1 ile doğrudan çıkıştaki bilgi, D girişine beslenen bilgiyi tam olarak tekrarlayacaktır. Zamanlama diyagramı D-flip-flop'un çalışma prensibini göstermektedir.

Şekil 3.2. D tetikleyici. a) şematik gösterim b) operasyonun zamanlama diyagramı

JK parmak arası terlik

Çalışma prensibine göre, JK flip-flop neredeyse tamamen RS flip-flop'a karşılık gelir, ancak aynı zamanda girişte iki "ünitenin" aynı anda alınmasının neden olduğu belirsizlikten kaçınmak mümkün olmuştur.

Pirinç. 4.1. JK flip-flop'un grafik görüntüsü

Şekil 4.2. Girişte mantık 3I ile JK flip-flop

Bu durumda JK flip-flopu sayma flip-flop moduna geçer. Uygulamada bu, girişte aynı anda "tek" sinyaller alındığında tetikleyicinin durumunu tersine değiştirmesine yol açar. Aşağıda bir JK flip-flop'unun doğruluk tablosu verilmiştir:

JK tetikleyicileri çok yönlü cihazlardır ve çok yönlülükleri iki yönlüdür. Bir yandan, bu flip-flop'lar dijital cihazlar için, tabiri caizse, saf haliyle başarıyla kullanılmaktadır: dijital sayaçlarda, kayıtlarda, frekans bölücülerde vb. Öte yandan, belirli pinleri bağlayarak bir JK flip-flop'tan gerekli herhangi bir tetikleyiciyi elde etmek çok kolaydır. Aşağıda ek bir invertör kullanarak orijinal JK - flip-flop'tan bir D - flip-flop elde etmenin bir örneği verilmiştir.

T-tetikleyici

Başka bir isim, ikili sayaçların ve frekans bölücülerin oluşturulduğu tetikleyicileri saymaktır. Bu tür tetikleyicinin yalnızca bir girişi vardır. Çalışma prensibi - tetikleyicinin girişine bir dürtü girdiğinde durumu tersine değişir, ikinci bir dürtü geldiğinde orijinal durumuna geri döner.

Pirinç. 5.1. T-flip-flop'a dayalı frekans bölücü zamanlama diyagramı

Buradan T-flip-flop'a neden frekans bölücü denildiği anlaşılıyor. Tetikleme anahtarı, senkronizasyon darbesinin ön kenarının girişe ulaştığı anda gerçekleşir. Sonuç olarak tetik çıkışında darbelerin takip ettiği frekans, girişe giren saat darbelerinin orijinal frekansından 2 kat daha az çıkıyor. Bir sayma tetikleyicisinin kurulumu darbe frekansının ikiye bölünmesine izin veriyorsa, sırasıyla seri bağlı iki tetikleyici bu frekansı 4 kat azaltacaktır.
Aşağıda JK-flip-flop'tan T-flip-flop almanın bir örneği verilmiştir:

Pirinç. 5.2. JK flip-flop'a dayanan T flip-flop

Kontrol soruları:

RC jeneratörleri ne için kullanılır?

RC jeneratörleri, düşük ve kızılötesi-düşük frekansların (bir hertz'in kesirlerine kadar) harmonik salınımlarını elde etmek için kullanılır.

Salınımlı devre kullanan jeneratör çeşitlerinden birini düşündük. Bu tür jeneratörler esas olarak yalnızca yüksek frekanslarda kullanılır, ancak LC jeneratörünün kullanımının düşük frekanslarda üretilmesi zor olabilir. Neden? Formülü hatırlayalım: KC jeneratörünün frekansı formülle hesaplanır

Yani: Üretim frekansını azaltmak için ana kapasitörün kapasitansını ve indüktörün endüktansını arttırmak gerekir ve bu elbette boyutta bir artışa yol açacaktır.
Bu nedenle nispeten düşük frekanslar üretmek için, RC jeneratörleri
ele alacağımız çalışma prensibi.

En basit RC jeneratörünün şeması(aynı zamanda üç fazlı fazlama devresi olarak da adlandırılır), şekilde gösterilmiştir:

Diyagram bunun sadece bir amplifikatör olduğunu gösteriyor. Üstelik pozitif geri besleme (POS) kapsamındadır: girişi çıkışa bağlıdır ve bu nedenle sürekli olarak kendi kendini uyarma halindedir. Ve RC jeneratörünün frekansı, C1R1, C2R2, C3R3 elemanlarından oluşan faz kaydırma zinciri adı verilen zincir tarafından kontrol edilir.
Bir direnç ve kapasitör zincirinin yardımıyla 90 dereceden fazla olmayan bir faz kayması elde edilebilir. Gerçekte kayma 60°'ye yakındır. Bu nedenle 180°'lik bir faz kayması elde etmek için üç zincirin ayarlanması gerekir. Son RC devresinin çıkışından sinyal transistörün tabanına beslenir.

Güç kaynağının açıldığı anda çalışma başlar. Bu durumda ortaya çıkan kolektör akım darbesi, gerekli üretim frekansının mutlaka olacağı geniş ve sürekli bir frekans spektrumu içerir. Bu durumda faz kaydırma devresinin ayarlandığı frekansın salınımları sönümsüz hale gelecektir. Salınım frekansı aşağıdaki formülle belirlenir:

Bu durumda aşağıdaki koşulun karşılanması gerekir:

R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C

Bu tür jeneratörler ancak sabit bir frekansta çalışabilir.

Faz kaydırma devresi kullanmanın yanı sıra, daha yaygın olan başka bir seçenek daha vardır. Jeneratör aynı zamanda bir transistör amplifikatörü üzerine inşa edilmiştir, ancak faz değiştiren bir zincir yerine Vin-Robinson köprüsü kullanılır (Vin'in soyadı bir "H" ile yazılır !!). Şöyle görünüyor:

Devrenin sol tarafı pasif bant geçiren bir RC filtresidir, A noktasında çıkış voltajı kaldırılır.
Sağ taraf frekanstan bağımsız bir bölücü gibidir.
Genel olarak R1=R2=R, C1=C2=C kabul edilir. Daha sonra rezonans frekansı aşağıdaki ifadeyle belirlenecektir:

Bu durumda kazanç modülü maksimum ve 1/3'e eşit olup, faz kayması sıfırdır. Bölücü kazancı bant geçiren filtre kazancına eşitse, rezonans frekansında A ve B noktaları arasındaki voltaj sıfır olacak ve rezonans frekansındaki PFC -90°'den +90°'ye sıçrayacaktır. Genel olarak aşağıdaki koşulun karşılanması gerekir:

R3=2R4

Ancak tek bir sorun var: Bütün bunlar yalnızca ideal koşullar için düşünülebilir. Gerçekte her şey o kadar basit değil: R3 = 2R4 koşulundan en ufak bir sapma, ya üretimde bir bozulmaya ya da amplifikatörün doygunluğuna yol açacaktır. Daha açık hale getirmek için bir Wien köprüsünü bir op amplifikatöre bağlayalım:

Genel olarak bu şema bu şekilde kullanılamaz çünkü her durumda köprünün parametrelerinde bir yayılma olacaktır. Bu nedenle, R4 direnci yerine bir tür doğrusal olmayan veya kontrollü direnç eklenir.
Örneğin, doğrusal olmayan bir direnç: transistörler kullanılarak kontrol edilen direnç. Veya R4 direncini, dinamik direnci artan akım genliğiyle artan bir mikro güçlü akkor lambayla da değiştirebilirsiniz. Filament yeterince büyük bir termal atalete sahiptir ve birkaç yüz hertz frekanslarda pratik olarak devrenin bir süre içinde çalışmasını etkilemez.

Wien köprüsü osilatörlerinin iyi bir özelliği vardır: R1 ve R2 değişkenlerle değiştirilirse (ancak yalnızca iki katına çıkarsa), üretim frekansını belirli sınırlar dahilinde düzenlemek mümkün olacaktır.
C1 ve C2 kapasitanslarını bölümlere ayırmak mümkündür, daha sonra aralıkları değiştirmek ve çift değişken direnç R1R2 ile aralıklardaki frekansı sorunsuz bir şekilde ayarlamak mümkün olacaktır.

Aşağıdaki şekilde Wien köprüsüne sahip bir RC osilatörünün neredeyse pratik bir devresi:

Burada: SA1 anahtarıyla aralığı değiştirebilirsiniz ve çift direnç R1 ile frekansı ayarlayabilirsiniz. Amplifikatör DA2, jeneratörü yük ile eşleştirmek için kullanılır.

Salınımlı devre jeneratörleri, sinüzoidal yüksek frekanslı salınımların kaynakları olarak vazgeçilmezdir. 15...20 kHz'den daha düşük frekanslarda salınımlar oluşturmak, salınım devresi çok büyük olduğundan sakıncalıdır.

Düşük frekanslı LC jeneratörlerinin bir diğer dezavantajı, frekans aralığında ayarlanmasının zorluğudur. Bütün bunlar, salınım devresi yerine frekans elektrikli RC filtrelerinin kullanıldığı yukarıdaki frekanslarda RC osilatörlerinin yaygın şekilde kullanılmasına yol açtı. Bu tip jeneratörler, bir hertz'in kesirlerinden yüzlerce kilohertz'e kadar nispeten geniş bir frekans aralığında yeterince kararlı sinüzoidal salınımlar üretebilir. Boyutları ve ağırlıkları küçüktür ve RC osilatörlerinin bu avantajları en çok düşük frekans bölgesinde kendini gösterir.

4.2 RC jeneratörünün yapısal şeması

Bu şema Şek. 7 numara.

Şekil 7. Bir RC osilatörün yapısal diyagramı.

Devre, bir dirençle yüklenmiş ve sabit bir voltaj kaynağı (3) tarafından çalıştırılan bir amplifikatör (1) içerir. Amplifikatörün kendi kendini uyarması için, yani. Sönümsüz salınımlar elde etmek için, çıkış voltajının girişi aşan (veya ona eşit) ve faz olarak onunla çakışan bir kısmını girişine uygulamak gerekir. Başka bir deyişle, amplifikatörün pozitif geri besleme ile kaplanması ve geri besleme dört kutuplu 2'nin yeterli kazanca sahip olması gerekir. Bu sorun, dört kutuplu 2'nin dirençler ve kapasitörlerden oluşan bir faz kaydırma devresi içermesi durumunda, giriş ve çıkış voltajları arasındaki faz kaymasının 180 0 olması durumunda çözülür.

4.3 Faz kaydırma devresinin çalışma prensibi

Şeması Şek. 8a, Şekil 2'deki vektör diyagramı kullanılarak gösterilmektedir. 8b.

Şekil 8. Faz kaydırma devreleri: a- devre şeması; b-vektör diyagramı; c, d - üç bağlantılı zincirler

Bu RC devresinin girişine U1 gerilimi uygulansın. Devrede bir I akımı indükleyerek kapasitörde bir voltaj düşüşü yaratır.

(burada ω, U1 voltajının frekansıdır) ve direnç üzerinde U R =IR, bu aynı zamanda U2 çıkış voltajıdır. Bu durumda akım I ile gerilim Uc arasındaki faz kayma açısı 90 0'dır ve akım I ile gerilim U R arasında sıfırdır. Gerilim vektörü U1, U C ve U R vektörlerinin geometrik toplamına eşittir ve U2 vektörü ile φ açısı yapar. Kapasitör C'nin kapasitansı ne kadar küçük olursa, φ açısı 90 0'a o kadar yakın olur.

4.4 RC osilatörünün kendi kendine uyarılması koşulları

RC devresi elemanlarının değerleri değiştirilerek elde edilebilecek en büyük açı φ 90 0'a yakındır. Uygulamada R ve C devre elemanları aşağıdaki gibi seçilir. Böylece açı φ=60 0 olur. Bu nedenle faz kaydırma açısını elde etmek için φ=180 0 faz dengesi koşulunu yerine getirmek gerekir. Üç RC bağlantısını seri olarak açmak gerekir.

Şek. No. 8 c, d, üç bağlantılı faz kaydırma devrelerinin iki şemasını göstermektedir. R1=R2=R3=R ve C1=C2=C3=C'de 180 0 açıyla çıkış ve giriş voltajı arasındaki faz kayması şu frekanslarda sağlanır: f 01 ≈ (Şekil No. 8c'deki devrede) ve f 02 ≈ (Şekil No. 8d'deki devrede), burada R ohm cinsinden, C farad cinsinden ve f 0 hertz cinsinden ifade edilir. F 01 ve f 02 değerleri aynı zamanda kendi kendine salınımların frekansıdır.

Genliklerin dengesini sağlamak için, amplifikatör K us'un kazancı, geri besleme devresi K o.s'nin transfer katsayısından daha az olmamalıdır. =. Hesaplamalar, verilen şemalar için K o.s = olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, aynı bağlantılara sahip üç bağlantılı faz kaydırma devreleri içeren RC osilatörlerindeki öz salınımlar, yalnızca aşağıdaki koşullar sağlandığı takdirde mümkündür:

f aut = f 01 (veya f aut = f 02); K bıyık ≥29.

Harmonik osilatör giriş sinyallerinin yokluğunda alternatif sinüzoidal voltaj oluşturan bir cihaz olarak adlandırılır. Jeneratör devreleri her zaman pozitif geri besleme kullanır.

Dalgalanmalara denir özgür(veya kendi), eğer başlangıçta mükemmel enerji pahasına yapılırsa ve daha sonra salınım sistemi (salınım yapan sistem) üzerinde dış etkilerin bulunmaması durumunda. En basit salınım türü harmonik salınımlardır; salınım değerinin sinüs (kosinüs) yasasına göre zamanla değiştiği salınımlardır.

Jeneratörler birçok ölçüm cihazının ayrılmaz bir parçası ve otomatik sistemlerin en önemli bloklarıdır.

Analog ve dijital jeneratörler var. Harmonik salınımların analog jeneratörleri için önemli bir sorun, çıkış voltajı genliğinin otomatik stabilizasyonudur. Devre otomatik stabilizasyon cihazları sağlamıyorsa jeneratörün stabil çalışması mümkün olmayacaktır. Bu durumda, salınımların ortaya çıkmasından sonra, çıkış voltajının genliği sürekli artmaya başlayacak ve bu, jeneratörün aktif elemanının (örneğin, operasyonel bir amplifikatör) doygunluk moduna girmesine yol açacaktır. . Sonuç olarak çıkış voltajı harmonikten farklı olacaktır. Otomatik genlik stabilizasyonuna yönelik şemalar oldukça karmaşıktır.

Yapısal jeneratör devresi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:

IE - enerji kaynağı,

UE - amplifikatör,

POS - pozitif geri besleme devresi,

OOS - negatif geri besleme devresi,

FK - salınım şekillendirici (LC devresi veya fazlı RC devresi).

İle titreşim almanın yolu jeneratörler iki gruba ayrılır: jeneratörler dış uyarım ve jeneratörler kendini uyarma. Harici uyarmalı bir jeneratör, girişine bir salınım kaynağından elektrik sinyallerinin sağlandığı bir güç amplifikatörüdür. Kendiliğinden uyarılan jeneratörler titreşim jeneratörleri içerir; bu tür jeneratörlere sıklıkla denir osilatörler .

Otojeneratörün çalışma prensibi.

Salınım şekillendiricinin harcadığı enerjinin otomatik olarak yenilenmesine dayanır.

Bunu yaparken aşağıdakilere dikkat edilmelidir:

-genlik dengesi kuralı- kazanç ve geri besleme faktörünün çarpımı 1'e eşit olmalıdır.

-faz dengesi kuralı- bu, salınımların, faz çakışmasının meydana geldiği, iyi tanımlanmış bir frekansta meydana geldiği anlamına gelir.

Her iki koşul da karşılanırsa salınımlar düzgün veya aniden ortaya çıkar ve belirli bir aralıkta otomatik olarak korunur. Büyük bir faz kayması ile salınımlar birbirini iptal edecek ve ardından tamamen kaybolacaktır.

Sinüs dalgası üreteci devrelerinin birçok çeşidi vardır. Onlarca kilohertz ve daha yüksek frekanslar için jeneratörler şunları içerir: LC devreleri ve kural olarak düşük frekanslar için jeneratörler, RC filtreleri .

Harmonik salınımların LC jeneratörlerinin şemaları.

Jeneratörlerde LC konturları endüktif bobinler ve yüksek kaliteli kapasitörler kullanılmaktadır. Otomatik osilatör - salınım şekillendirici - pozitif frekansa bağlı geri besleme devrelerine sahip bir veya daha fazla yükseltme aşamasıdır; geri besleme devreleri salınım devreleri içerir. RE elektrotlarına göre salınım devresini açmak için çeşitli seçenekler vardır: yalnızca girişte, yalnızca çıkışta veya aynı anda devrenin birkaç bölümünde. LC elemanlarını yükseltici elemanların elektrotlarına bağlama yöntemlerine göre, bir transformatör bağlantısı ve sözde üç noktalı bağlantı - endüktif veya kapasitif - ayırt edilir. Transformatör-bağlantılı osilatör, Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

Pirinç. 1. Transformatör bağlantılı sinüzoidal salınımların otojeneratör-şekillendiricisi.

Lk bobini ve C kondansatöründen oluşan salınım devresi, V1 transistörünün toplayıcı yüküdür.Yükselticinin çıkışı ile girişi arasındaki endüktif bağlantı, transistörün tabanına bağlanan Lb bobini tarafından sağlanır. R1, R2, Re, Se elemanları, doğru akım ve termal stabilizasyonu için gerekli çalışma modunu sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.

Üretim frekansında düşük dirence sahip olan C1 kondansatörü sayesinde transistörün tabanı ile emitörü arasındaki değişken akım bileşeni için bir devre oluşturulur. Faz dengesi koşulunun gözlemlenmesi gerektiğinden noktalar Lb ve Lk sargılarının başlangıcını gösterir. Faz dengesi durumu enerji akışının devredeki voltajın işaretindeki bir değişiklikle eşzamanlı olarak meydana gelip gelmediği gözlemlenir; örneğin, OE devresine göre bağlanan transistörlü bir kaskadda, giriş ve çıkış sinyallerinin fazları karşılıklı olarak 180 ° C kaydırılır. Bu nedenle, Lb bobininin uçları, giriş ve çıkış salınımları olacak şekilde bağlanmalıdır. aşamasındadır. Genlik denge koşulu devredeki ve yükteki kayıpların güç kaynağı tarafından sürekli olarak yenilenmesinden oluşur.

Pirinç. 1 A. Jeneratörün çalışması. Geçiş süreçleri.

Antojeneratör operasyonu(Şekil 1a) Ek kaynağı açıldığında başlar. Başlangıçtaki akım darbesi, LkC devresindeki frekansta salınımları uyarır. Bobinin ve kapasitörün aktif direncindeki termal enerji kayıpları nedeniyle durabilir. Ancak Lb ve Lk bobinleri arasında karşılıklı endüktans katsayısı M olan endüktif bir bağlantı olduğundan, temel devrede alternatif bir akım görünecektir., kollektör devresinin akımı ile aynı faza denk gelir (faz dengesi durumu, Lb sargısının uçlarının rasyonel olarak dahil edilmesiyle sağlanır). Güçlendirilmiş salınımlar devreden temel devreye geri iletilir ve salınımların genliği kademeli olarak artarak önceden belirlenmiş bir değere ulaşır.

Pirinç. 2. Üç noktalı endüktif (a) ve kapasitif (b) devreye göre monte edilmiş bir salınım devresine dayanan sinüzoidal salınımların şekillendiricileri.

Otojeneratör buna göre monte edildi üç noktalı desen, Şek. 2, a. Bölümlü bir bobin Lk ve bir kapasitör Sk'den oluşan salınım devresi, transistör V1'in yüküdür. Bobin Lk iki parçaya bölünmüştür: bir çıkış toplayıcıya, ikincisi transistörün tabanına bağlanır; Bu bobinin orta sarımlarından birine enerji verilir. Bu dahil etme, faz dengesinin uygulanmasını sağlar ve büyük basitlik ve güvenilirlik ile karakterize edilir. Transistörün doğru akımdaki çalışma modu ve termal stabilizasyonu, transformatör jeneratör devresindekiyle aynı elemanlar tarafından gerçekleştirilir (bkz. Şekil 1). Kapasitif üç noktalı devre (Şekil 2b), salınım devresinin kapasitif dalında, aralarındaki orta nokta transistör V1'in vericisine bağlı olan iki kapasitör içerir. Salınım devresi, enerji kaynağı ile RE arasına seri olarak bağlanır. Kondansatörlerin üzerindeki gerilimlerin ortak noktaya göre zıt polariteye sahip olması faz dengesi şartının sağlanmasını sağlar.

Harmonik salınımların RC jeneratörlerinin şemaları.

RC osilatörler kızılötesi-düşük ve düşük frekanslı salınımlar üretmek için kullanılır (bir hertz'in kesirlerinden birkaç on kilohertz'e kadar); RC osilatörleri daha yüksek frekanslarda salınımlar üretebilir ancak düşük frekanslı salınımlar daha kararlıdır.

Pirinç. 3. L şeklindeki RC bağlantıları (a) ve köprü tipi (b) hedefine sahip sinüzoidal salınımların kendi kendine osilatörleri.

Bir RC osilatörü, bir amplifikatör (tek veya çok kademeli) ve frekansa bağlı bir geri besleme devresinden oluşur. Geri besleme devreleri "merdiven" (Şekil 3, a) veya köprü (Şekil 3, b) RC devreleri şeklinde yapılır.

RC osilatör çoklu bağlantı RC geri besleme devresi şekil 2'de gösterilmektedir. 3 A. Yükseltme aşamasının çıkışı ve girişi arasına bağlanan üç seri bağlı fazlama eşitliği R1C1-R3C3, filtreleme özelliklerine sahip pozitif bir geri besleme devresi oluşturur. Salınım sürecini yalnızca belirli bir frekansta destekler; RC elemanları olmadan, tek aşamalı bir amplifikatör negatif voltaj geri beslemesine sahip olacaktır. Faz dengesi durumu RC bağlantılarının her birinin sinyal fazını 60°'lik bir açıyla döndürmesi ve toplam kaydırma açısının 180° olması gerçeğinde yatmaktadır. Genlik dengesi koşulu, uygun aşama kazancının seçilmesiyle sağlanır.

RC filtreli otomatik osilatör köprü tipiŞekil 2'de gösterilmiştir. 3b. Köprünün iki kolu - R1C1 ve R2C2 bağlantıları - amplifikatör 2'nin evirmeyen girişine bağlanır (üçgenin içindeki sayı, aşama sayısı anlamına gelir). Bu bağlantılar POS zincirini oluşturur. Doğrusal olmayan R3 elemanlarından oluşan aynı amplifikatörün ters çevirme girişine başka bir diyagonal bağlanır ve R OOS zincirini oluşturan. Bu devrede köprü seçici bir özelliğe sahiptir ve tek frekansta (köprünün çıkış sinyalinin giriş sinyali ile aynı fazda olduğu) faz dengesi durumu sağlanır. Bu otomatik jeneratördeki frekans ayarı basit ve kullanışlıdır ve çok geniş bir frekans aralığında mümkündür. Her iki direncin direncini veya her iki köprü kapasitörünün kapasitansını değiştirerek gerçekleştirilir.

Tüm jeneratörlerin ortak bir dezavantajı, üretilen frekansın besleme voltajındaki, sıcaklıktaki değişikliklere ve devre elemanlarının "eskimesine" karşı duyarlılığıdır.

RC jeneratörleri kendi kendine salınan sistemler sınıfına aittir

rahatlama türü. Böyle bir jeneratörün ana elemanları:

dirençlerden oluşan amplifikatör ve periyodik olmayan bağlantılar ve

kapasitörler. Bileşiminde salınım devresi bulunmaması,

Bununla birlikte jeneratörler, şekle yakın salınımlar elde etmeyi mümkün kılar.

harmonik. Ancak sistemin güçlü bir şekilde yenilenmesiyle,

amplifikatör karakteristiğinin büyük ölçüde doğrusal olmayan bölgeleri, dalga biçimi,

salınım devresinin bulunmaması nedeniyle güçlü bir şekilde bozulur. Bu yüzden

jeneratör eşiğin biraz aşılmasıyla çalışmalıdır

kendini uyarma.

RC tipi jeneratörlerin temel avantajları basitlik ve

küçük boyutlar. Bu avantajlar özellikle şu durumlarda belirgindir:

düşük frekanslar üretir. 100 Hz mertebesinde frekanslar üretmek için

LC jeneratörleri (Thomson jeneratörleri) çok büyük

endüktans ve kapasitans değerleri

Önceki bölümde LC osilatörleri ele alınmıştı. Yüksek frekanslarda kullanılırlar. Düşük frekansların üretilmesi gerekiyorsa LC jeneratörlerin kullanımı zorlaşır. Neden? Her şey çok basit. Salınım üretme sıklığını belirleme formülü şuna benzediğinden:

Frekansı azaltmak için devrenin kapasitansını ve endüktansını arttırmanın gerekli olduğunu görmek kolaydır. Kapasitans ve endüktanstaki bir artış doğrudan genel boyutlarda bir artışa yol açar. Yani konturun boyutları devasa olacaktır. Frekans stabilizasyonuyla işler daha da kötü olacak.

Bu nedenle burada ele alacağımız RC osilatörlerini geliştirdiler.

En basit RC jeneratörü, aynı işaretin reaktif elemanlarına sahip bir devre olarak da adlandırılan üç fazlı fazlama devresidir. Şekil 2'de gösterilmiştir. 1.

Pirinç. 1 - Faz kaydırma zincirine sahip RC osilatör

Diyagramdan bunun sadece bir amplifikatör olduğu, çıkışı ve girişi arasına sinyalin fazını 180 derece tersine çeviren bir devrenin bağlı olduğu görülebilir. Bu devreye faz kaydırıcı denir. Faz değiştiren zincir C1R1, C2R2, C3R3 elemanlarından oluşur. Bir kesici ve kondansatör zincirinin yardımıyla 90 dereceden fazla olmayan bir faz kayması elde edilebilir. Gerçekte kayma 60°'ye yakındır. Bu nedenle 180°'lik bir faz kayması elde etmek için üç zincirin ayarlanması gerekir. Son RC devresinin çıkışından sinyal transistörün tabanına beslenir.

Güç kaynağının açıldığı anda çalışma başlar. Bu durumda ortaya çıkan kolektör akım darbesi, gerekli üretim frekansının mutlaka olacağı geniş ve sürekli bir frekans spektrumu içerir. Bu durumda faz kaydırma devresinin ayarlandığı frekansın salınımları sönümsüz hale gelecektir. Diğer frekansların salınımları için, kendi kendini uyarma koşulları karşılanmayacak ve buna göre hızla bozulacaktır. Salınım frekansı aşağıdaki formülle belirlenir:

Bu durumda aşağıdaki koşulun karşılanması gerekir:

R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C

Bu tür jeneratörler ancak sabit bir frekansta çalışabilir.

Faz kaydırma devresi kullanan dikkate alınan jeneratöre ek olarak, bu arada, en yaygın olan başka bir ilginç seçenek daha var. Şek. 2.

Pirinç. 2 - Frekanstan bağımsız bölücüye sahip pasif bant geçiren RC filtresi

Yani, bu yapı sözde Wien-Robinson köprüsüdür, ancak adı çoğunlukla Wien'in köprüsüdür. Daha okuryazar bazı insanlar Wien'in köprüsünü iki "n" ile yazar.

Bu tasarımın sol tarafı pasif bant geçiren bir RC filtresidir, A noktasında çıkış voltajı kaldırılır. Sağ taraf frekanstan bağımsız bir bölenden başka bir şey değildir. Genel olarak R1=R2=R, C1=C2=C kabul edilir. Daha sonra rezonans frekansı aşağıdaki ifadeyle belirlenecektir:

Elbette her şey her zamanki gibi ideal veya ideale yakın durumlarda değerlendiriliyor. Gerçek şu ki, her zaman olduğu gibi durum biraz daha kötü. Wien köprüsünün her bir gerçek elemanının belirli bir parametre dağılımı olduğundan, R3=2R4 koşuluna en ufak bir uyumsuzluk bile, amplifikatörün doygunluğuna kadar salınım genliğinde bir artışa veya salınımların sönümlenmesine yol açacaktır. veya bunların tamamen imkansızlığı.

Bunu tamamen açıklığa kavuşturmak için Wien köprüsüne bir yükseltici sahne yerleştireceğiz. Basit olması açısından, bir işlemsel yükselteç (op-amp) takacağız.

Pirinç. 3 - Wien köprüsüne sahip en basit jeneratör

Genel olarak bu şema bu şekilde kullanılamaz çünkü her durumda köprünün parametrelerinde bir yayılma olacaktır. Bu nedenle R4 kesici yerine bir tür doğrusal olmayan veya kontrollü direnç uygulanır. Örneğin, doğrusal olmayan bir kesici, hem alan hem de bipolar transistörler kullanılarak kontrol edilen direnç ve diğer saçmalıklar. Çoğu zaman, köprüdeki R4 direnci, dinamik direnci artan akım genliğiyle artan bir mikro güç akkor lamba ile değiştirilir. Filament yeterince büyük bir termal atalete sahiptir ve birkaç yüz hertz frekanslarda pratik olarak devrenin bir süre içinde çalışmasını etkilemez.

Wien köprüsü osilatörlerinin iyi bir özelliği vardır: R1 ve R2 kesicileri değişkenle değiştirilirse, ancak yalnızca iki katına çıkarılırsa, üretim frekansını belirli sınırlar içinde düzenlemek mümkün olacaktır. C1 ve C2 kanallarını bölümlere ayırmak mümkün olacak, daha sonra aralıkları değiştirmek ve çift değişkenli dirençle aralıklardaki frekansı sorunsuz bir şekilde ayarlamak mümkün olacaktır. Tanktakiler için neredeyse pratik bir Wien köprü jeneratör devresi Şekil 4'te gösterilmektedir.

Pirinç. 4 - Wien köprülü RC osilatör

Böylece, Wien köprüsü C1-C8 konderleri, R1 çift kesici ve R2R3 kesicilerden oluşur. SA1 anahtarı aralığı seçer, kesici R1 - seçilen aralıkta yumuşak ayarlama. Op-amp DA2, yüke uygun bir voltaj takipçisidir.