Реферат на тему:
Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра)
Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица
Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.
Блок схема генератора
Генератор (производитель) гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором (подавителем, активным фильтром). Усилитель генератора может быть как однокаскадным, так и многокаскадным.
Типовой график зависимости амплитуды выходного сигнала генератора от частоты
LC-генератор с перекрёстными связями на кольце из двух инверторов
Цепи положительной обратной связи выполняют две функции: сдвиг сигнала по фазе для получения петлевого сдвига близкого к n*2π и фильтра, пропускающего нужную частоту. Функции сдвига фазы и фильтра могут быть распределены на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи. В цепи положительной обратной связи могут стоять усилители.
Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний являются:1. петлевой сдвиг фазы равный n*360°±90°,2. петлевое усиление >1,3. рабочая точка усилительного каскада в середине диапазона входных значений.Необходимость третьего условия.Петлевой сдвиг фазы и в триггере и в генераторе равен около 360°. Петлевое усиление в триггере почти вдвое больше, чем в генераторе, но триггер не генерирует, так как рабочие точки каскадов в триггере смещены на края диапазона входных значений и эти состояния в триггере устойчивы, а состояние со средней величиной входных значений — неустойчиво. Такой характеристикой обладает компаратор.В гармоническом генераторе среднее состояние устойчивое, а отклонения от среднего состояния неустойчивые.
В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.
В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.[4]
В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.
В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.
В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».
В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).
Позже было изобретено множество других электронных генераторов.
Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.
Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).
Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.
LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. Существует ряд формул для определения ёмкостей делителя, чтобы не сорвалась генерация, но запас устойчивости по фазе составляет менее 30°, что образно похоже на корабль плывущий с креном 60° и более градусов.
Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.
Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор будет излучать одну частоту, то есть будет подобен монохроматорам в оптике, и будет иметь наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°), что образно похоже на корабль плывущий без крена.
Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:
wreferat.baza-referat.ru
БИЛЕТ №7
71 Электронные генераторы: назначение, классификация, применение, разновидности
Генератор, или автогенератор это самовозбуждающаяся система, в которой энергия источника питания постоянного тока преобразуется в энергию переменного сигнала нужной формы и частоты. Без сомнения, генераторы являются весьма важным элементом электроники.
Генераторы бывают:
По форме колебаний генераторы делятся на гармонические (синусоидальные) и негармонические (импульсные). По способу возбуждения с внешним возбуждением и с самовозбуждением (автогенераторы).
В чём же суть генерации колебаний? Ненадолго обратимся к физике. Из этой самой физики известно, что если к цепи, состоящей из параллельно соединенных кондера и катушки индуктивности, кратковременно подключить источник постоянного тока (рис.1), то будет происходить следующий процесс. Кондер зарядится до некоторого значения и после этого начнет разряжаться через катушку. Катушка в этот момент по сути будет накапливать энергию.
Рис.1 Создание колебаний в контуре
После того, как кондер разрядится (а катушка, соответственно, накопит энергию), процесс пойдет в обратном порядке, т.е. накопленная в катушке энергия будет заряжать кондер и т.д. Другими словами, в этой цепи, которая называется параллельный колебательный контур, будут происходить колебания. В идеальном контуре эти колебания будут незатухающими, т.е. во времени будут продолжаться бесконечно. Но поскольку катушка имеет некое конечное сопротивление, да и кондер не подарок, в контуре будут потери энергии, и колебания, соответственно, будут постепенно затухать. На рис.2 показана картина в реальном контуре.
Рис.2 Затухающие колебания в контуре
Вообще, вроде затухание должно проходить по экспоненте. Короче, ни формул, ни всяких доказательств и прочей ерунды писать не буду, важно понять суть процесса. Если вкратце, то кратковременно замкнув ключ К в контуре возникают затухающие колебания. Процесс понятен?
Едем дальше. Так, затухающие колебания получили. Что же сделать, чтобы они были незатухающими? Очевидно, что в контур надо добавлять потерянную энергию. Ключом клацать бессмысленно, значится надо воткнуть какой-то электронный прибор, который будет пополнять потери энергии в контуре.
Теперь отвлечёмся от контуров и посмотрим на упрощенную структуру автогенератора.
Рис.3 Структура автогенератора
Здесь мы видим какой-то треугольник и прямоугольник. УЭ это усилительный элемент с коэффициентом передачи К, а ПОС это положительная обратная связь с коэффициентом передачи β. Колебания в этой системе возникнут только при соблюдении двух условий. Их надо запомнить:
βK≥1
φ1+φ2=2πn,
где n 0, 1, 2,…
И ещё раз, генерация колебаний происходит при выполнении двух условий: условия баланса фаз и условия баланса амплитуд.
LC-генератор так называется, потому что в нём используется LC-контур. Это, в принципе, понятно. Итак, обобщенная схема LC-автогенратора показана на рисунке 1.
Рис.1 LC-автогенератор
Вот такая несложная схемка. Элементы R1, R2, R3C3 обеспечивают необходимый режим по постоянному току усилительного элемента и его термостабилизации. Элементы L2C2 образуют параллельный колебательный контур.
В момент включения питания в коллекторной цепи транзистора VT появляется коллекторный ток, заряжающий емкость С2 контура L2С2. В следующий момент времени заряженный кондер разряжается на катушку индуктивности. В контуре возникают свободные затухающие колебания частотой f0=1/2π√L2C2.
Переменный ток контура, проходя через катушку L2, создает вокруг неё переменное магнитное поле, а это поле в свою очередь наводит в катушке L1 переменное напряжение, которое вызывает пульсации тока коллектора транзистора VT. Переменная составляющая коллекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нём усиленное переменное напряжение.
Трёхточечные схемы автогенераторов. Индуктивная трехточечная схема
Индуктивная трехточечная схема показана на рис.2.
Рис.2 Индуктивная трехточечная схема
Элементы R1, R2, R3C3, как и в предыдущей схеме, обеспечивают режим работы по постоянному току транзистора VT, в коллекторную цепь которого включен колебательный контур LL C2. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора VT (или с L), сигнал ПОС с катушки L. Поскольку напряжения этих сигналов противофазны, то автоматически выполняется условие баланса фаз. Сигнал ПОС подается на базу транзистора через разделительный кондер, сопротивление которого на частоте генерации мало. Этот кондер предотвращает попадание постоянной составляющей в базовую цепь (через катушку). Общая точка L и L подключена к источнику питания, сопротивление которого переменному току незначительно. Условие баланса амплитуд выполняют подбором числа витков LL.
Частота генерации определяется по формуле:
Трехточечные схемы называются трехточечными, поскольку, если внимательно посмотреть на схему, контур подключается к трех выво
www.studsell.com
БИЛЕТ №7
7–1 Электронные генераторы: назначение, классификация, применение, разновидности
Генератор, или автогенератор – это самовозбуждающаяся система, в которой энергия источника питания постоянного тока преобразуется в энергию переменного сигнала нужной формы и частоты. Без сомнения, генераторы являются весьма важным элементом электроники.
Генераторы бывают:
низкочастотные (НЧ) – до 100 кГц
высокочастотные (ВЧ) – от 0,1 до 100 МГц
сверхвысокочастотные (СВЧ) – выше 100 МГц
По форме колебаний генераторы делятся на гармонические (синусоидальные) и негармонические (импульсные). По способу возбуждения – с внешним возбуждением и с самовозбуждением (автогенераторы).
В чём же суть генерации колебаний? Ненадолго обратимся к физике. Из этой самой физики известно, что если к цепи, состоящей из параллельно соединенных кондера и катушки индуктивности, кратковременно подключить источник постоянного тока (рис. 1), то будет происходить следующий процесс. Кондер зарядится до некоторого значения и после этого начнет разряжаться через катушку. Катушка в этот момент по сути будет накапливать энергию.
Рис. 1 – Создание колебаний в контуре
После того, как кондер разрядится (а катушка, соответственно, накопит энергию), процесс пойдет в обратном порядке, т.е. накопленная в катушке энергия будет заряжать кондер и т.д. Другими словами, в этой цепи, которая называется параллельный колебательный контур, будут происходить колебания. В идеальном контуре эти колебания будут незатухающими, т.е. во времени будут продолжаться бесконечно. Но поскольку катушка имеет некое конечное сопротивление, да и кондер не подарок, в контуре будут потери энергии, и колебания, соответственно, будут постепенно затухать. На рис. 2 показана картина в реальном контуре.
Рис. 2 – Затухающие колебания в контуре
Вообще, вроде затухание должно проходить по экспоненте. Короче, ни формул, ни всяких доказательств и прочей ерунды писать не буду, важно понять суть процесса. Если вкратце, то кратковременно замкнув ключ К в контуре возникают затухающие колебания. Процесс понятен?
Едем дальше. Так, затухающие колебания получили. Что же сделать, чтобы они были незатухающими? Очевидно, что в контур надо добавлять потерянную энергию. Ключом клацать бессмысленно, значится надо воткнуть какой-то электронный прибор, который будет пополнять потери энергии в контуре.
Теперь отвлечёмся от контуров и посмотрим на упрощенную структуру автогенератора.
Рис. 3 – Структура автогенератора
Здесь мы видим какой-то треугольник и прямоугольник. УЭ – это усилительный элемент с коэффициентом передачи К, а ПОС – это положительная обратная связь с коэффициентом передачи β. Колебания в этой системе возникнут только при соблюдении двух условий. Их надо запомнить:
Условие баланса амплитуд:
βK≥1
Условие баланса фаз:
φ1 + φ2 = 2πn,
где n – 0, ±1, ±2,…
И ещё раз, генерация колебаний происходит при выполнении двух условий: условия баланса фаз и условия баланса амплитуд.
LC-генератор так называется, потому что в нём используется LC-контур. Это, в принципе, понятно. Итак, обобщенная схема LC-автогенратора показана на рисунке 1.
Рис. 1 – LC-автогенератор
Вот такая несложная схемка. Элементы R1, R2, R3C3 обеспечивают необходимый режим по постоянному току усилительного элемента и его термостабилизации. Элементы L2C2 образуют параллельный колебательный контур.
В момент включения питания в коллекторной цепи транзистора VT появляется коллекторный ток, заряжающий емкость С2 контура L2С2. В следующий момент времени заряженный кондер разряжается на катушку индуктивности. В контуре возникают свободные затухающие колебания частотой f0 = 1 / 2π√L2C2.
Переменный ток контура, проходя через катушку L2, создает вокруг неё переменное магнитное поле, а это поле в свою очередь наводит в катушке L1 переменное напряжение, которое вызывает пульсации тока коллектора транзистора VT. Переменная составляющая коллекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нём усиленное переменное напряжение.
Трёхточечные схемы автогенераторов. Индуктивная трехточечная схема
Индуктивная трехточечная схема показана на рис. 2.
Рис. 2 – Индуктивная трехточечная схема
Элементы R1, R2, R3C3, как и в предыдущей схеме, обеспечивают режим работы по постоянному току транзистора VT, в коллекторную цепь которого включен колебательный контур L'L «C2. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора VT (или с L»), сигнал ПОС – с катушки L'. Поскольку напряжения этих сигналов противофазны, то автоматически выполняется условие баланса фаз. Сигнал ПОС подается на базу транзистора через разделительный кондер, сопротивление которого на частоте генерации мало. Этот кондер предотвращает попадание постоянной составляющей в базовую цепь (через катушку). Общая точка L' и L'' подключена к источнику питания, сопротивление которого переменному току незначительно. Условие баланса амплитуд выполняют подбором числа витков L'L''.
Частота генерации определяется по формуле:
Трехточечные схемы называются трехточечными, поскольку, если внимательно посмотреть на схему, контур подключается к трех выводам транзистора (или другого усилительного прибора). Первая точка – это коллектор транзистора – нижний (по схеме) вывод контура, вторая – база – верхний вывод контура через кондер С1 и третья точка подключена к эмиттеру через источник питания, а точнее средний вывод контура через кондер С5, общий провод, цепь R3C3 подключен к эмиттеру.
Емкостная трехточечная схема
Емкостная трехточка показана на рисунке 3.
Рис. 3 – Емкостная трехточечная схема
В этой схеме, аналогично предыдущей, режим по постоянному току определяют элементы R1, R2, R3, R4C2. В коллекторную цепь транзистора включен контур L1C3C4. Сигнал ПОС снимается с кондера С4 и через кондер С1 поступает в базовую цепь. С1 не пропускает высокое коллекторное напряжение на базу транзистора. Общую точку кондеров С3, С4 можно считать подключенной к источнику питания, поскольку его сопротивление переменному току незначительно.
Частота генерации определяется по формуле:
Стабизизация частоты
Очень важным требованием, предъявляемым к генераторам, является стабильность частоты генерируемых колебаний. Нестабильность частоты зависит от многих факторов, а именно:
Изменение окружающей температуры
Изменение напряжения источника питания
Механическая вибрация и деформация деталей
Шумы активных элементов
Нестабильность частоты оценивается коэффициентом относительной нестабильности:
Существует два способа стабилизации частоты:
Параметрический способ стабилизации
Кварцевый способ стабилизации
При первом способе используется изготовление деталей из материалов, мало изменяющих свои свойства при изменении температуры и других факторов. Используется экранирование и герметизация контуров, высокая стабильность источника питания, рациональность монтажа и прочее. Однако этим методом нельзя обеспечить высокую стабильность частоты. Относительный коэффициент нестабильности частоты колеблется в пределах 10-4 – 10-5.
www.coolreferat.com
Электронные генераторы: мультивибратор. Назначение, принцип действия, применение.
МультивибраторыМультивибратор представляет собой релаксационный генератор колебаний почти прямоугольной формы. Он является двухкаскадным усилителем на резисторах с положительной обратной связью, в котором выход каждого каскада соединен со входом другого. Само название "мультивибратор" происходит от двух слов: "мульти" - много и "вибратор" - источник колебаний, поскольку колебания мультивибратора содержат большое число гармоник. Мультивибратор может работать в автоколебательном режиме, режиме синхронизации и ждущем режиме. В автоколебательном режиме мультивибратор работает как генератор с самовозбуждением, в режиме синхронизации на мультивибратор действует извне синхронизирующее напряжение, частота которого определяет частоту импульсов, ну а в ждущем режиме мультивибратор работает как генератор с внешним возбуждением.
Мультивибратор в автоколебательном режимеНа рисунке 1 показана наиболее распространенная схема мультивибратора на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями, на рисунке 2 - графики, поясняющие принцип его работы. Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов на резиках. Выход каждого каскада соединен со входом другого каскада через кондеры С1 и С2.
Рис. 1 - Мультивибратор на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями
Мультивибратор, у которого транзисторы идентичны, а параметры симметричных элементов одинаковы, называется симметричным. Обе части периода его колебаний равны и скважность равна 2. Если кто забыл, что такое скважность, напоминаю: скважность - это отношение периода повторения к длительности импульса Q=Tи/tи. Величина, обратная скважности называется коэффициентом заполнения. Так вот, если имеются различия в параметрах, то мультивибратор будет несимметричным.
Мультивибратор в автоколебательном режиме имеет два состояния квазиравновесия, когда один из транзисторов находится в режиме насыщения, другой - в режиме отсечки и наоборот. Эти состояния не устойчивые. Переход схемы из одного состояния в другое происходит лавинообразно из-за глубокой ПОС.
Рис. 2 - Графики, поясняющие работу симметричного мультивибратора
Допустим, при включении питания транзистор VT1 открыт и насыщен током, проходящим через резик R3. Напряжение на его коллекторе минимально. Кондер С1 разряжается. Транзистор VT2 закрыт и кондер С2 заряжается. Напряжение на кондере С1 стремится к нулю, а потенциал на базе транзистора VT2 постепенно становится положительным и VT2 начинает открываться. Напряжение на его коллекторе уменьшается и кондер С2 начинает разряжаться, транзистор VT1 закрывается. Далее процесс повторяется до бесконечности.
Параеметры схемы должны быть следующими: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Длительность импульсов определяется по формуле:
Период импульсов определяется:
Ну а чтобы определить частоту, надо единицу разделить на вот эту вот хренотень (см. чуть выше).
Выходные импульсы снимаются с коллектора одного из транзисторов, причем с какого именно - не важно. Другими словами, в схеме два выхода.
Улучшение формы выходных импульсов мультивибратора, снимаемых с коллектора транзистора, может быть достигнуто включением разделительных (отключающих) диодов в цепи коллекторов, как показано на рисунке 3. Через эти диоды параллельно коллекторным нагрузкам подключены дополнительные резики Rд1 и Rд2.
Рис. 3 - Мультивибратор с улучшенной формой выходных импульсов
В этой схеме после закрывания одного из транзисторов и понижения потенциалла коллектора подключенный к его коллектору диод также закрывается, отключая кондер от коллекторной цепи. Заряд кондера происходит через дополнительный резик Rд, а не через резик в коллекторной цепи, и потенциал коллектора запирающегося транзистора почти скачком становится равным Eк. Максимальная длительность фронтов импульсов в коллекторных цепях определяется в основном частотными свойствами транзисторов.
Такая схема позволяет получить импульсы почти прямоугольной формы, но её недостатки заключаются в более низкой максимальной скважности и невозможностью плавной регулировки периода колебаний.
На рисунке 4 приведена схема быстродействующего мультивибратора, обеспечивающая высокую частоту автоколебаний.
Рис. 4 - Быстродействующий мультивибратор
В этой схеме резики R2, R4 подключены параллельно кондерам С1 и С2, а резики R1, R3 ,R4, R6 образуют делители напряжения, стабилизирующие потенциал базы открытого транзистора (при токе делителя, большем тока базы). При переключении мультивибратора ток базы насыщенного транзистора изменяется более резко, чем в ранее рассмотренных схемах, что сокращает время рассасывания зарядов в базе и ускоряет выход транзистора из насыщения.
Ждущий мультивибраторМультивибратор, работающий в автоколебательном режиме и не имеющий состояния устойчивого равновесия, можно превратить в мультивибратор, имеющий одно устойчивое положение и одно неустойчивое положение. Такие схемы называются ждущими мультивибраторами или одновибриторами, одноимпульсными мультивибраторами, релаксационными реле или кипп-реле. Перевод схемы из устойчивого состояния в неустойчивое происходит путем воздействия внешнего запускающего импульса. В неустойчивом положении схема находится в течение некоторого времени в зависимости от её параметров, а затем автоматически, скачком возвращается в первоначальное устойчивое состояние.
Для получения ждущего режима в мультивибраторе, схема которого была показана на рис. 1, надо выкинуть пару деталюшек и заменить их, как показано на рис. 5.
Рис. 5 - Ждущий мультивибратор
В исходном устойчивом состоянии транзистор VT1 закрыт. Когда на вход схемы приходит положительный запускающий импульс достаточной амплитуды, через транзистор начинает проходить коллекторный ток. Изменение напряжения на коллекторе транзистра VT1 передается через кондер С2 на базу транзистора VT2. Благодаря ПОС (через резик R4) нарастает лавинообразный процесс, приводящий к закрыванию транзистора VT2 и открыванию транзистора VT1. В этом состоянии неустойчивого равновесия схема находится до тех пор, пока кондер С2 не разрядится через резик R2 и проводящий транзистор VT1. После разряда кондера транзистор VT2 открывается, а VT1 закрывается и схема возвращается в исходное состояние.
Блокинг-генераторыБлокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор кратковременных импульсов с сильной индуктивной положительной обратной связью, создаваемой импульсным трансформатором. Вырабатываемые блокинг-генератором импульсы имеют большую крутизну фронта и среза и по форме близки к прямоугольным. Длительность импульсов может быть в пределах от нескольких десятков нс до нескольких сотен мкс. Обычно блокинг-генератор работает в режиме большой скважности, т. е. длительность импульсов много меньше периода их повторения. Скважность может быть от нескольких сотен до десятков тысяч. Транзистор, на котором собран блокинг-генератор, открывается только на время генерирования импульса, а остальное время закрыт. Поэтому при большой скважности время, в течении которого транзистор открыт, много меньше времени, в течении которого он закрыт. Тепловой режим транзистора зависит от средней мощности, рассеиваемой на коллекторе. Благодаря большой скважности в блокинг-генераторе можно получить очень большую мощность во время импульсов малой и средней мощности.
При большой скважности блокинг-генератор работает весьма экономично, так как транзистор потребляет энергию от источника питания только в течении небольшого времени формирования импульса. Так же, как и мультивибратор, блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режиме и режиме синхронизации.
Автоколебательный режимБлокинг-генераторы могут быть собраны на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ или по схеме с ОБ. Схему с ОЭ применяют чаще, так как она позволяет получить лучшую форму генерируемых импульсов (меньшую длительность фронта), хотя схема с ОБ более стабильна по отношению к изменению параметров транзистора.
Схема блокинг-генератора показана на рис. 1.
Рис. 1 - Блокинг-генератор
Работу блокинг-генератора можно разделить на две стадии. В первой стадии, занимающей большую часть периода колебаний, транзистор закрыт, а во второй - транзистор открыт и происходит формирование импульса. Закрытое состояние транзистора в первой стадии поддерживается напряжением на кондере С1, заряженным током базы во время генерации предыдущего импульса. В первой стадии кондер медленно разряжается через большое сопротивление резика R1, создавая близкий к нулевому потенциал на базе транзистора VT1 и он остается закрытым.
Когда напряжение на базе достигнет порога открывания транзистора, он открывается и через коллекторную обмотку I трансформатора Т начинает протекать ток. При этом в базовой обмотке II индуктируется напряжение, полярность которого должна быть такой, чтобы оно создавало положительный потенциал на базе. Если обмотки I и II включены неправильно, то блокинг-генератор не будет генерировать. Значится, концы одной из обмоток, неважно какой, необходимо поменять местами.
Положительное напряжение, возникшее в базовой обмотке, приведет к дальнейшему увеличению коллекторного тока и тем самым - к дальнейшему увеличению положительного напряжения на базе и т. д. Развивается лавинообразный процесс увеличения коллекторного тока и напряжения на базе. При увеличении коллекторного тока происходит резкое падение напряжения на коллекторе.
Лавинообразный процесс открывания транзистора, называющийся прямым блокинг-процессом, происходит очень быстро, и поэтому во время его протекания напряжение на кондере С1 и энергия магнитного поля в сердечнике практически не изменяются. В ходе этого процесса формируется фронт импульса. Процесс заканчивается переходом транзистора в режим насыщения, в котором транзистор утрачивает свои усилительные свойства, и в результате положительная обратная связь нарушается. Начинается этап формирования вершины импульса, во время которого рассасываются неосновные носители, накопленные в базе, и кондер С1 заряжается базовым током.
Когда напряжение на базе постепенно приблизится к нулевому потенциалу, транзистор выходит из режима насыщения и тогда восстанавливаются его усилительные свойства. Уменьшение тока базы вызывает уменьшение тока коллектора. При этом в базовой обмотке индуктируется напряжение, отрицательное относительно базы, что вызывает ещё большее уменьшение тока коллектора и т. д. Образуется лавинообразный процесс, называемый обратным блокинг-процессом, в результате которого транзистор закрывается. Во время этого процесса формируется срез импульса.
Так как за время обратного блокинг-процесса напряжение на кондере С1 и энергия магнитного поля в сердечнике не успевают измениться, то после закрывания транзистора положительное напряжение на коллекторе продолжает расти и образуется характерный для блокинг-генератора выброс напряжения, после которого могут образоваться паразитные колебания.
Обратный выброс напряжения значительно увеличивает напряжение на коллекторе закрытого транзистора, создавая опасность его пробоя. Отрицательные полупериоды паразитных колебаний, трансформируясь в базовую цепь, могут вызвать открывание транзистора, т. е. ложное срабатывание схемы.
Для ограничения обратного выброса включают "демпферный" диод VD1. Во время основного процесса диод закрыт и не влияет на работу блокинг-генератора. Диод VD1 включается параллельно коллекторной обмотке трансформатора.
Опосля всех этих процессов происходит восстановление схемы в исходное состояние. Это и будет промежуток между импульсами. Процесс, так сказать, молчания заключается в медленном разряде кондера С1 через резик R1. Напряжение на безе при всём этом медленно растет, пока не достигнет порога открывания транзистора и процесс повторяется.
Период следования импульсов можно приближенно определить по формуле:
Tи?(3?5)R1C1
Ждущий режимПо аналогии с мультивибратором, для блокинг-генератора этот режим характерен тем, что схема генерирует импульсы только при поступлении на её вход запускающих импульсов произвольной формы. Для получения ждущего резима в блокинг-генератор длжно быть включено запирающее напряжение (рис. 2).
Рис. 2 - Блокинг-генератор в ждущем режиме
В исходном состоянии транзистор закрыт отрицательным смещением на базе (-Eб) и прямой блокинг-процесс начинается только после подачи на базу транзистора положительного импульса достаточной амплитуды. Формирование импульса осуществляется так же, как и в автоколебательном режиме. Разряд кондера С после окончания импульса происходит до напряжения -Eб. Затем транзистор остается закрытым до прихода следующего запускающего импульса. Форма и длительность импульсов, формируемых блокинг-генератором, зависит при всём этом от параметров схемы.
Для нормальной работы ждущего блокинг-генератора необходимо выполнить неравенство:
Тз?(5?10)R1C1
где Тз - период повторения запускающих импульсов.
Для устранения влияния цепей запуска на работу ждущего блокинг-генератора включают раздельтельный диод VD2, который закрывается после открывания транзистора, в результате чего прекращается связь между блокинг-генератором и схемой запуска. Иногда в цепь запуска включают дополнительный каскад развязки (эмиттерный повторитель).
Двигатели постоянного тока: принцип действия, пуск, регулирование скорости вращения, искусственные характеристики.
Различают статические и динамические режимы работы двигателей. В статическом режиме ?=const; IЯ=const; UДВ=const и он описывается так называемыми механическими характеристиками
.
В статическом режиме двигатель независимого возбуждения описывается следующей системой уравнений:
где первое уравнение - уравнение якорной цепи, второе и третье - и , четвертое - механическое уравнение, пятое - уравнение цепи возбуждения.
Из первых четырех уравнений получим уравнение механической характеристики:
Поскольку применяемые в системах автоматического управления двигатели являются управляемыми, различают два типа управления двигателями постоянного тока - якорное управление и полюсное управление.
При якорном управлении производится изменение напряжения, подаваемого в якорную цепь без изменения возбуждения. При полюсном управлении, наоборот, меняется поле возбуждения путем изменения тока в обмотках главных полюсов iB. Для расширения диапазона управления применяют также комбинированное управление.
При полюсном управлении ФB=const, поэтому уравнение механической характеристики согласно будет иметь вид:
Графически эта характеристика при фиксированном напряжении на двигателе представляет собой прямую, пересекающую координатные оси в точках ?0 и MК.З. (см. ), где ?0- частота вращения холостого хода, а MК.З.- момент короткого замыкания, когда ротор двигателя неподвижен.
Рис. 5-6а. Статическая характеристика ДПТ.
Электрическая машина работает в режиме двигателя при 0<M<MК.З., при M>MК.З. происходит вращение двигателя в противоположную сторону под действием внешнего момента - машина работает в режиме тормоза (режим противовключения), при ?>?0 машина работает в режиме генератора на сеть, имеющую напряжение UH.
Рис. 5-6б. Статическая характеристика ДПТ.
Механические характеристики при различных напряжениях питания двигателя выглядят, как семейство прямых, показанных на . Часто их строят в функции тока якоря IЯ, тогда аналитическое выражение для механических характеристик примет вид:
,
откуда видно, что падение скорости при нагрузке двигателя зависит исключительно от сопротивления якорной цепи RЯ.
Кроме механических, существуют регулировочные характеристики. Для якорного управления это зависимость частоты вращения от напряжения питания UДВ. Вид этих характеристик показан на , где UТР- напряжение трогания двигателя.
Регулировочная характеристика для полюсного управления может быть получена из при UДВ=const.
Рис. 5-6в. Статическая характеристика ДПТ.
Вид этих характеристик при различных нагрузках показан на .
Рис. 5-6г. Статическая характеристика ДПТ.
Для холостого хода, когда M=0, эта характеристика имеет вид гиперболы
Двигатель постоянного тока как динамическая система описывается следующими уравнениями в операторной форме:
На основании этих уравнений может быть построена структурная схема двигателя как динамической системы ().
Рис. 5-7а. Структурная схема ДПТ.
Из структурной схему получим передаточные функции двигателя:
где - коэффициент передачи, - постоянная времени якоря, - электромеханическая постоянная времени.
Пользуясь формулой Хевисайда, по передаточным функциям можно построить переходные процессы, например при пуске двигателя, как это показано на .
Рис. 5-7б. Переходный процесс при пуске ДПТ.
При TM»TЯ, как это обычно бывает, получим выражения для тока и скорости при пуске:
Для анализа динамики двигателя постоянного тока при полюсном управлении рассматривают уравнения, аналогичные уравнениям в отклонениях, так как регулировочная характеристика при полюсном управлении является нелинейной.
Рис. 5-8б. Переходный процесс при пуске ДПТ при полюсном управлении.
Типовые схемы управления электрическими двигателями постоянного токаПуск в ход двигателей постоянного тока
В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен, противо-ЭДС равна нулю (Е=0). При непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря будет протекать чрезмерно большой ток Iпус=U/Rя. Поэтому непосредственное включение в сеть допускается только для двигателя очень маленькой мощности, у которых значение падения напряжения в якоре относительно большое и изменения тока не столь велики.
В машинах постоянного тока большой мощности падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет несколько процентов от номинального напряжения, т.е.
IRя=(0,02--0,01)U. Следовательно, пусковой ток в случае включения двигателя в сеть с номинальным напряжением во много раз превышает номинальный.
При пуске в ход для ограничения пускового тока используют реостаты, включаемые последовательно с якорем двигателя.
Пусковые реостаты представляют собой проволочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы, и выполняются ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход.
Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым реостатом показана на рис.24.
Рис.24
Пусковой реостат этого двигателя имеет три зажима, обозначаемые буквами Л, Я, Ш. Зажим Л соединен с движком реостата и подключается к одному из полюсов рубильника (к линии). Зажим Я соединяется с сопротивлением реостата и подключается к зажиму якоря. Зажим Ш соединен с металлической шиной, помещенной на реостате (шунт). Движок реостата скользит по шине так, что между ними имеется непрерывный контакт. К зажиму Ш через регулировочный резистор Rр присоединяется обмотка возбуждения. Другие зажимы якоря и обмотки возбуждения соединены между собой перемычкой и подключены к другому полюсу рубильника, включающего двигатель в сеть. При пуске в ход включается рубильник и движок реостата переводится на контакт 1, так, что последовательно с якорем соединено полное сопротивление реостата ПР, которое выбирается таким, чтобы больший ток при пуске в ход Imax не превышал номинальный ток более чем в 1,72,5 раза, т.е. Rn=(U/Imax)--Rя. При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения также проходит ток, возбуждающий магнитный поток. В результате взаимодействия тока в якоре с магнитным полем полюсов создается пусковой момент. Если пусковой момент окажется больше тормозного момента на валу двигателя (Мпуск>Мт), то якорь машины придет во вращение.
Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения Imin, движок пускового реостата переводится на контакт 2, при всём этом сопротивление реостата уменьшится на одну ступень. Ток в якоре снова возрастет до значения Imax, а с увеличением тока в якоре возрастет вращающий момент, вследствие чего частота вращения ротора вновь увеличится. Переключая движок реостата, сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшается, пока оно полностью не будет выведено (движок реостата на контакте 5), и в рабочем режиме ток и частота вращения якоря принимают установившиеся значения.
При отключении двигателя от сети металлическая шина пускового реостата должна быть соединена с зажимом 1. Это необходимо для того, чтобы не было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющий значительную индуктивность. Кроме того, движок пускового реостата переводится на холостой контакт 0, и рубильник отключается.
Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
В двигателях постоянного тока имеется возможность плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких пределах. Благодаря этому весьма ценному свойству они получили широкое распространение и часто являются незаменимыми. Частота вращения якоря двигателя при любой схеме возбуждения определяется следующим выражением:
,
где Rc - сопротивление последовательной обмотки возбуждения (Для двигателя параллельного возбуждения Rc=0). Это выражение показывает, что частота вращения двигателя зависит от напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного потока.
Частоту вращения регулируют путем изменения напряжения сети в том случае, когда источником электрической энергии двигателя является какой-либо генератор.
Для регулирования частоты вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используется регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем. В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшается КПД двигателя.
Регулируют частоту вращения якоря двигателя также изменением магнитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения. В двигателях параллельного и смешанного возбуждения включается регулировочный реостат, а в двигателях последовательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбуждения каким-либо регулируемым сопротивлением. Этот способ регулирования частоты практически не создает дополнительных потерь и экономичен.
Автоматическое управление двигателями постоянного тока
Типовая схема автоматического пуска двигателя в функции времени в две ступени показана на рис.25
Рис.25
Для автоматического пуска используют два электромагнитных реле времени КТ1 и КТ2, контакты которых работают с выдержкой времени на замыкание. После подачи напряжения в цепь управления (перед пуском двигателя) реле КТ1 получает питание и, втягиваясь, размыкает свой контакт, не позволяя тем самым сразу включать контакторы ускорения КМ2 и КМ3. После включения контактора КМ1 двигатель работает на искусственной характеристике 1 (см.рис.26). Одновременно размыкается нормально замкнутый контакт в цепи катушки реле времени КТ1 и замыкается нормально разомкнутый контакт в цепи контакторов КМ2 и КМ3. Через выдержку времени, достаточную для разгона двигателя по искусственной характеристики 1, реле времени КТ1 замыкает свой контакт в цепи контакторов КМ2 и КМ3. Контактор КМ2 включается (выбрасывается из главной цепи сопротивление R2) и двигатель переходит на искусственную характеристику 2. При замкнутом контакте КМ2 катушка реле времени КТ2 теряет питание и через выдержку времени, достаточную для разгона двигателя по искусственной характеристики 2, замыкает свой контакт в цепи катушки КМ3. Контакт КМ3 замыкается (выбрасывается из главной цепи сопротивление R2) и двигатель переходит на естественную характеристику 3.
n (об/мин)
3
2
1
Ia(А)
Ina
referatwork.ru
Количество просмотров публикации Электронные генераторы - 189
Электронный генератор - электронное устройство, вырабатывающее электрические колебания определенной частоты и формы, используя энергию источника постоянного напряжения (тока).
Различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением. Любой автогенератор содержит колебательную систему и усилительный элемент (на биполярном или полевом транзисторе), связанные положительной обратной связью.
Основными характеристиками генератора являются форма, частота и мощность колебаний. По форме различают электронные генераторы гармонических (почти синусоидальных) колебаний и так называемые релаксационные генераторы различной формы. По частоте автогенераторы подразделяются на генераторы инфранизкой (от долей герц до 10 Гц), низкой (от 10 Гц до 100 кГц), высокой (от 100 кГц до 10 МГц) и сверхвысокой (свыше 10 МГц) частот.
Структурная схема генератора гармонических колебаний представлена на рис. 4.12.
Генератор состоит из усилителя У (нелинейного элемента НЭ) с комплексным коэффициентом усиления по напряжению
и четырехполюсника положительной обратной связи ОС (линейного элемента ЛЭ в видеLC- или RC-звеньев) с комплексным коэффициентом передачи .
Так как то напряжение
Следовательно, установившиеся колебания будут существовать в схеме при условии, что произведение Ки β=1, т. е. при коэффициенте усиления усилителя У, равном единице. При Киβ >1 амплитуда выходного напряжения Um.вых будет непрерывно возрастать (до насыщения активных элементов).
Представляя комплексные коэффициенты Ки и β в показательной форме, т. е. и их произведение
получим условие самовозбуждения автоколебаний:
Первое условие отражает процесс баланса фаз, при котором сдвиг фаз в замкнутой цепи автоколебательной системы должен равняться 2πn радиан, а второе условие самовозбуждения - баланс амплитуд - сводится к тому, что на резонансной частоте ω0 активные потери энергии в автогенераторе должны восполняться от источника питания ИП посредством положительной обратной связи. Отметим, что баланс амплитуд обуславливает неизменную амплитуду стационарных колебаний.
При стабильной частоте колебаний условия баланса фаз и баланса амплитуд должны выполняться на одной частоте. Для этого автогенератор должен иметь частотно-зависимую (фазосдвигающую) LC- или RC-цепь, настроенную на эту частоту.
4.7.1. Автогенератор типа LС
Простейший автогенератор с индуктивной связью (рис. 4.13, а) представляет собой однокаскадный усилитель на транзисторе VТ, включенном по схеме с общим эмиттером, с нагрузкой в виде параллельного колебательного контура LКСК и цепи обратной связи, созданной обмоткой LБ, индуктивно связанной с индуктивным элементом LК контура. Усилитель выполнен по схеме с фиксированным напряжением смещения делителем RБ1 и RБ2 и термостабилизируюшей RЭCЭ-цепью.
На вход усилителя через конденсатор CБ, ёмкостное сопротивление которого на частоте генерации незначительно, поступает сигнал обратной связи, представленный ЭДС базовой обмотки LБ.
Коллекторный ток, появившийся в момент включения источника питания - Uп, заряжает конденсатор СК, который затем разряжаясь на индуктивный элемент LК создает в контуре колебания с резонансной частотой
Эти колебания напряжения посредством индуктивной связи передаются на базу транзистора VT, вызывая колебания напряжения Uвх на входе усилителя и пульсации тока коллектора, которые, подпитывая LКСК -контур, восполняют активные потери энергии в нем. Чтобы колебания были незатухающими, нужно выполнить указанные выше два условия самовозбуждения.
Анализ электрического состояния усилителя показывает, что баланс фаз удовлетворяется, в случае если амплитуда напряжения на контуре Um.p равна и противоположна по фазе амплитуде выходного напряжения Um.вых. Это возможно, в случае если обмотка LК включена таким образом, что фаза индуктируемой в ней ЭДС находится в противофазе с напряжением контура uр, а напряжение uвых в однокаскадном усилителе, как известно, противофазно напряжению uвх. Очевидно, что фазы uвх и uвых сдвинуты на 180° + 180° = 360°.
Второе условие самовозбуждения - баланс амплитуд - сводится к тому, чтобы коэффициент усиления был больше или равен 1/β , т. е. Ки > 1/β.
Процесс возникновения, нарастания и установления колебательного режима удобно пояснить с помощью графика (рис. 4.13, б), где нанесены:
Ки = uвых/ uвх - амплитудная характеристика собственно усилителя и 1/β= uвых/ uвх.ос - прямая, характеризующая обратную связь.
Условию Ки > 1/β на графике соответствует расположение кривой Ки над прямой 1/β на участке 0а.
Пусть наличие колебания uвх1 вызвало на выходе (в соответствии с кривой Ки) колебание uвых1, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ через ПОС создает на входе возросшее колебание uвых2- что вызовет дальнейшее увеличение выходного напряжения до тех пор, пока не будет достигнута точка а (см. рис. 4.13,б), в которой Ки > 1/β или Ки β=1. В точке а переходный процесс заканчивается и устанавливается стационарный режим гармонических колебаний.
4.7.2. Автогенераторы типа RС
На частотах, меньших 15...20 кГц, при которых обмотки резонансных контуров получаются громоздкими, целесообразно применение RC-генераторов, выполняемых по структурной схеме (рис. 4.14, а).
Усилитель У (рис. 4.14. в) строится по обычной резистивной схеме, а положительная обратная связь осуществляется с помощью фазовозвращателя Фвр (RC-звеньев,рис. 4.14,б). Условия самовозбуждения таких генераторов прежние. Так как одно RC-звено сдвигает фазу своего выходного напряжения по отношению к её входному на угол, меньший 90°, то применяют трехзвенную структуру. Каждое Г-образное звено должно сдвигать фазу напряжения на 60°.
Частота генерируемых такими схемами синусоидальных колебаний при условии равенства сопротивлений резисторов R и ёмкостей С конденсаторов во всех трех звеньях определяется формулой
Как показывают расчёты, из-за падений напряжения на элементах, отношение uвх/uвых на фазовозвращателе (см. рис. 4.14,б) равно β= 29, в связи с этим для обеспечения условия баланса амплитуд коэффициент усиления собственно усилителя должен удовлетворять условию Ки ≥29.
referatwork.ru
