Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 46
Текст из файла (страница 46)
22,)5. имкостпое диффереиниру~огпес устройство иа ОУ (а) и его скема замегденив (б) 234 Лекции 22. Ди е нци ющие и интег и ующие ст ойства б) к 0 0 — 90' РИС. 22!6. ПЕРЕХОИЬНая ХарахтсрЬЬСтЬЬКа (а) И аКЬИЬЬИтуЬЬНОьиалстЬЬая ХараКтернСтНКа (ГЬЬ янфференцирушшето устройства на ОУ где Н„(оу) ноут„- — амплитудно-частотная характеристика ДУ, а срх(в) = -90к .-- фазовый сдвиг (фазо-частотная характеристика). Графики амплитудно-частотной я фазо-частотной характеристик ДУ приведены на рис. 22.16 б. Дифференциатор на реальном ОУ отличается от идеального ДУ тем, что его результирующая частотная характеристика имеет два полюса и один нуль, что , указывает на возможность его самовозбуждения.
При этом один полюс определяется собственной АЧХ ОУ. Для увеличения устойчивости дифференциатора параллельно В, иногда включают корректирующий конденсатор Сх, в результате :чего характеристика дифференциатора становится аналогичной фильтру верхних 'частот (см. лекцию 20). Полное входное сопротивление дифференциатора имеет емкостный характер, ':так как й,„м(оуС,У ', поэтому с увеличением частоты входное сопротивление -'уменьшается и растет ток, потребляемый ДУ от источника сигнала. Для ограниче::ния входного тока последовательно с емкостью С„можно включить сопротивлеьние К„.
Полная схема ДУ с дополнительными корректирующими элементами ;приведена на рис. 22.17. Дифференцирующие устройства находят широкое применение в формирователях импульсов, в активных фильтрах, в генераторах колебаний и других случаях. йк Рнс. 2207. Схема аифференциатора иа ОУ с внешней коррекцией 235 Раздел 5 НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА::.', Лекция 23. Генераторы электрических сигналов Назначение н вилы генераторов. Электронным генератором сигналов назыма!.,:; ют устройство, посредством которого энергия сторонних источников пнтавяа;;: преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты и мощнссал' Электронные генераторы входят составной частью во многие электронные прнбс':::, ры и системы, Так, например, генераторы гармонических или других форм коле-':::;, баний используются в универсальных измерительных приборах„осциллографах;,'::~ микропроцессорных системах, в различных технологических установках н др,,':;;: В телевизорах генераторы строчной и кадровой разверток используются для.:" формирования светящегося экрана.
Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колеба-.;;:, ний, их частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого акгиввоге'::,-; элемента, виду частотно-избирательной цепи обратной связи и др. По назначению":';" генераторы делят на технологические, измерительные, медицинские, связные. ПЕ,-;:: форме колебаний их делят на генераторы гармонических и пегармонических.;."е (импульсных) сигналов. По выходной мощности генератора делят на маломощные (менее 1 Вт), сред -'.> ней мощности (ниже 1ООВт) и мощные (свыше 100Вт).
По частоте генератсри,"~1 можно разделить на следующие группы: инфранизкочасготные (менее 10Гц), югз-,."" кочастотные (от 10Гц до 100кГц), высокочастотные (от 100кГц до 100МГц) я::,"', сверхвысокочастотные (выше 100 МГц). По используемым активным элементам генераторы делят иа ламповые, трек-, '! зисторные„на операционных усилителях, на туннельных диодах, нли диннстори„'.::~ а по типу частотно-избирательных цепей обратной связи — на генераторы 1,С-.,:-::;! 11С- и 111.-типа. Кроме того, обратная связь в генераторах может быль внешней.::;1 или внутренней.
Принципы построения генераторов. Генератор является нелинейным устрой'-'".„:-;:.( ством, которое преобразует, как уже сказано, энергию постоянного напряжения о;,' от источников питания в энергию колебаний. Обобщенная структурная схема,гек:,':!';, нератора с внешней обратной связью приведена на рис. 23.1. Она содержит усиля-."~,; тель с коэффициентом усиления К, частотно-избирательную цепь положительной::~' обратной связи с коэффициентом передачи р и цепь отрицательной обратной свя=",~;.,",! зи с коэффициентом передачи т. Функционирование генератора можно разделить на два этапа: згап всзбуже"',(т пения генератора и этап стационарного режима.
На этапе возбуждения колебакяй.::-", Х. д. Ь'-„, Ь; „— комплексные еелинины, 236 Лекция 23. Гене ато ы алеку ических сигналов б) Этал Стаииоларлмй бужле режим а) Рис. 2).!. Обоблтеииая сгруктуриая схема гелератора га) и лрооесс устаиовлеиия колебслий в гевераторе гб) а) 0 Рис.
23.2, Струкгурлая схема геиератора без отрилвтельиой обратиой святи са) л форма вмхолиого лалряжслия иа иалвльлой юалии возбуждения колебаний (Гт) 237 : в генераторе появляются колебания и амплитуда их постепенно нарастает. На вто'': ром этапе амплитуда колебаний стабилизируется и генератор переходит в стационарный режим.
Форма колебаний на обоих этапах показана на рис. 23.1 б. На этапе возбуждения колебаний основную роль играет цепь положительной 'т' '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 Поскольку на этапе возбуждения цепь отрицательной обратной связи не работает, рассмотрим более простую схему генератора, изображенную на рис. 23.2 а.
;=: ' Цепь положительной обратной связи )3 обычно выполняется на пассивных элемен- 1 ьс., тах и потому имеет потери. Затухание сигнала в цепи обратной связи компенсирук.';.:-'. ется усилением, которое обеспечивает усилитель У. Рассмотрим условия, при которых в схеме, приведенной на рис. 23.2 а могут возникнуть колебания. При включении питания в схеме возникают колебания, обусловленные песта ционарными процессами — зарядом емкостей и индуктивностей, переходными Раэдея5.
Нелинейные элект онные .ст ойства процессами в транзисторах или ОУ. Эти колебания поступают на вход уснлитея1'; в виде сигнала Е/,„и, пройдя усилитель, появляются на его выходе в виде сигналк е/„, „=Е/„„К. С выхода усилителя колебания через цепь положительной обратноя" связи вновь поступают на вход усилителя, поэтому (23.1)':: су„„„= Е7,„Р или Ет,.„„= Е/,„(! — КР) где К вЂ” - комплексное значение коэффициента усиления, )3 — передача цепи обрат-:: ной связи. Из уравнения (23.1) следует„что напряжение на входе усилителя, а следова-:;,':: тельно, и на его выходе может иметь конечное значение только при выполнения условия; 1-К)3=0, откуда находим условие возбуждения колебаний: (23.2) " где произведение К13 называется петлевым усилением усилителя с обратной:":"~ связью. Условие возникновения колебаний 123.2) распадается на два условия, которые.,":: принято называть условиями баланса амплитуд и фаз: ! ~К)31 =1, ага1К13) =ейх+ <Ре=О 123,3) 238 Первое из условий (23.2) означает, по в стационарном режиме полное петле« .:!: вое 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 ~ К1 = ~ р ' ~ ..'"-.~:,.' Иначе говоря, насколько сигнал ослабляется при передаче через цепь обратной связи р, настолько же он должен усиливаться усилителем.
Если коэффициент усиления усилителя ~ К 1 < 1 13"' ~, то колебания в схеме гене.:::!;; ратора будут затухаюшими, и наоборот, при ~ К ~ > ~ 13 ' ~ колебания будут нарастающими, как показано на рис. 23.2 б. Для точного выполнения условия баланса "-':..', амплитуд в схему генератора вводится отрицательная обратная связь, посред- ''„!;." ством которой изменяется петлевое усиление К13. Возможны различные способы ':::,' регулирования петлевого усиления; изменением коэффициента усиления усилите-,::.:„ ля, изменением коэффициента передачи цепи положительной обратной связи, из- .'.',".) менением коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи. В качестве: "~':,; элементов, регулируюптих петлевое усиление, используются или пассивные нели-':::, нейные элементы: термисторы, варисторы, позисторы, лампы накаливания и др, .'.":':.;" или транзисторы в режиме регулируемого сопротивления.
Второе условие (21.3), называемое условием баланса фаз, означает, что полный фазовый сдвиг в замкнутом контуре генератора должен быть равен 2нк, где п --. любое целое число. Условие баланса фаз позволяет определить частоту гене- "з рируемых колебаний. Если условие баланса фаз выполняется только на однок,:"':.''';-„:... Лекция 23. Гене ато ы элект ических сигналов .'- частоте, то при выполнении условия баланса амплитуд колебания будут гармоническими.
Если условие баланса фаз выполняется для ряда частот, то колебания будут негармоническнми 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 эле- ментам относятся некоторые типы полупроводниковых диодов, имеющих участки ;;: с отрицательным сопротивлением; диниегорьц тиристоры, туннельные диоды, а также электронные лампы с вторичной эмиссией. В таких генераторах отрнца;,:-„- тельное сопротивление активного элемента используется для компенсации поло- жительного сопротивления потерь в пассивных элементах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
