Генератори гармонічних коливань

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Енергодарській інститут державного та муніціпального Управління імені Р. Г. Хеноха
Класичний приватний університет
«Отримав»
Реєстраційній №
Дата Отримання «» 2008р.
«Відправлено з зауваження»
Реєстраційній №
Дата Отримання «» 2008р.
«Отримав повторно»
Реєстраційній №
Дата Отримання «» 2008р.
РЕФЕРАТ
З дісціпліні «Основи електротехнікі І електроніки»
На тему «Генератор гармонійніх Коливань»
Виконала (ла) студент (ка)
ІІI курсу, групи ЗИ - 617
Вільчак Володимир Федорович
м. Енергодар, 2009р.

План
Введення
1. Генератори гармонічних коливань
2. Генератор LC-типу
3. RC-генератор з послідовно-паралельної RC-ланцюгом
4. Схема генератора RC - типу з фазосдвигающей ланцюгом
Висновок
Список використаної літератури

Введення
Коливаннями називаються руху або процеси, які характеризуються певною повторюваністю в часі. Коливальні процес широко поширені в природі і техніці, наприклад хитання маятника годин, змінний електричний струм і т.д.
Фізична природа коливань може бути різною, тому розрізняють коливання механічні, електромагнітні та інші. Однак різні коливальні процеси описуються однаковими характеристиками і однаковими рівняннями.
Коливання називаються вільними (або власними), якщо вони здійснюються за рахунок спочатку досконалої енергії при подальшому відсутності зовнішніх впливів на коливальну систему (систему, що здійснювало коливання). Найпростішим типом коливань є гармонійні коливання - коливання, при яких коливається величина зміняться з часом за законом синуса (косинуса).
Генератором гармонійних коливань називають пристрій, що створює змінне синусоїдальна напруга при відсутності вхідних сигналів. У схемах генераторів завжди використовується позитивний зворотний зв'язок. Розрізняють аналогові і цифрові генератори.
Для аналогових генераторів гармонійних коливань важливою проблемою є автоматична стабілізація амплітуди вихідної напруги. Якщо у схемі не передбачені пристрої автоматичної стабілізації, стійка робота генератора виявиться неможливою. У цьому випадку після виникнення коливань амплітуда вихідної напруги почне постійно збільшуватися, і це призведе до того, що активний елемент генератора (наприклад, операційний підсилювач) увійде в режим насичення. У результаті напруга на виході буде відрізнятися від гармонійного. Схеми автоматичної стабілізації амплітуди досить складні.

1. Генератори гармонічних коливань
Генератори гармонічних коливань являють собою електронні пристрої, що формують на своєму виході періодичні гармонійні коливання при відсутності вхідного сигналу. Генерування вихідного сигналу здійснюється за рахунок енергії джерела живлення. Зі структурної точки зору генератори представляють собою підсилювачі електричних сигналів, охоплені ПОС.
Зовнішній вхідний сигнал відсутній. На вході підсилювача діє тільки вихідний сигнал ОС UOC. А на вході ОС діє UВХОС = Uвих. Тому коефіцієнт підсилення такого схеми

Умовою, що забезпечує наявність сигналу на виході генератора при відсутності зовнішнього вхідного сигналу є К → ∞, тобто

При виконанні цієї умови будь-підсилювач, охоплений ПОС стає генератором, на виході його з'являються коливання, незалежні від вхідного сигналу (автоколивання). Явище виникнення автоколивань в підсилювачі називається самозбудженням.
Умова виникнення автоколивань можна розділити на дві складові:
1) Умова балансу амплітуд: До ∙ β = 1. Фізичний сенс: результуюче посилення в контурі, що складається з послідовного з'єднання підсилювача і ланцюги ОС має дорівнювати одиниці. Якщо ланцюг ОС послаблює сигнал, то підсилювач повинен на 100% компенсувати це послаблення. Тобто якщо в будь-якому місці розірвати контур ПОС і на вхід подати сигнал від зовнішнього джерела, то пройшовши по контуру До ∙ β з виходу розриву ланцюга ОС повернеться сигнал точно такий же амплітуди, що був поданий на вхід розриву.
2) Умова балансу фаз: arg (K · β) = 0. Фізичний сенс: результуючий фазовий зсув, що вноситься підсилювачем і ланцюгом ОС повинен бути рівний нулю (або кратний 2π). Тобто при подачі сигналу на розрив, який повернувся сигнал буде мати таку саму фазу. При виконанні цієї умови ОС буде позитивна.
Для існування автоколивань необхідно одночасне виконання цих умов. Якщо ці умови виконуються не для однієї частоти, а для цілого спектру частот, то генерований вихідний сигнал буде складним (не гармонійним). Для забезпечення синусоидальности вихідного сигналу генератор повинен генерувати сигнал тільки однієї єдиної частоти. Для цього необхідно, щоб умови виникнення автоколивань виконувалися для єдиної частоти, яка і буде генеруватися. Для цього роблять К або β частотно-залежними. Як правило β має максимум β0 на деякій частоті ω0. Тому на ω0 і коефіцієнт посилення буде мати максимум К0. Величини К0 і β0 забезпечують такими, щоб вони задовольняли умовам виникнення автоколивань. Тоді при відхиленні частоти від ω0 та умови виникнення автоколивань виконуватися не будуть, що призведе до затухання коливань цієї частоти і на виході генератора будуть тільки гармонійні коливання частоти ω0.
У залежності від того, яким способом у генераторі забезпечується умова балансу фаз і амплітуд, розрізняють генератори:
1) RC-типу;
2) LC-типу.

2. Генератор LC-типу
Такий генератор будують на основі підсилювального каскаду на транзисторі, включаючи в його колекторний ланцюг коливальний LC-контур. Для створення ПОС використовується трансформаторна зв'язок між обмотками W1 (Що має індуктивність L) і W2 (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Генератор LC-типу
Напруга U2 є напругою ОС. Воно пов'язане з напругою первинної обмотки W1 коефіцієнтом трансформації:

Коефіцієнт трансформації в даному випадку є коефіцієнтом передачі ОЗ, показуючи яка частина напруги передається на вхід. Для виконання балансу амплітуди на частоті ω0 має виконуватися рівність


З цієї умови розраховується необхідне число витків вторинної обмотки, чим забезпечується умова балансу амплітуд. Для забезпечення балансу фаз необхідно забезпечити відповідне включення почав і кінців обмоток, щоб ОС була позитивною. Ємність С1 вибирають такий, щоб її опір на частоті генерації було незначним у порівнянні з R2. Це виключає вплив опору подільника на струм у вхідному ланцюзі транзистора, створюваний напругою ОС. Призначення RЕ і СЕ таке ж, як у звичайному усилительном каскаді. LC-генератори, також як і LC-виборчі підсилювачі застосовують в області високих частот, коли потрібні невеликі величини L і є можливість забезпечити високу добротність LC-контура. А на низьких і інфранизьких частотах, коли побудова LC-генератора важко, використовують RС ланцюги тих же типів, що і для виборчих підсилювачів.
3. RC-генератор з послідовно-паралельної RC-ланцюгом

Рис. 3.1 - Принципова схема генератора з послідовно-паралельної RC-ланцюгом на ОУ


Рис. 3.2 - Частотна характеристика RC-ланцюга
Так як послідовно-паралельна ланцюг має на частоті настроювання ω0 коефіцієнт передачі β0 = 1/RC, то умова балансу амплітуд Кн ∙ β0 = 1 запишеться як

звідки R2 = 2R1 і К = 3.
Регулювання частоти в цьому генераторі здійснюється одночасною зміною опорів R або ємностей С. Для стабілізації амплітуди генерованих коливань як опір R1 застосовують терморезистор з позитивним температурним коефіцієнтом. Якщо при цьому амплітуда вихідного сигналу зросте вище встановленого рівня, то зрослий сигнал на виході генератора призведе до збільшення напруги та струму (тобто потужності) на R1. При нагріванні R1 його опір зросте й коефіцієнт посилення по неінвертуючий вхід зменшиться (тобто зменшиться нахил амплітудної характеристики підсилювача по неінвертуючий вхід). Це призведе до зменшення амплітуди автоколивань на виході. Якщо ж амплітуда автоколивань зменшиться, то потужність виділяється на R1 зменшиться. Його температура також зменшиться, що викличе зменшення його температури. Коефіцієнт посилення зросте, збільшиться нахил характеристики, точка перетину характеристик зміститься вгору й забезпечить більшу амплітуду. В якості такого терморезистора можна використовувати малопотужну лампу розжарювання.
Існує безліч стабілізаторів амплітуди коливань. Так, наприклад, послідовно з R2 включають двосторонній стабілітрон, який працює як на позитивній, так і на негативній полуволне (рис. 3.1-а.). При цьому, поки амплітуда вихідного сигналу недостігла напруги стабілізації , Еквівалентний опір R2 і велике. Тому великий і коефіцієнт підсилення. Це призводить до зростання амплітуди вихідної напруги . При досягненні напруги стабілізації відбувається пробій стабілітрона, еквівалентний опір ланцюга ОС зменшується до виконання умови балансу амплітуд і вихідна напруга стабілізується на цьому рівні. C допомогою стабілітронів можна исскуственно формувати вихідну характеристику генератора, створюючи за допомогою R2 і VС ділянку насичення на амплітудної характеристиці, відповідний напрузі .

Рис. 3.1-а - Принципова схема генератора з послідовно-паралельної RC-ланцюгом на ОУ

4. Схема генератора RC - типу з фазосдвигающей ланцюгом
Побудувати схему генератора можна застосовуючи частотно залежні ланцюга, які не мають у своїй частотній характеристиці максимумів або мінімумів. При цьому також можна забезпечити виконання умов балансу амплітуд і фаз.
Наприклад розглянемо RС-ланцюг, що складається з трьох дифференцирующих ланок, яка може застосовуватися для побудови генератора.

Рис. 4.1 - RС-ланцюг з трьох дифференцирующих ланок
Така ланцюг не буде пропускати НЧ сигнали і постійну складову, але добре пропускає ВЧ сигнали. На високій частоті ланцюг не дає фазового зсуву. При зменшенні частоти кожна RС-ланцюг дає фазовий зсув дорівнює 90 о.
Коефіцієнт передачі такого ланцюга залежить від частоти. Фазовий зсув між вихідним і вхідним сигналом із зростанням частоти зменшується від 270 о до 0 о. На деякій частоті ω0 фазовий зсув дорівнює 180 о, а b = 1 / 30. Ця властивість використовується при побудові генератора.
Генератор будується на інвертуючому підсилювачі, в ОС якого включена дифференцирующая ланцюг.


Рис. 4.2 - Схема генератора з фазосдвигающей ланцюгом
Фазовий зсув, що вноситься ОС на частоті ω0 дорівнює 180 о, а результуючий фазовий зсув, що вноситься інвертує підсилювачем разом з ОС дорівнює 360 о. Таким чином незважаючи на те, що вихід RС-цепи підключений до інвертує входу ОП, ОС через RС-ланцюг - позитивна.

Рис. 4.3 - ФЧХ генератора
Умова балансу амплітуд:
| КІ | b (ω0) = 1, КІ =-Rос / R.
| КІ | = 1 / b (ω0) = 30, Rос = 30R.
При цьому генератор буде генерувати коливання з частотою ω0, яка залежить від параметрів RС-цепи:


При розрахунку генератора зазвичай ω0 відомо, З задають, розраховують R і по ньому знаходять Rос.
Недоліком цієї схеми є те, що спотворення сигналу в цій схемі більше в порівнянні з іншими схемами.

Висновок
Використання кварцових резонаторів дозволяє значно знизити відносну зміну частоти генераторів. Однак, у кварцових генераторів утруднено оперативну зміну частоти вихідного сигналу.
На відміну від аналогових, цифрові генератори володіють високою стабільністю, надійністю, можливістю зміни частоти генерується сигналу в широких межах і універсальністю.
Бурхливий розвиток цифрової електронної техніки дозволяє у все більшій кількості випадків формування аналогових сигналів використовувати цифрові методи. Так як цифрові генератори аналогових сигналів мають ряд переваг:
- Універсальність, оскільки вони дозволяють генерувати аналоговий сигнал з довільною, заданої користувачем, формою;
- Відсутність обмеження по мінімальній частоті;
- Висока стабільність параметрів вихідного сигналу та інші.
Цифрові генератори мають універсальністю, точністю і зручністю налаштування. Тому вони отримують все більше поширення як вузли електронної апаратури, тат і як самостійні пристрої застосовуються при вимірах і налагодженні систем, що працюють зі складними сигналами.
Аналогові генератори використовуються в тих випадках, коли немає високих вимог до параметрів генератора, або важлива простота і мінімальна вартість сайту.

Список використаної літератури
1. Білецький А.Ф. Теорія лінійних електричних ланцюгів. - М.: Радіо і зв'язок, 1986.
2. Бакалов В.П. та ін Теорія електричних ланцюгів. - М.: Радіо і зв'язок, 1998.
3. Качанов М.С. та ін Лінійні радіотехнічні пристрої. - М.: Воен. издат., 1974.
4. Попов В.П. Основи теорії ланцюгів - М.: Вища школа, 2000.
5. Іванов І.І., Лукін А.Ф., Соловйов Г.І. Електротехніка. Основні положення, приклади і задачі. 2-е вид., Виправлене. - СПб.: Видавництво «Лань», 2002.
6. Іванов І.І., Равдонік В.С. Електротехніка: Підручник для вузів. - М.: Вища школа, 1984.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
28кб. | скачати


Схожі роботи:
Рівняння гармонічних коливань точки в просторі
Генератори синусоїдальних коливань
Ацетиленові генератори
Бензинові і дизельні генератори
Генератори стабільного струму і напруги
Електронні генератори мультивібратор Призначення принцип дії застосування
Цифрові частотні дискримінатори фільтри і генератори опорного сигналу
Додавання коливань
Світ коливань
© Усі права захищені
написати до нас