Generadors electrònics

Els generadors són dispositius electrònics que converteixen l'energia d'una font de corrent continu en energia de corrent altern (oscil·lacions electromagnètiques) amb diverses formes de la freqüència i la potència requerides.

Els generadors electrònics utilitzats en radiodifusió, medicina, radar, formen part de convertidors analògic-digital, sistemes de microprocessador, etc.

Cap sistema electrònic està complet sense generadors interns o externs que determinen el ritme del seu funcionament. Requisits bàsics per als generadors: estabilitat de la freqüència de vibració i capacitat d'eliminar els senyals d'ells per a un ús posterior.

Classificació dels generadors electrònics:

1) segons la forma dels senyals de sortida:

— senyals sinusoïdals;

— senyals rectangulars (multivibradors);

— senyals de tensió variables linealment (CLAY) o també s'anomenen generadors de voltatge de dent de serra;

— Senyals de forma especial.

2) a partir de la freqüència de les oscil·lacions generades (condicionalment):

— baixa freqüència (fins a 100 kHz);

— Alta freqüència (per sobre de 100 kHz).

3) pel mètode d'excitació:

— amb excitació independent (externa);

— amb autoexcitació (autogeneradors).

Autogenerador: un generador autoexcitat, sense influència externa, que converteix l'energia de les fonts d'energia en vibració contínua, per exemple, un circuit vibrant.

Figura 1 — Diagrama de blocs del generador

Els circuits generadors electrònics (figura 1) es construeixen segons els mateixos esquemes que els amplificadors, només els generadors no tenen una font de senyal d'entrada, se substitueix per un senyal de retroalimentació positiva (PIC). Us recordem que la retroalimentació és la transferència d'una part del senyal de sortida al circuit d'entrada. La forma d'ona necessària la proporciona l'estructura del bucle de retroalimentació. Per establir la freqüència d'oscil·lació, els circuits OS es construeixen sobre circuits LC o RC (la freqüència determina el temps de recàrrega del condensador).

El senyal generat al circuit PIC s'aplica a l'entrada de l'amplificador, s'amplifica per un factor K i s'envia a la sortida. En aquest cas, part del senyal de la sortida es retorna a l'entrada a través del circuit PIC, on s'atenua per un factor de K, que permetrà mantenir una amplitud constant del senyal de sortida del generador.

Els oscil·ladors amb excitació externa independent (amplificadors selectius) són amplificadors de potència amb el rang parcial corresponent, l'entrada dels quals és un senyal elèctric d'un oscil·lador. Aquests. només s'amplifica una determinada banda de freqüència.

Generadors RC

Per crear generadors de baixa freqüència, normalment s'utilitzen amplificadors operacionals, com un circuit PIC, s'instal·len circuits RC per proporcionar una freqüència determinada f0 d'oscil·lacions sinusoïdals.

Els circuits RC són filtres de freqüència: dispositius que passen senyals en un rang de freqüència determinat i no passen al rang equivocat.En aquest cas, a través del bucle de retroalimentació, l'amplificador es retorna a l'entrada de l'amplificador, el que significa que només s'amplifica una determinada freqüència o banda de freqüència.

La figura 2 mostra els principals tipus de filtres de freqüència i la seva resposta en freqüència (AFC). La resposta en freqüència mostra l'amplada de banda del filtre en funció de la freqüència.

Figura 2 — Tipus de filtres de freqüència i la seva resposta en freqüència

Tipus de filtres:

— filtres de pas baix (LPF);

— filtres de pas alt (HPF);

— filtres de pas de banda (BPF);

— filtres de freqüència de bloqueig (FSF).

Els filtres es caracteritzen per una freqüència de tall fc per sobre o per sota de la qual hi ha una forta atenuació del senyal.Les bandes de pas i els filtres de rebuig també es caracteritzen per l'ample de banda IFP (RFP non-pass).

La figura 3 mostra un diagrama d'un generador sinusoïdal. El guany requerit s'estableix mitjançant el circuit OOS de les resistències R1, R2. En aquest cas, el circuit PIC és un filtre passabanda. La freqüència de ressonància f0 ve determinada per la fórmula: f0 = 1 / (2πRC)

Per estabilitzar la freqüència de les oscil·lacions generades, s'utilitzen ressonadors de quars com a circuit de sintonització de freqüència. Un ressonador de quars és una placa mineral fina muntada en un suport de quars. Com sabeu, el quars en té efecte piezoelèctric, que permet utilitzar-lo com un sistema equivalent a un circuit elèctric oscil·lant i que posseeix propietats ressonants. Les freqüències de ressonància de les plaques de quars van des d'uns pocs quilohertzs ​​fins a milers de MHz amb una inestabilitat de freqüències típicament de l'ordre de 10-8 i per sota.

Figura 3 — Diagrama d'un generador d'ona sinusoïdal RC

Els multivibradors són generadors electrònics senyals d'ona quadrada.

El multivibrador en la majoria dels casos realitza la funció d'un oscil·lador mestre que genera polsos d'entrada de disparador per a nodes i blocs posteriors en un sistema de pols o acció digital.

La figura 4 mostra un diagrama d'un multivibrador simètric basat en IOU. Simètric: el temps de pols d'un pols rectangular és igual al temps de pausa tpause = tpause.

L'IOU està cobert per una retroalimentació positiva: un circuit R1, R2 que actua igual a totes les freqüències. La tensió a l'entrada no deflectora és constant i depèn de la resistència de les resistències R1, R2. La tensió d'entrada del multivibrador es genera mitjançant OOS a través del circuit RC.

Figura 4 — Esquema d'un multivibrador simètric

El nivell de tensió de sortida canvia de + Usat a -Us i viceversa.

Si la tensió de sortida Uout = + Usat, el condensador es carrega i la tensió Uc que actua sobre l'entrada inversora augmenta exponencialment (Fig. 5).

Amb la igualtat Un = Uc, hi haurà un canvi brusc en la tensió de sortida Uout = -Us, que provocarà una sobrecàrrega del condensador. Quan s'assoleixi la igualtat -Un = -Uc, l'estat de Uout canviarà de nou. El procés es repeteix.

Figura 5 — Diagrames de temps per al funcionament del multivibrador

El canvi de la constant de temps del circuit RC provoca un canvi temps de càrrega i descàrrega del condensador, i per tant la freqüència d'oscil·lació del multivibrador. A més, la freqüència depèn dels paràmetres PIC i està determinada per la fórmula: f = 1 / T = 1 / 2t i = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Si cal obtenir oscil·lacions rectangulars asimètriques per a t i ≠ tp, s'utilitzen multivibradors asimètrics, en què el condensador es recarrega en diferents circuits amb diferents constants de temps.

Un únic vibrador (multivibradors en espera) està dissenyat per formar un pols de tensió rectangular de la durada requerida quan s'exposa a un pols de disparador curt a l'entrada. Els monovibradors sovint s'anomenen relés electrònics de retard de temps.

Hi ha més informació sobre la literatura tècnica. el nom del one-shot és el multivibrador en espera.

Un monovibrador té un estat estacionari a llarg termini, l'equilibri en què es troba abans que s'apliqui el pols de disparador. El segon estat possible és temporalment estable. L'univibrador entra en aquest estat sota l'acció d'un pols de disparador i pot estar-hi durant un temps limitat tv, després del qual torna automàticament al seu estat inicial.

Els principals requisits per als dispositius d'un sol tir són l'estabilitat de la durada del pols de sortida i l'estabilitat del seu estat inicial.

Els generadors de voltatge lineal (CLAY) formen senyals periòdics que varien linealment (polsos de dents de serra).

Els polsos de dents de serra es caracteritzen per la durada de la carrera de treball tp, la durada de la carrera de retorn a i l'amplitud Um (figura 6, b).

Per crear una dependència lineal de la tensió en el temps, s'utilitza més sovint la càrrega (o descàrrega) d'un condensador amb un corrent constant. L'esquema més senzill de CLAY es mostra a la figura 6, a.

Quan el transistor VT està tancat, el condensador C2 es carrega per la font d'alimentació Up a través de la resistència R2. En aquest cas, la tensió al condensador i per tant a la sortida augmenta linealment.Quan un pols positiu arriba a la base, el transistor s'obre i el condensador es descarrega ràpidament a través de la seva baixa resistència, la qual cosa proporciona una ràpida reducció de la tensió de sortida a zero, i viceversa.

CLAY s'utilitza en dispositius d'escaneig de feix en CRT, en convertidors analògic-digital (ADC) i altres dispositius de conversió.

Figura 6 — a) L'esquema més senzill per a la formació de voltatge que canvia linealment b) Diagrama de temps dels polsos de trions.