Гусев - Электроника (944138), страница 119
Текст из файла (страница 119)
Возможны и другие схемы выполнения формирователей с характеристиками типа триггера Шмита, например такие, как показано на рис. 8.29, д. У формирователя (рис. 8.29, <)) в цепь обратной связи включен диод И/. Введение его приводит к тому, что один уровень срабатывания для уменьшающегося (/,„приблизительно равен Е„. Другой уровень, для увеличивающегося (/„. определяется из выражения Е е.е. геияяятовы копяваний Общие сведения об автогеиераторах. Электронные цепи, в которых периодические изменения напряжения и тока возникают без приложения к ним дополнительного периодического сигнала, называются автономными автоколебагельн ы м и ц е п я м и.
а устройства, выполненные на их основе,—— автогенераторами или генераторами колебаний соответствуюгцей формы. Эти цепи слелует рассматривать как преобразователи энергии источника питания постоянного тока в энергию периодических электрических колебаний. Автогенсраторы можно разделить па генераторы импульсов и генераторы синусоидальных колебаний. Генераторы импульсов в зависимое~и от формы выходного напряжения делят на генераторы; напряжения прямоугольной формы (ГПН); напряжения экспоненциальной формы; линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН); напряжения треугольной формы; ступенчато изменяющегося напряжения; импульсов, верн~ива которых имеет колоколообразную форму (блокинг-генератор).
Генераторы гзщусоидальпых колебипий классифицируют по типу колебательной системы и подразлеляют на: ьС-автогенераторы; ЯС-автогенераторы: генераторы с кварцевой стабилизацией частоты; генераторы с электромеханическими резонансными системами стабилизации частоты. Для получения незатухающих колебаний во всех названных автогецераторах используются компоненты электроники, на вольт-амперных характеристиках которых имеется или создан с помощью цепи положительной ОС участ.ок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Так как в большинстве автогенераторов используются элек гронные усилители с положительной ОС, то будем рассматривать только их.
В ~) 4.2 было показано, что при положительной ОС. когда фазовый сдви~ по петле усилитель . -- цепь обратной связи <р„„, равен нулю и Ку> 1, усилитель теряет устойчивость. Если в цепи усилителя или цепи ОС нет элемента накапливающего электрическую энергию, то усилитель с положительной ОС превращается в триггер и имеет устойчивые состояния (см. ~ 8.4, 8.5). При наличии в петле усилитель " цепь обратной связи элемента, накапливающего энергию, например конденсатора, усилитель с положительной ОС не имеет ни одного устойчивого состояния и генерирует периодически изменяющееся напряжение.
Генераторы импульсов, состоягцие из широкополосных электронных усилителей, охваченных положительной обра гной связью, глубина которой остается почти постоянной в широкой полосе частот, и имеющие в петле обратной связи элемен1ы, накапливающие энергию, называются мультивибра ~ орам н. Широкополосность цепи ОС является характерным признаком всех генераторов импульсов, причем во всех случаях на частоте ог — О выполняется условие Ку<1. В противном случае устройсгво превратится в тривтер. Это условие свидетельствуег о наличии накопителя энергии, уменьпвающего петлевое усиление на низких или инфраиизких частотах до уровня, при котором невозможно появление устойчивого состояния. Генераторы синусоидального напряжения отличаются тем, что у них цепь обратной связи имеет резонансные свойства.
Поэтому условия возникновения колебаний выполняются только на одной частоте, а не в полосе частот, как у генераторов импульсов. В качестве резонаторов, обеспечивающих получение резонансных свойств, используют г.С-контуры, гтС-цепи определенного вида, кварцевые резонаторы, электромеханические колебательные системы и др. Различают «мягкий» и «жесткий» режимы возбуждения генераторов. При мягком режиме петлевое усиление больше единицы 11Ку~>!) в момент включения напряжения питания.
Тогда любые шумы или возмущения в системе, вызванные случайными факторами, усиливаются и через цепь обратной связи подаются на вход усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала, причем величина этого дополнит'ельного сигнала больше того возмущения, которое вызвало его появление. Соответственно увеличится выходное напряжение, что приведет к дальнейшему увеличению входного сигнала и т. д. В итоге случайно возникшее возмущение приведет к непрерывному нарастанию выходного сигнала, которое достигло бы бесконечно~о большого значения, если бы это было возможно. Однако при определенном уровне сигнала начинаю~ проявляться нелинейные свойства электронного усилителя. Коэффициент усиления начинает уменьшаться с увеличением значения сигнала в системе. При выполнении условия Ку=1 амплитуда автоколебаний стабилизируется и автогенератор начинает давать колебания, имеющие пост'оянную амплитуду.
Жесткий режим возбуждения отличается от рассмотренного тем, что при нем для воз«Вия (ггнг) никновения автоколебаний вгб необходимо приложить к устройству дополнитель- I ный внешний сигнал, не 1 меныпий определенного !! ! значения. Это связано с осо- ! ! бенностями нелинейности к ! ! ! «вгг ' "цдса усилительного устройства. В момент включения напряжения питания и отсутрис. 3 зц «зкесткий» режим ионин«ионе- сгвия автоколебании Ку < 1. ния енто«олебаний Поэтому они сами собой ((г и, сг) ((~ о г ((ни г ) ! (га',и и) г (а) Рис.
КЗ). упрошснная схема гснсратора напряжения прямоугольной форъгы (и). диаграммы напряжсний на конлснсаторс С (а) и аыхолс триггера (и) возникнуть не могут. Коэффициент усиления К зависит от амплитуды выходного сигнала. Поэтому если на вход усилителя подать дополни.(ельный электрический сигнал. то при определенном его значении начнет выполняться условие Ку > 1.
При гном возникнут автоколебания, амплитуда которых будет нарастать и приме) стационарное значение при Ку= 1. Процесс возникновения колебаний поясняет рис. 8,30. Прн приложении входного сигнала, большего 1/„,„, например 11„„), он усиливается до напряжения, определяемого точкой 1, и снова подается на вход. Входное напряжение станет равным ((.„а. Выходное напряжение будет определяться точками 2 б и т.
д. Процесс увеличения амплитуды прекратится при достижении выходным сигналом значения 11у„(точка 6, в которой Ку = 1). Если каким-либо путем амплитуду выходного сигнала уменьшить до значения, меньшего (1„„а, то автоколебания прекратятся. На практике активные приборы в автогенераторах часто работают с отсечкой тока. Поэтому подход, основанный на использовании теории обратной связи, обычно применяют для пояснения физической картины процессов.
Анализ и расчет автогенераторов проводят другими методами, в основе которых лежит баланс энергий, рассеиваемых в устройстве и отбираемых от источника питания. Генераторы напряжения прямоугольной формы. Принцип работы генератора напряжения прямоугольной формы разберем на примере схемы рис. 8.31, а. В состав ее входят два дифференциальных усилителя 1)А1, .0А2, 1т5-триггер 1Ю1 и управляемый им электронный ключ 5. Дифференциальные усилители ЛА1, ОА2 имеют большой ко:гффициент усиления по напряжению и выполняют роль компараторов напряжений. Компараторами называкпся устройства, используемые для сравнений двух или нескольких сигналов. Так, если, например, на неинвертирующем входе усилителя ОА! напряжение меньше, чем Ссм то на его выходе будет низкий уровень выходного сигнала, соответст вующий коду О для триггера 1Ю1.
При повышении входного напряжения и достижения им уровня, большего С', на выходе .0А! будет высокий потенциал, соответствующий коду 1. Ввиду большого коэффициента усиления по напряжению у усилителя обычно можно считагь, что изменение выходного сигнала компараторов происходит в моменты равенства напряжений на их дифференциальных входах. Пусть в исходном состоянии конденсатор С' разряжен (1/,=О). Тогда на выходе компаратора 1ЭА1 будет логический О, а на выходе компаратора 1!А2 — логическая 1. Триггер 1Ю1 находится в состоянии 1 и ключ 5 разомкнут.
Конденсатор С заряжается от источника напряжения питания 1/„через резистор Я1. Напряжение на пем нарастает по экспоненциальному закону с С/,(/) = С/„(1 — е н с). (8.26) В момент времени /, напряжение 1/, станет равным напряжению Г„С/,(/) = 1/,. На выходе компаратора /сА2 появится напряжение логического О, которое не может изменить состояние триггера 1Ю1. Конденсатор С продолжает заряжаться. В момент времени /з напряжение 1/, станет равным 1/ . При этом на выходе компаратора Х>А1 появится логическая 1. При подаче логической единицы на вход Я т риггер 1Ю1 установится в нулевое состояние и ключ 5 замкнется. Параллельно конденсатору С подключится резистор А . Тем самым создается цепь разрядки конденсатора.
Разрядка осуществляется разностью токов резисторов Я, и Я . Однако если выполняются условия Я,'~>А и 1/, близко к 1/„, то током резистора Я, можно пренебречь ввиду его малости. В эгом случае изменения напряжения С~, можно охарактеризовать уравнением С/,(г)= Сс е н,г. (8.27) Как только напряжение С/, достигнет значения 1/,, сработает компаратор 1)А2 и переведет триггер /Ю/ в состояние 1.
Ключ 5 разомкнется и процесс зарядки и разрядки конденсатора повторится. Промежутки времени, в течение которых происходит зарядка и разрядка конденсатора С, а выходной сигнал триггера остается неизменным, часто называют стадиями квазиравновесия (почти равновесия).
Длительность их найдем из уравнений (8.26), (8.27). Подставив в (8.26) вместо С/,(/) значения У, и 1/з, найдем промежутки времени и /,; 1/ =1/(1 е н,с) с, гс 1/ (! е н,г) (8.28) (8.29) Преобразуем (8.28), (8.29) и прологарифмируем: ч е л,с — ((7 П )1(7 е п,с=((7 П )/С~ . У, = — ТЧ, С 1П(С~а — У,)(СУ„; у, = — А, С)п ((Уа — (У,)((7„. (8. 31) Так как длительность стадии квазиравновесия, определяемая зарядкой конденсатора С, Т,=у — йм (8.32) то, подставив (8.30), (8.31) в (8.32), получим Т,= Л,С1„~~ -1з я,С)П (8.33) и„— г, ' ' гь„— и,' Длительность промежутка времени у — уз найдем из (8.27), подставив вместо (у,(у) напряжение (/з: и, = и,е,с' (8.34) Преобразовав лучим (8.34) аналогично рассмотренному, по- Тз Яз С1п 1 (8.35) Период колебаний Т=т,+Т„ (8.36) а частота Т= 1(Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
