Генераторы импульсных сигналов

метки: Генератор, Напряжение, Импульсный, Импульс, Колебание, Сигнал, Условие, Усиление

В данной курсовой работе необходимо рассмотреть общее понятие генератора, виды генераторов импульсных сигналов, принципы их построения и работы, формулы вычисления определенных узлов, а также структурные схемы генераторов.

Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колебаний, их частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого активного элемента, виду частотно-избирательной цепи обратной связи и др. По назначению генераторы делят на технологические, измерительные, медицинские, связные. По форме колебаний их делят на генераторы гармонических и негармонических (импульсных) сигналов.

Генератор является нелинейным устройством, которое преобразует энергию постоянного напряжения от источников питания в энергию колебаний.

Функционирование генератора можно разделить на два этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима.

Электронным генератором сигналов называют устройство, посредством которого энергия сторонних источников питания преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты и мощности. Электронные генераторы входят составной частью во многие электронные приборы и системы. Так, например, генераторы гармонических или других форм колебаний используются в универсальных измерительных приборах, осциллографах, микропроцессорных системах, в различных технологических установках и др. В телевизорах генераторы строчной и кадровой разверток используются для формирования светящегося экрана.

Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колебаний, их частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого активного элемента, виду частотно-избирательной цепи обратной связи и др. По назначению генераторы делят на технологические, измерительные, медицинские, связные. По форме колебаний их делят на генераторы гармонических и негармонических (импульсных) сигналов [2, c.236].

По выходной мощности генераторы делят на маломощные (менее 1 Вт), средней мощности (ниже 100 Вт) и мощные (свыше 100 Вт).

По частоте генераторы можно разделить на следующие группы: инфранизкочастотные (менее 10 Гц), низкочастотные (от 10 Гц до 100 кГц), высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц) и сверхвысокочастотные (выше 100 МГц).

Рабочие режимы генераторов

... предназначен для отдачи в нагрузку заданной мощности сигнала при высоком кпд и минимальном ... Их используют для работы в.цепях постоянного тока и импульсных режимах. Эти конде Воздушные ... низких частот — металлическим, звенящим. Звуковые колебания, слышимые ухом человека, находятся в преде ... назначению транзисторы в радиоэлект­ронных схемах делят: на двухпереходные биполярные (усилительные, импульсные; ...

По используемым активным элементам генераторы делят на ламповые, транзисторные, на операционных усилителях, на туннельных диодах, или динисторах, а по типу частотно-избирательных цепей обратной связи — на генераторы LC-, RC- и RL-типа. Кроме того, обратная связь в генераторах может быть внешней или внутренней.

1.2 Принципы построения генераторов

Генератор является нелинейным устройством, которое преобразует, как уже сказано, энергию постоянного напряжения от источников питания в энергию колебаний. Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью приведена на рисунке 1. Она содержит усилитель с коэффициентом усиления К*, частотно-избирательную цепь положительной обратной связи с коэффициентом передачи β и цепь отрицательной обратной связи с коэффициентом передачи т.

Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема генератора (а) и процесс установления колебаний в генераторе (б)

Функционирование генератора можно разделить на два этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима. На этапе возбуждения колебаний в генераторе появляются колебания и амплитуда их постепенно нарастает. На втором этапе амплитуда колебаний стабилизируется и генератор переходит в стационарный режим. Форма колебаний на обоих этапах показана на рисунок 1 б.

На этапе возбуждения колебаний основную роль играет цепь положительной обратной связи. Эта цепь определяет условие возбуждения колебаний, их частоту и скорость нарастания амплитуды. После возникновения колебаний их амплитуда нарастает до тех пор, пока действие нелинейной отрицательной обратной связи не ограничит их рост [2, c.237].

Поскольку на этапе возбуждения цепь отрицательной обратной связи не работает, рассмотрим более простую схему генератора, изображенную на рисунке 2 а. Цепь положительной обратной связи обычно выполняется на пассивных элементах и потому имеет потери. Затухание сигнала в цепи обратной связи компенсируется усилением, которое обеспечивает усилитель У. Рассмотрим условия, при которых в схеме, приведенной на рисунке 2 а могут возникнуть колебания.

При включении питания в схеме возникают колебания, обусловленные нестационарными процессами — зарядом емкостей и индуктивностей, переходными процессами в транзисторах или ОУ. Эти колебания поступают на вход усилителя в виде сигнала U _BX и, пройдя усилитель, появляются на его выходе в виде сигнала U _вых = U _BX K. С выхода усилителя колебания через цепь положительной обратной связи вновь поступают на вход усилителя, поэтому

U _вых = U _BX β или U _вых = U _BX (1- K β) , (1)

где К — комплексное значение коэффициента усиления, β — передача цепи обратной связи.

Рисунок 2 – Структурная схема генератора без отрицательной обратной связи (а) и форма выходного напряжения и начальной стадии возбуждения колебаний (б)

Генераторы электрических колебаний

... усилитель — цепь обратной связи происходит самовозбуждение генератора. Напряжение на выходе усилителя будет расти до тех пор, пока генератор не перейдет в стационарный режим генерации. Определим условия, необходимые для возникновения в генераторе гармонических колебаний. ...

Из уравнения (1) следует, что напряжение на входе усилителя, а следовательно, и на его выходе может иметь конечное значение только при выполнении условия:

1 – Kβ = 0, откуда находим условие возбуждения колебаний:

Kβ = 1, (2)

где произведение Kβ называется петлевым усилением усилителя с обратной связью [2, c.238].

Условие возникновения колебаний (2) распадается на два условия, которые принято называть условиями баланса амплитуд и фаз:

(3)

Первое из условий (2) означает, что в стационарном режиме полное петлевое усиление на рабочей частоте генератора должно быть равно единице, т. е. модуль коэффициента усиления усилителя должен быть равен модулю обратной величины коэффициента передачи звена положительной обратной связи │К│ =

=│β ^-1 │. Иначе говоря, насколько сигнал ослабляется при передаче через цепь обратной связи β, настолько же он должен усиливаться усилителем.

Если коэффициент усиления усилителя │К│ < │β ^-1 │, то колебания в схеме генератора будут затухающими, и наоборот, при │К│ > │β ^-1 │ колебания будут нарастающими, как показано на рисунке 2 б. Для точного выполнения условия баланса амплитуд в схему генератора вводится отрицательная обратная связь, посредством которой изменяется петлевое усиление усилителя. Возможны различные способы регулирования петлевого усиления: изменением коэффициента усиления усилителя, изменением коэффициента передачи цепи положительной обратной связи, изменением коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи. В качестве элементов, регулирующих петлевое усиление, используются или пассивные нелинейные элементы: термисторы, варисторы, позисторы, лампы накаливания и др. или транзисторы в режиме регулируемого сопротивления [2, c.239].

Второе условие (3), называемое условием баланса фаз, означает, что полный фазовый сдвиг в замкнутом контуре генератора должен быть равен 2nπ , где п — любое целое число. Условие баланса фаз позволяет определить частоту генерируемых колебаний. Если условие баланса фаз выполняется только на одной частоте, то при выполнении условия баланса амплитуд колебания будут гармоническими. Если условие баланса фаз выполняется для ряда частот, то колебания будут негармоническими.

Кроме рассмотренных генераторов с внешней обратной связью, существуют генераторы с внутренней обратной связью, у которых положительная обратная связь обусловлена устройством используемого активного элемента. К таким элементам относятся некоторые типы полупроводниковых диодов, имеющих участки с отрицательным сопротивлением: динисторы, тиристоры, туннельные диоды, а также электронные лампы с вторичной эмиссией. В таких генераторах отрицательное сопротивление активного элемента используется для компенсации положительного сопротивления потерь в пассивных элементах. Эти генераторы могут использоваться как при синусоидальной форме выходного напряжения, так и при негармонических выходных напряжениях. Для формирования гармонических напряжений в таких генераторах обычно используются различные резонансные контуры.

Генератор звуковых частот

... самых низких частотах — до нескольких десятков мин. Мощность на выходе свип-генерат 1—10 мвт. Задающий генератор, генератор с самовозбуждением высокочастотных колебаний в ... которые работаю с сигналами с различными частотами, за которыми необходимо измерительное устройство, которое будет анализировать эти частоты. Аналитический обзор Измеримтельный генерамтор (генератор сигналов, от лат. generator ...

В генераторах гармонических сигналов цепь положительной обратной связи выполняется таким образом, чтобы условие баланса фаз выполнялось на одной единственной частоте, на которой также выполняется условие баланса амплитуд.

Наиболее распространенными генераторами гармонических сигналов являются генераторы, в которых цепь положительной обратной связи выполнена на последовательных или параллельных резонансных контурах, на фазосдвигающих RC – или RL – цепях .

2 ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

2.1 Генераторы импульсных сигналов

Под генерированием электрических колебаний понимают преобразование энергии источников питания в энергию электрических колебаний. На низких радиочастотах колебания возбуждаются в системах с сосредоточенными параметрами. В дециметровом и более коротковолновых диапазонах для возбуждения колебаний необходимы системы с распределенными параметрами, поэтому здесь уместен термин «электромагнитные колебания». Существуют два основных способа получения электрических колебаний: преобразование с помощью активных электронных элементов энергии источников постоянного тока или преобразование энергии одних электрических колебаний в энергию других с требуемой частотой (параметрические и квантовые генераторы).

[1 , c. 251]

Наиболее распространены генераторы прямоугольных и линейно изменяющихся (пилообразных) импульсов напряжения.

Генераторы импульсных сигналов (импульсные генераторы) могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем или синхронизации.

В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал лишь по приходе внешнего (запускающего) сигнала. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.

Рассмотрим некоторые из генераторов импульсных сигналов.

2.2 Генераторы прямоугольных импульсов

Генераторы прямоугольных импульсов делятся на мультивибраторы и блокинг-генераторы. И те и другие могут работать как в автоколебательном, так и в ждущем режимах.

Рассмотрим вначале автоколебательные мультивибраторы.