Генераторы, схемы
Генератор — это усилитель с такой положительной обратной связью, которая обеспечивает поддержание сигнала на выходе усилителя без подачи внешнего входного сигнала. Генератор преобразует постоянный ток (получаемый от источника питания) в переменный сигнал. Для возникновения устойчивых колебаний должны выполняться два основных требования:
а) обратная связь должна быть положительной;
б) полный петлевой коэффициент усиления должен быть больше 1.
Существует два типа генераторов: генераторы синусоидальных сигналов, вырабатывающие гармонические сигналы, и генераторы несинусоидальных сигналов, называемые также релаксационными генераторами или мультивибраторами, обычно вырабатывающие прямоугольные сигналы.
Генераторы с резонансным контуром в цепи коллектора
В схеме генератора на рис. 33.1 элементы L2 и C2 образуют резонансный контур, с которого снимается выходной сигнал.
Рис. 33.1. Генератор с резонансным Рис. 33.2. Генератор с резонансным контуром в
контуром в цепи базы. цепи коллектора.
Часть этого выходного сигнала подается обратно на вход через трансформаторную связь L1 – L2 таким образом, чтобы сигнал обратной связи совпадал по фазе с сигналом на входе. Транзистор включен по схеме с ОЭ и работает в режиме класса А, который задается цепью смещения R1 – R2. Конденсатор C1 обеспечивает развязку для резистора R2 цепи смещения, а конденсатор C3 — развязку для обычного стабилизирующего резистора R3 в цепи эмиттера.
Генераторы с резонансным контуром в цепи базы
В схеме генератора на рис.
33.2 разделительный конденсатор C2 обеспечивает работу транзистораT1 в режиме класса С. Элементы L2 и C1 образуют резонансный контур. Положительная обратная связь осуществляется через конденсатор C3 и трансформатор Тр1.
Трехточечная схема генератора с индуктивной обратной связью (схема Хартли)
В этом генераторе (рис. 33.3) катушка индуктивности с отводом L1 обеспечивает необходимую обратную связь на эмиттер транзистора. Элементы C2 и L1 образуют резонансный контур.
Трехточечная схема генератора с емкостной обратной связью (схема Колпитца)
В этом случае используется расщепленный конденсатор C1 — C2 (рис. 33.4). Элементы C1 — C2 и L1 образуют резонансный контур, конденсатор C3 обеспечивает работу транзистора в режиме класса С.
Генераторы с фазосдвигающей цепью обратной связи, или RC-генераторы
Синусоидальные колебания можно также получить с помощью специально подобранных RC-цепочек обратной связи, как показано на рис. 33.5. RC-секции R1– C1, R2– C2, R3– C3 образуют фазосдвигающую цепь, которая на заданной частоте обеспечивает сдвиг фазы сигнала на 180°. Поскольку транзистор сдвигает фазу сигнала на 180°, то в петле обратной связи получается полный фазовый сдвиг 360°. Таким образом, обратная связь оказывается положительной. Обычно номиналы всех резисторов и всех конденсаторов в фазосдвигающей цепи выбираются одинаковыми, и каждая RC-секция вносит фазовый сдвиг 60°.
Рис. 33.3. Схема Хартли. Рис. 33.4. Схема Колпитца.
Рис. 33.5.RC-генератор с фазосдвигающей цепью обратной связи на элементах R1– C1,
R2– C2, R3– C3, обеспечивающей сдвиг фазы сигнала на 180°.
Еще раз отметим, что вся фазосдвигающая цепь обеспечивает фазовый сдвиг 180° только на одной частоте, определяемой номиналами используемых компонентов.
Кварцевые генераторы
Одним из самых важных требований, предъявляемых к генератору, является стабильность частоты генерируемых им колебаний. Изменения частоты могут быть вызваны, например, изменением емкости или индуктивности элементов резонансного контура или изменением параметров транзистора при колебаниях температуры. Стабильность частоты можно улучшить путем точного подбора элементов схемы, в том числе транзистора. Для обеспечения очень высокой стабильности частоты применяется кристалл кварца, точно задающий и стабилизирующий частоту колебаний.
В небольших пределах частоту генератора с кварцевой стабилизацией можно изменять с помощью конденсатора переменной емкости, подключаемого параллельно кристаллу кварца. Кварцевые генераторы используются в цветных телевизорах для генерации поднесущей частоты 4,43 МГц с точностью до нескольких герц.
УВЧ-генераторы
Генераторы очень высоких и ультравысоких частот (УВЧ) по принципу работы аналогичны другим генераторам. Однако из-за очень высокой частоты емкости и индуктивности элементов настройки С и L очень малы. Катушку индуктивности может заменить одна полоска проводника или простая петля из меди. В качестве конденсатора может служить варактор. Для построения резонансной схемы иногда используются отрезки длинных линий, имеющих распределенную емкость и индуктивность.
Генераторы несинусоидальных сигналов
Эти генераторы, называемые еще релаксационными генераторами, вырабатывают прямоугольные импульсные сигналы путем переключения одного или двух транзисторов из открытого состояния в закрытое и обратно.
Несинхронизированный мультивибратор, описанный в предыдущей главе, является примером такого генератора. Другой разновидностью генератора несинусоидальных сигналов является блокинг-генератор.
Блокинг-генератор
В генераторе этого типа применяется трансформаторная обратная связь с коллектора на базу транзистора (рис. 33.6). Работа этой схемы основана на том, что в силу трансформаторной связи напряжение на базе будет наводиться только при изменении тока коллектора, то есть при его увеличении или уменьшении. В первом случае действует положительная обратная связь, во втором — отрицательная. При первом включении схемы транзистор открывается, его коллекторный ток увеличивается, создавая напряжение обратной связи на базе, в результате чего транзистор открывается еще больше. Когда достигается насыщение, увеличение коллекторного тока прекращается, что вызывает появление на базе напряжения противоположной полярности. Это напряжение закрывает транзистор. Транзистор удерживается в закрытом состоянии отрицательным зарядом на конденсаторе С до тех пор, пока этот конденсатор в достаточной степени не разрядится через резистор R.
После этого транзистор снова отпирается и описанный процесс повторяется.
Выходное напряжение блокинг-генератора представляет собой последовательность узких импульсов (рис. 33.7). Ширина (длительность) импульса определяется параметрами трансформатора, а временной интервал между импульсами — постоянной времени RC. Поэтому частоту колебаний блокинг-генератора можно изменять путем изменения номинала резистора R.
Рис. 33.6. Блокинг-генератор.
Рис. 33.7. Выходной сигнал блокинг-генератора.
Рис. 33.8. Генератор на однопереходном транзисторе.
Вторичная обмотка трансформатора является коллекторной нагрузкой транзистора. Быстрое изменение тока через эту обмотку при закрывании транзистора приводит к появлению большой противоЭДС и большого выброса коллекторного напряжения.
Этот выброс напряжения может превысить максимально допустимое коллекторное напряжение и вызвать разрушение транзистора. Для защиты транзистора параллельно первичной обмотке трансформатора включается диод D1. В нормальном режиме этот диод смещен в обратном направлении и закрыт. Открывается он только в том случае, когда напряжение на коллекторе транзистора превышает напряжение источника питания VCC.
Генераторы на однопереходных транзисторах
Полупроводниковые приборы, имеющие на характеристике участок с отрицательным сопротивлением, например одиопереходные транзисторы, могут быть использованы в генераторах. На рис. 33.8 приведена схема генератора на однопереходном транзисторе. Транзистор смещен в ту область своей выходной характеристики, где выходной ток увеличивается при уменьшении входного напряжения, то есть в область отрицательного сопротивления. Он попеременно открывается и закрывается без какой-либо обратной связи.
Выходное напряжение на базе 2 (b2) представляет собой последовательность импульсов. Еще один выходной сигнал — последовательность импульсов противоположной полярности — можно снять с базы 1 (b1). С эмиттера транзистора можно снять пилообразный сигнал. Частота генерируемых импульсов определяется постоянной времени R1C1.
Генераторы пилообразного напряжения
На рис. 33.9 показана схема генератора, вырабатывающего пилообразный сигнал при подаче на его вход прямоугольных импульсов. На участке периода входной последовательности импульсов между точками А и В (рис. 33.10) на базе транзистора действует нулевое напряжение, и транзистор находится в состоянии отсечки, т. е. закрыт. Конденсатор C1 постепенно заряжается через резистор R1. Прежде чем конденсатор полностью зарядится, на вход поступает положительный фронт ВС импульса, переключающий транзистор в проводящее состояние.
В результате конденсатор C1 очень быстро разряжается через открытый транзистор. Конденсатор находится в разряженном состоянии во время действия импульса (вершина CD). Отрицательный фронт DE импульса переключает транзистор в состояние отсечки, конденсатор C1 снова начинает заряжаться и т. д.
Рис. 33.9. Генератор пилообразного напряжения,
управляемый последовательностью
прямоугольных импульсов.
Рис. 33.10. Форма сигналов на входе и
выходе генератора пилообразного напряжения.
Тот же принцип заряда и разряда конденсатора используется и в других генераторах пилообразного напряжения. На рис. 33.11 приведены схемы двух таких генераторов на основе несинхронизированного мультивибратора и блокинг-генератора соответственно, применяемых в блоках: развертки телевизоров. Потенциометр R1 управляет частотой развертки (кадровой синхронизацией), а потенциометр R2 — амплитудой сигнала развертки (размером изображения по вертикали).
Рис. 33.11. Генераторы пилообразного напряжения на основе (а) несинхронизированного мультивибратора и (б) блокинг-генератора, применяемые в блоках кадровой развертки телевизоров.
В этом видео рассказывается о генераторах для исследования, настройки и испытаний систем и приборов:
Добавить комментарий
Схемы генераторов высокой частоты
Предлагаемые генераторы высокой частоты предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты.
Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.
Рис. 12.1
Генераторы высокой частоты (рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3… 1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости.
Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.
Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.
Рис. 12.2
Рис. 12.3
Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.
Генераторы высокой частоты, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.
Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза-земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора).
При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.
Рис. 12.4
Рис. 12.5
На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.
Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГн до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.
Рис. 12.6
Рис.
12.7
Рис. 12.8
Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям-бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.
Светодиод НИ стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.
Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.
Рис. 12.9
Рис. 12.10
На рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде.
В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосме-щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот — до нескольких ГГц.
Высокочастотный , по схеме очень напоминающий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].
Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 является схема генератора на рис. 12.12 [F 9/71-171; 3/85-131].
Этот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.
Рис. 12.11
Рис. 12.12
Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением.
Их работа основана на периодическом возбуждении колебательного контура (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбужденном таким образом колебательном контуре возникают постепенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебательном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматриваемых и известен с XIX века.
Практическая схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на колебательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в главах 7 и 8.
Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.
Рис. 12.13
Рис. 12.14
Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 12.14 и 12.15.
Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Для этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный элемент (рис. 12.15).
Рис. 12.15
Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др.
элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шумящего элемента.
Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год
ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ • Большая российская энциклопедия
ГЕНЕРА́ТОР ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИХ КОЛЕБА́НИЙ, устройство, преобразующее разл. виды электрической энергии (напр., источников постоянного напряжения или тока) в энергию электрических (электромагнитных) колебаний. Термин «Г. э. к.» чаще всего относится к автогенераторам (генераторам с независимым возбуждением), в которых частота и форма возбуждаемых автоколебаний определяются свойствами самого генератора. Г. э. к. с посторонним возбуждением представляют собой усилители мощности электромагнитных колебаний, создаваемых задающим генератором.
Схема транзисторного LC-генератора с индуктивной (а), ёмкостной (б) и автотрансформаторной (в) обратной связью: Т – транзистор; L, C – индуктивность и ёмкость колебательного контура; Eк &n… Рис. И. В. Баланцевой
Необходимые элементы Г. э. к.: источник энергии; пассивные цепи, в которых возбуждаются и поддерживаются колебания; активный элемент, преобразующий энергию источника питания в энергию генерируемых колебаний, обычно в сочетании с управляющими дополнит. цепями (цепями обратной связи). В зависимости от требуемых характеристик в Г. э. к. используют разнообразные элементы. Для возбуждения колебаний в диапазонах НЧ и ВЧ служат колебательные контуры, электрич. фильтры и др. цепи с сосредоточенными параметрами (ёмкостью, индуктивностью, сопротивлением), а в качестве активных элементов – электронные лампы, транзисторы, туннельные диоды, операционные усилители и др.
В Г. э. к. СВЧ применяют гл. обр. цепи с распределёнными параметрами, включающие объёмные резонаторы, замедляющие системы, полосковые и коаксиальные линии, волноводы, а также открытые резонаторы. Активные элементы СВЧ чаще всего совмещены с пассивными цепями и представляют собой, как правило, электровакуумные (СВЧ-триод, магнетрон, клистрон, лампа обратной волны и др.) или твердотельные (СВЧ-транзистор, диод Ганна, лавинно-пролётный диод, туннельный диод) приборы. В оптич. квантовых генераторах (лазерах) применяют разл. виды открытых резонаторов и активную среду, преобразующую энергию источника питания (энергию «накачки») в энергию электромагнитных колебаний.
Возбуждение автоколебаний
Возбуждение автоколебаний в Г. э. к. начинается с возникновения начальных колебаний в к.-л. элементе при включении источника питания, замыкании цепей, вследствие электрич.
флуктуаций и т. п. Благодаря цепи обратной связи энергия этого колебания поступает в активный элемент и усиливается в нём. Колебания в Г. э. к. нарастают, т. е. происходит самовозбуждение генератора, если мощность, передаваемая колебаниям активным элементом от источника питания, больше мощности потерь во всех элементах Г. э. к. (включая мощность, отдаваемую в нагрузку). Если потери энергии превышают поступление, колебания затухают. Энергетич. равновесие, соответствующее стационарному режиму Г. э. к., осуществимо лишь при наличии у элементов системы нелинейных свойств. В противном случае в Г. э. к. могут возбуждаться либо нарастающие, либо затухающие колебания, и генерирование стационарных электрич. колебаний невозможно.
Вид возбуждаемых колебаний, их частотный спектр существенно зависят от частотных свойств пассивных цепей и активного элемента Г.
э. к. Если цепи, в которых возбуждаются и поддерживаются электрич. (электромагнитные) колебания, обладают ярко выраженными колебательными (резонансными) свойствами (напр., колебат. контур, объёмный резонатор), то частота и форма генерируемых колебаний в осн. определяются частотой и формой собств. колебаний цепи. При малых потерях (высокой добротности колебат. системы) форма колебаний близка к синусоидальной, соответствующие Г. э. к. называются генераторами гармонич. колебаний. Если пассивные цепи и активный элемент Г. э. к. не обладают резонансными свойствами, то возможно возбуждение колебаний сложной формы как периодических, так и непериодических (шумоподобных) колебаний.
Генераторы гармонических колебаний
Наиболее разнообразны виды генераторов гармонич. колебаний. Их осн. характеристики: частота колебаний, выходная мощность, кпд, возможность механич.
или электрич. перестройки частоты, стабильность частоты, характеризуемая шириной генерируемой спектральной линии, а также возможность работы в непрерывном или импульсном режиме. Принципы построения и конструкция Г. э. к. зависят от диапазона генерируемых частот (длин волн).
Для возбуждения колебаний в НЧ- и ВЧ-диапазонах служат LC-генераторы, содержащие в качестве осн. элемента пассивной цепи колебат. контур (с индуктивностью L и ёмкостью C), потери в котором компенсируются, напр., с помощью лампового (на основе триода или тетрода) либо транзисторного усилителя; генерируют гармонич. колебания с частотой ώ , близкой к резонансной частоте контура ώрез= (LC)–1/2.
В LC-генераторах используются три осн. типа связи – индуктивная, ёмкостная или автотрансформаторная. Простейший транзисторный генератор содержит источники питания, колебат.
контур, активный элемент – транзистор и цепь обратной связи (рис.). Транзистор усиливает колебания, подводимые от контура к управляющему электроду (базе), что позволяет с помощью цепи обратной связи подкачивать энергию в контур для его возбуждения и поддержания незатухающих колебаний. LC-генераторы позволяют получать колебания мощностью от долей милливатт до сотен киловатт в диапазоне частот от нескольких килогерц до единиц гигагерц.
В кварцевых LC-генераторах используется кварцевый резонатор, в котором энергия электрич. поля преобразуется в энергию механич. колебаний и обратно. Электрич. кварцевый резонатор аналогичен колебат. контуру с высокой добротностью (до 107 и более) и слабой зависимостью резонансной частоты от темп-ры и др. факторов, что позволяет добиться высокой стабильности генерируемой частоты.
В основе работы генераторов СВЧ-диапазона лежат разл. физич. принципы передачи энергии электронов электромагнитному полю, использующие как механизмы излучения отдельных электронов (тормозное, черенковское, синхротронное и др.), так и механизмы группировки потока электронов в движущиеся сгустки, создающие токи СВЧ и приводящие к индуцированному излучению.
Ламповые и транзисторные генераторы СВЧ представляют собой модификации LC-генераторов, в которых применяются объёмные резонаторы и колебат. системы с распределёнными параметрами, транзисторы, триоды и тетроды спец. конструкции (см. также Генераторная лампа). В диодных СВЧ-генераторах используют лавинно-пролётные диоды, туннельные диоды и Ганна диоды, в которых при определённых условиях возникает отрицат. дифференциальное сопротивление. Включение такого диода в колебат.
цепь СВЧ приводит к компенсации потерь в цепи и самовозбуждению колебаний на соответствующих частотах. Ламповые генераторы обеспечивают получение импульсной мощности до нескольких киловатт на частотах 1–6 ГГц. Диодные и транзисторные генераторы применяются в качестве источников СВЧ-колебаний малой и ср. мощности (до десятков ватт в непрерывном режиме) в диапазоне 1–100 ГГц; они обладают рядом преимуществ перед электровакуумными генераторами аналогичного назначения по размерам и массе, потребляемой мощности, долговечности и совместимости с микросхемами. Вместе с тем предельная мощность твердотельных генераторов ограничена величиной рассеиваемой в полупроводнике тепловой энергии и не превышает (для одного прибора) 100 Вт на частотах до 10 ГГц.
Для генерирования СВЧ-колебаний широко применяют вакуумные электронные приборы с динамич.
управлением электронным потоком (клистроны, магнетроны, лампы обратной волны, лампы бегущей волны и др.). В магнетронном генераторе источником энергии является источник анодного напряжения, колебат. системой – объёмные резонаторы, а функции активного элемента выполняет электронный поток в магнитном поле. Магнетроны обычно используют для получения электромагнитных колебаний большой мощности (до нескольких мегаватт) в импульсном режиме и десятков киловатт при непрерывной генерации в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц.
Клистронный генератор также содержит объёмный резонатор, в котором колебания возбуждаются и поддерживаются электронным потоком, управляемым электрич. полем. Наиболее распространены клистронные генераторы, работающие в диапазоне частот от единиц до десятков гигагерц. Мощность таких генераторов зависит от типа клистрона и составляет: у отражат.
клистронов – от нескольких милливатт до нескольких ватт, у пролётных клистронов – от сотен киловатт до десятков мегаватт соответственно в непрерывном и импульсном режимах генерирования.
Лампы обратной волны (ЛОВ) применяют в качестве Г. э. к. малой и ср. мощности; их осн. преимущество – большой диапазон электронной перестройки частоты, определяемый гл. обр. полосой пропускания замедляющей системы (составляет до нескольких октав). Генераторы на ЛОВ используют в качестве гетеродинов, задающих генераторов радиопередающих устройств, для радиоспектроскопии и др. целей.
Генераторами мощных колебаний миллиметрового диапазона являются мазеры на циклотронном резонансе, в которых применяются винтовые электронные пучки в продольном статич. магнитном поле, взаимодействующие с поперечным по отношению к оси пучка переменным электрич. полем резонатора или волновода. Возбуждение колебаний в таком Г. э. к. происходит на циклотронной частоте вращения электронов в магнитном поле или на одной из её гармоник. Особое место среди мощных СВЧ-генераторов занимают приборы с релятивистскими электронными пучками, имеющие большой ток (порядка 103 кА и более) и соответственно большую мощность в течение импульсов ограниченной длительности (см. также Релятивистская высокочастотная электроника).
Отд. группу Г. э. к. составляют квантовые генераторы, в которых электромагнитные колебания возбуждаются за счёт вынужденных квантовых переходов атомов или молекул. Важная особенность таких Г. э. к. – чрезвычайно высокая стабильность частоты генерации (до 10–14), что позволяет использовать их как квантовые стандарты частоты. В лазерах и мазерах частота излучения накачки превышает частоту генерируемых колебаний.
Так, в парамагнитном мазере при накачке на частоте 10 ГГц возбуждаются колебания с частотой до 5 ГГц со стабильностью частоты, определяемой лишь стабильностью темп-ры и магнитного поля.
К Г. э. к., преобразующим энергию первичных электрич. колебаний, относятся также параметрические генераторы радиодиапазона, представляющие собой резонансную колебат. систему – контур или объёмный резонатор, в котором один из энергоёмких (реактивных) параметров (L или C) зависит от протекающего тока или приложенного напряжения; действие основано на явлении параметрического резонанса. Наибольшее распространение получили маломощные параметрические Г. э. к., в которых в качестве элемента с электрически управляемой ёмкостью используется ПП диод.
Релаксационные генераторы
Существует широкий класс генераторов периодич. колебаний разл.
формы, период которых определяется временем релаксации (установления равновесия) в пассивных цепях, не обладающих резонансными свойствами. В таких Г. э. к. за каждый период колебаний теряется и вновь пополняется значит. часть колебат. энергии. Форма колебаний зависит от свойств как пассивных цепей, так и активного элемента и может быть весьма разнообразной – от скачкообразных, почти разрывных колебаний до колебаний, близких к гармоническим. В радиотехнике, электронике, измерит. и импульсной технике наибольшее распространение получили релаксац. импульсные генераторы (напр., блокинг-генераторы, мультивибраторы), генераторы линейно изменяющегося сигнала, а также генераторы синусоидальных колебаний (RC-генераторы, генераторы Ганна) и др.
RC-генератор не содержит колебат. контуров. Активным элементом (напр.
, электронной лампой, транзистором) управляет RC-цепь обратной связи, состоящая лишь из ёмкостей C и активных сопротивлений R, создающая условия генерации лишь для одного гармонич. колебания с частотой, определяемой временем релаксации цепи. В подобных Г. э. к. происходит полный энергообмен за каждый период колебаний. При отключении источника питания колебания исчезают. RC-генераторы используются преим. как источники эталонных колебаний в диапазоне частот от долей герц до сотен килогерц.
Генератор Ганна представляет собой кристалл ПП, который является одновременно и колебат. системой, и активным элементом. Через кристалл пропускают постоянный ток, и при определённых условиях в нём возникают нестационарные процессы, приводящие к появлению СВЧ переменной составляющей тока, протекающего через кристалл, и к возникновению на электродах эдс СВЧ (см. Ганна эффект). С помощью таких генераторов можно получать электрич. колебания частотой от 100 МГц до 50 ГГц и мощностью до 100 мВт (при непрерывном генерировании) и сотен ватт (в импульсном режиме).
Генераторы случайных сигналов
Генераторы случайных сигналов предназначены для генерирования непрерывных шумов или последовательностей импульсов со случайными значениями амплитуд, длительностей импульсов, интервалов между ними. Работа таких Г. э. к. основана на использовании естеств. источников шумов и случайных импульсов либо возбуждении стохастич. автоколебаний. В качестве источников широкополосных шумов применяются шумовые диоды, тиратроны, помещённые в поперечное магнитное поле, дробовые шумы входных электронных ламп, транзисторов или фотодиодов в видеоусилителях, фотоумножителях и др.; первичными источниками случайных последовательностей импульсов могут служить, напр.
, газоразрядные и сцинтилляционные счётчики продуктов радиоактивного распада. Производя усиление и преобразование шумов, создаваемых источником, с помощью разл. линейных и нелинейных устройств (усилителей, ограничителей, ждущих мультивибраторов, блокинг-генераторов, триггеров, работающих в режиме счёта выбросов шума, и др.) можно получать непрерывные шумовые колебания или случайные последовательности импульсов с определёнными законами распределения параметров в разл. диапазонах радиочастот. Генераторы случайных сигналов применяют для определения коэф. шума и предельной чувствительности радиоприёмных устройств, помехоустойчивости систем автоматич. регулирования и телеуправления, предельной дальности радиолокац. и радионавигац. систем, в качестве калиброванных источников мощности при измерении параметров случайных процессов (напр.
, атмосферных помех, шумов внеземного происхождения) и др.
10 полезных схем генераторов функций
В этом посте мы узнаем, как построить 10 простых, но полезных схем генераторов функций, используя IC 4049, IC 8038, IC 741, IC 7400, транзисторы, UJT и т. д. для генерации точных прямоугольных, треугольных сигналов. волны и синусоиды с помощью простых операций переключения.
Содержание
1) Используя IC 4049
Используя только одну недорогую КМОП IC 4049 и несколько отдельных модулей, можно легко создать надежный генератор функций, который будет обеспечивать диапазон трех форм сигналов вокруг и за пределами аудио спектр.
Целью статьи было создание базового экономичного генератора частоты с открытым исходным кодом, который легко собрать и использовать как любителям, так и профессионалам в лаборатории.
Эта цель, несомненно, была достигнута, так как схема обеспечивает различные синусоидальные, прямоугольные и треугольные сигналы, а частотный спектр примерно от 12 Гц до 70 кГц использует всего одну микросхему инвертора CMOS Hex и несколько отдельных элементов.
Несомненно, архитектура может не обеспечивать эффективность более продвинутых схем, особенно с точки зрения согласованности формы сигнала на повышенных частотах, но, тем не менее, это невероятно удобный инструмент для анализа звука.
Для версии Bluetooth вы можете прочитать эту статью
Блок-схема
Основные принципы работы схемы из показанной выше блок-схемы. Основная часть функционального генератора представляет собой генератор треугольника/меандра, который состоит из интегратора и триггера Шмита.
Как только выходной сигнал триггера Шмитта становится высоким, обратное напряжение с выхода Шмитта на вход интегратора позволяет выходному сигналу интегратора линейно снижаться до того, как он превысит нижний уровень выходного сигнала триггера Шмитта.
На этом этапе выходной сигнал триггера Шмитта медленный, поэтому небольшое напряжение, подаваемое обратно на вход интегратора, позволяет ему положительно нарастать до того, как будет достигнут верхний уровень триггера Шмитта.
Выход триггера Шмитта снова становится высоким, выходной сигнал интегратора снова становится отрицательным и т. д.
Выходные положительные и отрицательные развертки интегратора представляют собой треугольную форму волны, амплитуда которой вычисляется с помощью гистерезиса триггера Шмитта (т. е. разницы между верхним и нижним пределами триггера).
Триггер Шмитта, естественно, представляет собой прямоугольную волну, состоящую из чередующихся высоких и низких выходных состояний.
Выходной сигнал треугольника подается на диодный формирователь через буферный усилитель, который округляет высокие и низкие частоты треугольника для создания сигнала, близкого к синусоидальному.
Затем с помощью трехпозиционного селекторного переключателя S2 можно выбрать каждую из трех волновых форм и подать сигнал на выходной буферный усилитель.
Как работает схема
Полная принципиальная схема КМОП-генератора, показанная на рисунке выше. Интегратор полностью построен с использованием КМОП-инвертора N1, а механизм Шмитта включает в себя 2 инвертора с положительной обратной связью.
Это N2 и N3.
На следующем изображении показана разводка выводов микросхемы IC 4049 для использования в приведенной выше схеме.
Схема работает следующим образом; принимая во внимание на данный момент, что движок P2 находится в самом нижнем положении, а выход N3 имеет высокий уровень, ток, эквивалентный: напряжение питания и Ut пороговое напряжение N1.
Поскольку этот ток не может поступать на вход инвертора с высоким импедансом, он начинает течь к C1/C2 в зависимости от того, какой конденсатор переключается на линии переключателем S1.
Падение напряжения на C1, таким образом, уменьшается линейно, так что выходное напряжение N1 возрастает линейно до того, как будет достигнуто нижнее пороговое напряжение триггера Шмитта, как только выход триггера Шмитта станет низким.
Теперь ток, эквивалентный -Ut/P1 + R1 , протекает как через R1, так и через P1.
Этот ток всегда протекает через C1, так что выходное напряжение N1 увеличивается экспоненциально, пока не будет достигнуто максимальное предельное напряжение триггера Шмитта, выход триггера Шмитта возрастает, и весь цикл начинается сначала.
Чтобы сохранить треугольную симметрию волны (т. е. одинаковый наклон как для положительной, так и для отрицательной частей формы волны), токи нагрузки и разрядки конденсатора должны быть идентичными, то есть Uj,-Ui должны быть идентичны Ут.
Однако, к сожалению, Ut определяется параметрами инвертора CMOS и обычно составляет 55%! Напряжение источника Ub = Ut составляет примерно 2,7 В при 6 В, а Ut примерно равно 3,3 В.
Эта проблема решается с помощью P2, который требует изменения симметрии. На данный момент предположим, что тайский R-связан с положительной линией снабжения (позиция A).
Независимо от настройки P2 высокое выходное напряжение триггера Шмитта всегда остается равным 11. до 3 В можно вернуть обратно в P1.
Это гарантирует, что напряжение больше не -Ut, а Up2-Ut. Если напряжение ползунка P2 составляет около 0,6 В, то Up2-Ut должно быть около -2,7 В, поэтому токи зарядки и разрядки будут одинаковыми.
Очевидно, что из-за допусков значения Ut необходимо выполнить регулировку P2 для соответствия конкретному функциональному генератору.
В ситуациях, когда Ut составляет менее 50 процентов от входного напряжения, может быть уместным подключение верхней части резистора R4 к земле (положение B).
Можно найти пару частотных шкал, которые будут назначены с помощью S1; от 12 Гц до 1 кГц и от 1 кГц до приблизительно 70 кГц.
Детальное управление частотой задается параметром P1, который изменяет ток заряда и разряда C1 или C2 и, следовательно, частоту, на которой интегратор линейно увеличивается и уменьшается.
Выходной сигнал прямоугольной формы с N3 отправляется на буферный усилитель через селекторный переключатель формы волны S2, который состоит из пары инверторов, смещенных как линейный усилитель (подключенных параллельно для повышения эффективности их выходного тока).
Выход треугольной волны осуществляется через буферный усилитель N4 и оттуда переключателем на выход буферного усилителя.
Кроме того, треугольный выход N4 добавляется к формирователю синуса, состоящему из R9, R11, C3, Dl и D2.
D1 и D2 потребляют небольшой ток примерно до +/- 0,5 вольт, но их различное сопротивление падает выше этого напряжения и логарифмически ограничивает высокие и низкие уровни треугольного импульса, создавая эквивалент синусоиде.
Выходной синусоидальный сигнал передается на выходной усилитель через C5 и R10.
P4, который изменяет усиление N4 и, следовательно, амплитуду треугольного импульса, подаваемого на формирователь синуса, изменяет прозрачность синуса.
Слишком низкий уровень сигнала, и амплитуда треугольника будет ниже порогового напряжения диода, и он будет проходить без изменений, а слишком высокий уровень сигнала, верхние и нижние частоты будут сильно отсекаться, тем самым обеспечивая не правильно сформированная синусоида.
Входные резисторы выходного буферного усилителя выбраны таким образом, чтобы номинальное выходное напряжение всех трех сигналов от пика до минимума составляло около 1,2 В. Уровень выходного сигнала можно изменить с помощью P3.
Процедура настройки
Метод настройки заключается в простом изменении симметрии треугольника и чистоты синусоиды.
Кроме того, симметрия треугольника идеально оптимизируется путем изучения входного сигнала прямоугольной формы, поскольку симметричный треугольник получается, если рабочий цикл прямоугольной формы составляет 50% (1-1 знак-пробел).
Для этого вам нужно настроить предустановку P2.
В ситуации, когда симметрия увеличивается по мере перемещения скользящего элемента P2 вниз к выходу N3, но правильная симметрия не может быть достигнута, верхняя часть R4 должна быть соединена в альтернативном положении.
Чистота синусоиды изменяется путем регулировки P4 до тех пор, пока форма волны не станет «идеальной», или путем изменения для минимальных искажений, только если есть измеритель искажений для проверки.
Поскольку напряжение питания влияет на выходное напряжение различных форм сигналов и, следовательно, на чистоту синуса, схема должна питаться от надежного источника питания 6 В.
Когда батареи используются в качестве источников питания, они никогда не должны работать слишком сильно вниз.
КМОП-ИС, используемые в качестве линейных схем, потребляют больший ток, чем в обычном режиме переключения, поэтому напряжение питания не должно превышать 6 В, иначе ИС может нагреться из-за сильного рассеивания тепла.
Еще одним отличным способом построения схемы функционального генератора может быть использование IC 8038, как описано ниже.
2) Схема функционального генератора с использованием IC 8038
IC 8038 представляет собой прецизионный генератор сигналов IC, специально разработанный для создания синусоидальных, прямоугольных и треугольных выходных сигналов за счет минимального количества электронных компонентов и манипуляций.
Его рабочий диапазон частот можно определить с помощью 8 частотных шагов, начиная с 0,001 Гц до 300 кГц, путем соответствующего выбора прикрепленных R-C элементов.
Частота колебаний чрезвычайно стабильна независимо от температуры или колебаний напряжения питания в широком диапазоне.
Кроме того, генератор функций IC 8038 предлагает рабочий диапазон частот до 1 МГц. Доступ ко всем трем основным выходным сигналам, синусоидальному, треугольному и прямоугольному, можно получить одновременно через отдельные выходные порты схемы.
Частотный диапазон 8038 можно изменять с помощью внешнего источника напряжения, хотя отклик может быть не очень линейным. Предлагаемый генератор функций также обеспечивает регулируемую симметрию треугольника и регулируемый уровень искажения синусоидальной волны.
3) Функциональный генератор Использование IC 741
Эта схема функционального генератора на основе IC 741 обеспечивает повышенную гибкость тестирования по сравнению с типичным генератором синусоидальных сигналов, выдавая вместе прямоугольные и треугольные сигналы с частотой 1 кГц, а также недорогая и очень простая. строить. Как оказалось, выходное напряжение составляет примерно 3 В ptp на прямоугольной волне и 2 В среднеквадратичного значения. в синусоиде.
Переключаемый аттенюатор может быть быстро включен, если вы хотите быть мягче по отношению к тестируемой цепи.
Как собрать
Начните размещать детали на печатной плате, как показано на схеме компоновки компонентов, и убедитесь, что правильно вставлены полярность стабилитрона, электролитов и интегральных схем.
Как настроить
Чтобы настроить схему простого функционального генератора, просто точно настройте RV1, пока синусоидальный сигнал не станет немного ниже уровня ограничения. Это обеспечивает наиболее эффективную синусоиду через генератор. Квадрат и треугольник не требуют каких-либо специальных настроек или настроек.
Как это работает
- В этой схеме функционального генератора IC 741 IC1 выполнен в виде мостового генератора Вина, работающего на частоте 1 кГц.
- Контроль амплитуды обеспечивается диодами D1 и D2. Выход этой ИС подается либо на выходной разъем, либо на схему возведения в квадрат.
- Подключен к SW1a посредством C4 и является триггером Шмидта (Q1-Q2).
Стабилитрон ZD1 работает как триггер без гистерезиса. - Интегратор IC2, C5 и R10 генерирует треугольную волну из входной прямоугольной волны.
Стабилитрон ZD1 работает как триггер без гистерезиса.4) Простой генератор функций UJT
Однопереходный осциллятор, показанный ниже, является одним из самых простых генераторов пилообразной формы. Два выхода этого дают, а именно, пилообразный сигнал и последовательность триггерных импульсов. Волна увеличивается примерно от 2V (точка впадины, Vv) до максимального пика (Vp). Пиковая точка зависит от напряжения питания Vs и коэффициента зазора BJT, который может находиться в диапазоне примерно от 0,56 до 0,75, при этом обычно используется значение 0,6. Период одного колебания примерно равен:
t = — RC x 1n[(1 — η) / (1 — Vv/Vs)]
, где «1n» указывает на использование натурального логарифма. При стандартных значениях Vs = 6, Vv = 2 и η = 0,6 приведенное выше уравнение упрощается до: наклон нелинейный. Для многих аудиоприложений это едва ли имеет значение.
Рисунок (b) демонстрирует зарядку конденсатора через цепь постоянного тока. Это позволяет склону идти прямо вверх.
Скорость заряда конденсатора теперь постоянна и не зависит от Vs, хотя Vs по-прежнему влияет на пиковую точку. Поскольку ток зависит от коэффициента усиления транзистора, простой формулы для измерения частоты не существует. Эта схема предназначена для работы с низкими частотами и имеет реализацию в качестве генератора рампы.
5) Использование операционных усилителей LF353
Два операционных усилителя используются для построения точной схемы генератора прямоугольных и треугольных сигналов. В комплект LF353 входят два операционных усилителя с JFET, которые лучше всего подходят для этого приложения.
Частоты выходного сигнала рассчитываются по формуле f=1 / RC . Схема демонстрирует чрезвычайно широкий рабочий диапазон практически без искажений.
R может иметь любое значение от 330 Ом до примерно 4,7 М; C может иметь любое значение от 220 пФ до 2 мкФ.
Как и в приведенной выше концепции, в следующей схеме генератора синусоидальной и косинусоидальной функций используются два операционных усилителя.
Они генерируют синусоидальные сигналы почти одинаковой частоты, но 90 ° не совпадают по фазе, поэтому выходной сигнал второго операционного усилителя называется косинусоидальным.
На частоту влияет набор допустимых значений R и C. R находится в диапазоне от 220k до 10M; C составляет от 39 пФ до 22 нФ. Связь между R, C и/или немного сложна, так как она должна отражать номиналы других резисторов и конденсаторов.
Используйте R = 220 кОм и C = 18 нФ в качестве начальной точки, обеспечивающей частоту 250 Гц. Диоды Зенера могут быть маломощными выходными диодами 3,9 В или 4,7 В.
6) Функциональный генератор с использованием микросхемы ТТЛ
Пара вентилей счетверенного вентиля НЕ-И с двумя входами модели 7400 составляет фактическую схему генератора для этой схемы функционального генератора ТТЛ. Кристалл и регулируемый конденсатор работают как система обратной связи между входом затвора U1-a и выходом затвора U1-b.
Гейт U1-c функционирует как буфер между каскадом генератора и выходным каскадом U1-d.
Переключатель S1 действует как переключатель затвора, переключаемый вручную, для включения/выключения прямоугольного выхода U1-d на контакте 11. Когда S1 разомкнут, как указано, на выходе генерируется прямоугольный сигнал, а после замыкания прямоугольный сигнал отключается.
Переключатель можно заменить логическим вентилем для цифрового управления выходом. Почти идеальная синусоида от 6 до 8 вольт создается в точке соединения C1 и XTAL1.
Импеданс на этом соединении очень высок и не может обеспечить прямой выходной сигнал. Транзистор Q1, настроенный как усилитель с эмиттерным повторителем, обеспечивает высокое входное сопротивление для синусоидального сигнала и низкое выходное сопротивление для внешней нагрузки.
Схема запускает практически все типы кристаллов и работает с частотами кристаллов от 1 до 10 МГц.
Как настроить
Настройку этой простой схемы генератора функций TTL можно быстро начать со следующих пунктов.
Если у вас есть осциллограф, подключите его к прямоугольному выходу U1-d на контакте 11 и поместите C1 в центр диапазона, обеспечивающего наиболее эффективную форму выходного сигнала.
Затем наблюдайте за синусоидой на выходе и настраивайте C2 для получения наилучшей формы волны. Вернитесь к ручке управления C1 и слегка настройте ее, пока на экране осциллографа не будет достигнута наиболее здоровая синусоидальная волна.
Parts List
RESISTORS
(All resistors are -watt, 5% units.)
RI, R2 = 560-ohm
R3 = 100k
R4 = 1k
Semiconductors
U1 = IC 7400
Q1 = 2N3904 Кремниевый транзистор NPN
Конденсаторы
C1, C2 = 50 пФ, подстроечный конденсатор
C3, C4 = 0,1 мкФ, керамический дисковый конденсатор
Разное
S1 = SPSTAL
текст)
7) Цепь наилучшей синусоидальной формы с кварцевым управлением
Следующий генератор сигналов представляет собой схему кварцевого генератора с двумя транзисторами, которая великолепно работает, дешева в сборке и не требует катушек или дросселей.
Цена зависит в первую очередь от используемого кристалла, так как общая стоимость остальных элементов вряд ли должна составлять несколько долларов. Транзистор Q1 и несколько соседних частей образуют схему генератора.
Путь заземления для кристалла направляется с помощью C6, R7 и C4. В переходе C6 и R7, который имеет довольно низкий импеданс, ВЧ подается на усилитель эмиттерного повторителя Q2.
Форма сигнала на стыке C6/R7 действительно почти идеальная синусоида. Амплитуда выходного сигнала на эмиттере Q2 колеблется от 2 до 6 вольт от пика к пику в зависимости от добротности кристалла и значений конденсаторов C1 и C2.
Значения C1 и C2 определяют частотный диапазон схемы. Для частот кристалла ниже 1 МГц C1 и C2 должны быть 2700 пФ (0,0027 пФ). Для частот от 1 МГц до 5 МГц это могут быть конденсаторы емкостью 680 пФ; и для 5 МГц и 20 МГц. можно применить конденсаторы на 200 пФ.
Возможно, вы могли бы попробовать протестировать номиналы этих конденсаторов, чтобы получить наилучшую синусоиду на выходе.
Кроме того, настройка конденсатора C6 может повлиять на уровень двух выходных сигналов и общую форму сигнала.
Список деталей
Резисторы
(все резисторы—Ватт, 5% единиц.)
R1-R5-1K
R6-27K
R7-270-OHM
R8-100K
CAPACITORS
R8-100K
CAPACITORS 9021, C-C-C121,
9021, C-C-C121, 9021,
, 9021, C-C-C121, 9021,
,
9021, 9021. — См. текст
C3,C5-0,1-пФ, керамический диск
C6-10 пФ до 100 пФ, триммер
ПОЛУПРОВОДНИКИ
Q1, Q2-2N3904
XTAL1—см. текст
Цепь генератора пилообразной формы схема генератора, заряжающая конденсатор С1 постоянным током. Этот постоянный зарядный ток создает линейно возрастающее напряжение на конденсаторе C1.
Транзисторы Q2 и Q3 настроены как пара Дарлингтона, чтобы проталкивать напряжение через C1 на выход без эффектов нагрузки или искажения.
Как только напряжение на C1 увеличивается примерно до 70% от напряжения питания, активируется вентиль U1-a, вызывая переход на высокий уровень на выходе U1-b и кратковременное включение Q4; который продолжает гореть, пока конденсатор C1 разряжается.
Завершает один цикл и запускает следующий. Выходная частота схемы регулируется резистором R7, который обеспечивает нижнюю частоту около 30 Гц и верхнюю частоту около 3,3 кГц.
Диапазон частот можно увеличить, уменьшив значение C1, и уменьшить, увеличив значение C1. Чтобы сохранить пиковый разрядный ток Q4 под контролем. C1 не должен быть больше 0,27 мкФ.
Перечень деталей
8) Схема функционального генератора с использованием пары микросхем 4011
Основой этой схемы фактически является осциллятор с мостом Вина, который обеспечивает синусоидальный выходной сигнал. Из этого впоследствии извлекаются квадратные и треугольные сигналы.
Генератор с мостом Вина построен с использованием КМОП-затворов И-НЕ с N1 по N4, а стабилизация амплитуды обеспечивается транзистором T1 и диодами D1 и D2.
Эти диоды, возможно, должны быть подобраны по два, чтобы минимизировать искажения. Потенциометр регулировки частоты P1 также должен быть высококачественным стереопотенциометром с дорожками внутреннего сопротивления, сопряженными с допуском 5%.
Предустановка R3 дает возможность регулировки для наименьшего искажения, и в случае использования согласованных частей для D1, D2 и P1 общее гармоническое искажение может быть ниже 0,5%.
Выход генератора с мостом Вина подается на вход N5, который смещен в линейную область и работает как усилитель. Элементы И-НЕ N5 и N6 совместно усиливают и обрезают выходной сигнал генератора для генерации прямоугольной формы волны.
Скважность формы сигнала зависит от пороговых потенциалов N5 и N6, однако она близка к 50%.
Выходной сигнал логического элемента N6 подается на интегратор, построенный с использованием логических элементов И-НЕ N7 и N8, который согласовывается с прямоугольным сигналом для получения сигнала треугольной формы.
Амплитуда треугольного сигнала, безусловно, зависит от частоты, а поскольку интегратор просто не очень точен, линейность дополнительно отклоняется по частоте.
На самом деле изменение амплитуды довольно тривиально, учитывая, что генератор функций часто используется вместе с милливольтметром или осциллографом, и выход можно легко проверить.
9) Схема функционального генератора с использованием операционного усилителя Norton LM3900
Чрезвычайно удобный генератор функций, который уменьшит аппаратные средства, а также стоимость, может быть построен с одним счетверенным усилителем Norton IC LM3900.
Если из этой цепи удалить резистор R1 и конденсатор C1, то результирующая схема будет такой же, как и для генератора прямоугольных импульсов с усилителем Norton, с синхронизирующим током, поступающим в конденсатор C2. Включение интегрирующего конденсатора С1 в генератор прямоугольных импульсов создает на выходе реалистично точную синусоиду.
Резистор R1, облегчающий согласование постоянных времени схемы, позволяет регулировать выходную синусоиду для минимальных искажений.
Идентичная схема позволяет подключить синусоидальный выход к стандартному подключению генератора прямоугольных/треугольных импульсов, оснащенного двумя усилителями Norton.
Как показано на рисунке, треугольный выход работает как вход синусоидального усилителя.
Для номиналов деталей, указанных в этой статье, рабочая частота схемы составляет примерно 700 Гц. Резистор R1 можно использовать для регулировки наименьшего синусоидального искажения, а резистор R2 можно использовать для регулировки симметрии прямоугольной и треугольной волн.
Четвертый усилитель в счетверенном пакете Norton можно подключить в качестве выходного буфера для всех трех выходных сигналов.
10) Функциональный генератор с использованием IC 566
IC 566 идеально подходит для создания тестового генератора с помощью внутреннего генератора, управляемого напряжением (VOC). Схема предназначена для подачи отдельных выходов, предлагающих треугольные и прямоугольные волны, а также набор выходов с положительными и отрицательными пиками.
Амплитуда прямоугольной волны составляет 5 В пик-пик, остальные формы волны 1,5 В пик-пик. Частота зависит от емкости конденсатора, подключенного к выводу 7 микросхемы.
Рекомендуется использовать танталовые конденсаторы вместо электролитических. Выходы этого функционального генератора IC 566 рассчитаны на работу с нагрузками с высоким импедансом. Транзисторный буферный каскад необходим в качестве дополнения к оборудованию с низким входным сопротивлением.
Генератор точечной синусоидальной волны
На следующем рисунке показана схема, использующая IC 7556 в качестве интегратора.
Когда на интегратор подается сигнал прямоугольной формы от таймера, он преобразует его в сигнал треугольной формы. Когда сигнал треугольной волны подается на другой интегратор, он преобразуется в синусоидальную волну. С очень простой схемой этот метод можно использовать для создания довольно чистой синусоидальной волны заданной частоты. В этой версии все три основные формы волны — квадратная, треугольная и синусоида — генерируются с почти идентичными амплитудами напряжения от пика к пику.
Амплитуда синусоиды, 3 вольта от пика к пику с 9Напряжение питания почти сравнимо со среднеквадратичным значением в один вольт, что является полезной величиной для тестирования звука.
Целью этого точечного генератора синусоидальных сигналов является создание на всех трех выходах примерно одинакового выходного напряжения, чтобы другие схемы можно было быстро протестировать на чувствительность к различным формам сигналов. При размахе напряжения, равном одной трети напряжения питания, треугольная волна определяет начальное значение.
Прямоугольная волна изначально имеет значение напряжения питания, поскольку оно варьируется от рельса к рельсу, хотя ослабляется почти до требуемого значения с помощью двух резисторов R4 и R5. Эти два резистора можно удалить, если они не нужны. Вход второго интегратора lC2b связан с треугольной волной.
Из-за входных смещенных напряжений и токов и т. д. выходной сигнал интегратора может в конечном итоге дрейфовать настолько, насколько это возможно, к одной из шин питания, если только не используется какая-либо форма обратной связи по постоянному току.
Следовательно, lC2b связан по переменному току с входным сигналом через C4, а большой резистор обратной связи R8 поддерживает правильный выходной уровень постоянного тока. Уровни этих двух составляющих достаточны для предотвращения искажения сигнала на рабочей частоте. Настройки резисторов R7 и C5 регулируют выходную амплитуду до желаемого уровня, составляющего примерно одну треть от полного размаха питания. определяется частота. по формуле:
f = 1 / 1,333 x R6 x C5
Этот метод дает довольно хорошую синусоиду, единственным недостатком которой является то, что частоту нельзя легко изменить. Любое изменение входной частоты второго интегратора потребует изменения значений RT и C5, чтобы сохранить правильную амплитуду выходного синусоидального сигнала, а быстрого способа добиться этого не существует.
Схема простого функционального генератора с использованием IC 556
Если у вас есть одна запасная IC 556 и несколько пассивных электронных компонентов, вы можете быстро собрать эту полезную небольшую схему функционального генератора.
Как видно на рисунке выше, IC 556 можно использовать для генерации 4 полезных сигналов.
Может генерировать треугольную волну, прямоугольную волну, последовательность положительных импульсов и последовательность отрицательных импульсов.
Переключатель S1 можно использовать для выбора частотного диапазона, а потенциометр R2 можно использовать для регулировки выходной частоты выходов 556 IC.
Новости — Принципиальная схема
5 января 2020 г.
Веб-редактор регулярно обновляется новыми функциями и улучшениями. Здесь несколько новых функций, которые были добавлены недавно.
Копирование и вставка
Вырезание, копирование и вставка компонентов и слоев между цепями с помощью сочетаний клавиш Ctrl+C и Ctrl+V .
Усовершенствования резистора, катушки индуктивности и конденсатора
Эти компоненты теперь могут одновременно отображать как текст, так и свойства значений.
Добавление дополнительных компонентов
Многие компоненты доступны по умолчанию в веб-редакторе, но чтобы увидеть больше, нажмите Добавить дополнительные компоненты 9Кнопка 0183.
Продолжить чтение
3 апреля 2019 г.
Цепи, созданные с помощью веб-редактора, теперь можно просматривать или экспортировать как цепь нетлист.
Сетевые специалисты описывают, как компоненты цепи соединяются вместе, и обычно используется для анализа цепей, моделирования и проектирования печатных плат.
На странице сведений о схеме также отображается визуализированный вид схемы с каждым из узлы списка соединений, отмеченные на схеме визуально.
Вышеуказанная схема представлена следующим списком соединений:
В1 1 0 5 R2 2 0 220 Р3 1 2 220
Продолжить чтение
1 января 2019 г.
Веб-редактор теперь поддерживает создание цепей с цветовой кодировкой:
После размещения компонента используйте палитру цветов на панели «Слои» , чтобы задать цвет.
Продолжить чтение
7 мая 2018 г.
Создавайте пользовательские компоненты в Visual Studio Code с помощью нового расширения VS Code.
В качестве дополнительной возможности использования componenteditor.com теперь вы можете используйте Visual Studio Code для создания и редактирования пользовательских компонентов.
В настоящее время расширение доступно в виде ранней предварительной версии. Он обеспечивает следующее функции:
- Показать синтаксические ошибки компонента в редакторе VS Code
- Предварительный просмотр, который можно просмотреть в VS Code
Продолжить чтение
7 апреля 2018 г. веб-редактор.
После нажатия кнопки моделирования вам будет представлен снимок смоделированной версии
вашей схемы. Это отображает напряжения во всех точках подключения в вашей цепи, и
любые компоненты с динамическим поведением будут отображаться соответствующим образом. Например, Лампа будет
загорится, если на нем есть разность напряжений, а 7-сегментный дисплей загорится
показать номер ввода.
Имейте в виду, что это предварительная версия службы, которая в настоящее время поддерживает только ограниченное количество компонентов. Вы также можете столкнуться с некоторыми схемами, которые невозможно смоделировать, пока мы все еще работаем над улучшением этого. новая особенность.
Ниже приведена копия выходных данных моделирования схемы Simulation Demo:
Продолжить чтение
26 марта 2018 г.
Веб-версия Circuit Diagram была переработана и теперь доступна для использования. Новые и улучшенные функции:
- Улучшенный интерфейс
- Функции отмены/повтора
- Дополнительные компоненты
- Увеличенный размер документа
- Улучшенное редактирование свойств
- Дополнительные параметры загрузки, включая PNG и SVG
раздел.
Получить ссылку предоставит ссылку на вашу схему, не указывая ее в каталоге схем.
Опубликовать сделает вашу схему доступной для просмотра другими в разделе схем.
Продолжить чтение
9 июля 2016 г.
Теперь вы можете поделиться схемами из веб-редактора, щелкнув значок поделитесь ссылкой в правом верхнем углу.
Отсюда вы можете поделиться короткой ссылкой на схему. Например:
https://crcit.net/c/ea648c42
Существует также фрагмент html для встраивания схемы на другую веб-страницу.
Продолжить чтение
9 июня 2016 г.
Создавайте принципиальные схемы онлайн в браузере с помощью нового веб-редактора.
Веб-редактор может открывать и сохранять файлы документов схемы, совместимые с настольной версией Circuit Diagram, и может экспортировать изображения SVG.
Начните использовать новый веб-редактор здесь.
Продолжить чтение
17 августа 2015 г.
нашли быстрее.
Откройте окно поиска, щелкнув символ поиска на панели инструментов или нажав
кнопку Q на клавиатуре.
Начните вводить название компонента, который хотите использовать, и нажмите Введите как только вы это увидите.
Нет необходимости вводить полное имя компонента.
Отмените и закройте окно поиска, нажав Esc на клавиатуре.
Загрузите принципиальную схему 3.1 здесь.
Продолжить чтение
7 августа 2015 г.
Новое в этом выпуске:
- Новый пользовательский интерфейс
- Поддержка масштабирования DPI для каждого монитора в Windows 8.1+
- Значки компонентов Hi-DPI
- Более быстрое время запуска
- Экспорт в формат XPS
- Дополнительные выводы для компонента интегральной схемы
- Пользовательский текст для компонента конденсатора
Загрузите принципиальную схему 3.0 здесь.
Продолжить чтение
Как собрать генератор синусоидального сигнала
Это третья часть из четырех руководств по генераторам и генераторам волн. Ознакомьтесь с другими статьями этой серии: генераторы прямоугольных, пилообразных и треугольных волн и кварцевые генераторы. В этой статье мы поговорим о синусоидах и генераторах синусоидальных волн.
В идеале синусоидальные волны вообще не должны содержать гармоник и часто используются в генераторах сигналов, используемых для тестирования усилителей и фильтров, а также радиочастотных (РЧ) цепей для обеспечения несущих сигналов для приемников и передатчиков. Спектральная чистота и стабильность имеют первостепенное значение. Хотя есть несколько способов генерировать синусоидальные волны, такие как цифровой источник, например. Arduino, в этом уроке мы рассмотрим еще три распространенных способа сделать это.
Метод 1: Генераторы моста Вина
Макс Вин изобрел мостовой генератор Вина в 1891 году. В 1939 году под руководством Фредерика Термана два студента Стэнфордского университета, Хьюлетт и Паккард, разработали работающий генератор звуковых сигналов в своем гараже, используя мост Вина и стабилизатор лампы. Это был их первый продукт и начало компании Hewlett Packard!
Приведенная ниже схема имеет почти такую же конструкцию, за исключением того, что в ней используется операционный усилитель вместо ламп (клапанов).
Он по-прежнему использует очень подходящий метод регулировки амплитуды лампы.
Мостовая схема C1 R4a и C3 R4b. R4 представляет собой двунаправленный потенциометр и регулирует частоту, которая составляет 1/2πRC. Предполагая, что R4 является центральным, скажем, 2k, это будет 1/(2*π* 5k * 0,01u) = 3 кГц. Лампа представляет собой небольшую лампочку накаливания на 12 В. Когда нить накала нагревается, ее сопротивление увеличивается, уменьшая ток через нее, уменьшая коэффициент усиления и амплитуду на выходе, поэтому вы получаете очень эффективное управление амплитудой отрицательной обратной связи. Идея состоит в том, чтобы отрегулировать резистор R2 так, чтобы цепь только колебалась. Это дает меньший выходной сигнал, но лучшие характеристики с низким уровнем искажений.
C1 R4a — это последовательный фильтр верхних частот, а C3 R4b — параллельный фильтр нижних частот. Когда они одинаковы в любой заданной точке, положительная обратная связь от выхода к неинвертирующему входу заставляет усилитель колебаться с коэффициентом усиления, установленным 1+ R2/Rlamp.
Как видно из отображения Фурье на изображениях осциллографа ниже, наихудшая гармоника находится на 58 дБ ниже; это около 0,13% THD. Если бы вы следовали этой схеме с фильтром нижних частот, настроенным на обрезание сразу после установленной частоты, вы могли бы снизить еще 30 дБ, сделав его значительно ниже 0,01%, при условии, что фильтр не добавляет слишком много собственных искажений.
Если генератор очень чистый, со стабильной амплитудой и может настраиваться в частотном диапазоне 10:1, а также с выбираемым диапазоном ограничения, он может стать хорошим тестовым генератором. Но потенциометр с большим значением был бы лучше — у меня валялось всего 50к. Обратите внимание, что потенциометр должен быть линейным, а не логарифмическим.
.
| Хорошая чистая синусоида | Все гармоники > 58 дБ ниже0006 Метод 2: XR2206 Еще одним очень удобным способом получения хорошей синусоидальной волны с коэффициентом настройки 10:1 является монолитный генератор XR2206. Этот осциллятор будет легко работать в диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц, превращаясь в очень хороший настольный генератор звуковых сигналов или полноценный генератор функций. Комбинируя два из этих генераторов функций и модулируя один с другим, можно синтезировать практически любой сигнал тревоги или сирену полиции/скорой помощи. a xr2206 Sine, Square и Triangle Wave Generator
|
Этот чип дает вам бонус в виде прямоугольного сигнала на выходе, который вы можете использовать для управления отображением частоты. Регулировка R5 и R7 установит THD ниже 1%. Кроме того, размыкание переключателя на контакте 13 изменит синусоидальную волну на довольно хорошую треугольную форму волны.
Двумя распространенными типами являются Colpitts и Clapp, оба из которых используют конденсатор с ответвлениями. Оба являются отличным выбором. Небольшое изменение Колпитца превращает его в осциллятор Клэппа.