politechnika wrocławska instytut telekomunikacji...

1

Układy generacyjne

Politechnika Wrocławska

Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyk i

Wrocław 2010

Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyk i

Wprowadzenie

GENERATORY – układy elektroniczne, które w kontrolowany sposób przetwarzają energię źródła zasilania w drgania elektryczne o określonym kształcie, częstotliwości i mocy przekazując je do obciążenia.

2


Rodzaje

Podział ze względu na stałość częstotliwości i mocy generowanych drgań:

⇒ generatory częstotliwości – duża stałość częstotliwości (wzorce f, wzbudnice nadajników),⇒ generatory mocy – duża moc wyjściowa i duża sprawność energetyczna bez optymalizacji stałości częstotliwości.

Podział ze względu na sposób generacji drgań:

⇒ generatory przebiegu sinusoidalnego (analogowe),

⇒ generatory przebiegów niesinusoidalnego (prostokątny) – przerzutniki,

⇒ cyfrowe generatory DDS (bezpośrednia synteza cyfrowa - Direct Digital Synthesis)


Parametry generowanych drgań

⇒ bezwzględna niestałość częstotliwości:

⇒ względna niestałość częstotliwości:

⇒ stałość częstotliwości – średnia względnych niestałości f mierzonych w czasie doby lub roku:

( ) ( ) 0ftftf −=∆f0 – częstotliwość na początku obserwacji,f(t) – częstotliwość w w chwili t obserwacji.

( ) ( )0f

tftf

∆=δ

( )

T

dtdf

ff

f

T

∫=∆ 0

00

1

Stałość częstotliwości:

Częstotliwość generowanego przebiegu

Zakres przestrajania.

Dobowe stałości częstotliwości dla generatorów:– atomowych ±(10-12 – 10-14),– kwarcowych ±(10-6 – 10-10),– LC ±(10-3 – 10-4),– RC ±(10-2 – 10-3).

3


Parametry generowanych drgań

Wartość amplitudy.

Poziomy i widma fluktuacji amplitudy i fazy.

Zawartość harmonicznych w nominalnych warunkach pracy.

Moc i sprawność.

Generatory przebiegu sinusoidalnego (analogowe)



Wrocław 2010

4


Wprowadzenie

Drgania sinusoidalne– podstawowy rodzaj drgań występujący w przyrodzie.

Drgania tego typu znajdują powszechne zastosowanie w urządzeniach nadawczo-odbiorczych, w aparaturze kontrolno-pomiarowej, w systemach cyfrowych do generacji wzorcowych przedziałów czasu.

( ) ( )φπ += ftUtu 2sin


WprowadzenieRezonans szeregowy – rezonans napięć

Rezonans występuje gdy wartość spadków napięć na cewcei kondensatorze są sobie równe.

( )CL XXjRZ −+=

Reaktancja zastępcza obwodu w stanie rezonansu jest równa 0 ( Im(Z) = 0 ).

0=− CL XX

CL

ωω 1=

Częstotliwość rezonansowa:

LCf

π2

1=

Impedancja zastępcza obwodu:

5


WprowadzenieRezonans równoległy – rezonans prądów

Rezonans występuje gdy wartość prądów płynących przez cewkę i kondensator są sobie równe.

( )LC BBjGY −+=

Susceptancja zastępcza obwodu w stanie rezonansu jest równa 0 ( Im(Y) = 0 ).

0=− LC BB

LC

ωω 1=

Częstotliwość rezonansowa:

LCf

π2

1=

Admitancja zastępcza obwodu:


Rodzaje generatorów

⇒ generatory sprzężeniowe – element aktywny objęty pętlą +SZ, dzięki czemu uzyskuje się odtłumienie obwodu generacyjnego,

⇒ generatory dwójnikowe (generatory o ujemnej rezystancji) – element o ujemnej rezystancji lub konduktancji wykorzystany jest do odtłumienia obwodu generacyjnego.

typu N(np. dioda tunelowa)

Odtłumienie obwodu rezonansowego jest możliwe jeśli w P0 wypadkowa konduktancja obwodu równoległego jest równa 0.

W odtłumionym (bezstratnym) układzie rezonansowym powstają niegasnące drgania, gdy:

uR gG <

LCf

12 00 == πω

6


Rodzaje generatorów

⇒ generatory sprzężeniowe – element aktywny objęty pętlą +SZ, dzięki czemu uzyskuje się odtłumienie obwodu generacyjnego,

⇒ generatory dwójnikowe (generatory o ujemnej rezystancji) – element o ujemnej rezystancji lub konduktancji wykorzystany jest do odtłumienia obwodu generacyjnego.

typu S(np. tranzystor lawinowy, tyrystor)

uS rR <

LCf

12 00 == πω

Odtłumienie obwodu rezonansowego jest możliwe jeśli w P0 wypadkowa rezystancja obwodu szeregowego jest równa 0.

W odtłumionym (bezstratnym) układzie rezonansowym powstają niegasnące drgania, gdy:


Generatory sprzężeniowe

⇒ generatory LC,

⇒ generatory ze stabilizacją piezoelektryczną – kwarcowe,

⇒ generatory RC.

7


Generatory sprzężenioweWarunek wzbudzenia drgań

Ogólny schemat blokowy generatora sprzężeniowego

( ) ( )uuu jkU

Ujk ϕω exp

1

2 ==

wzmocnienie wzmacniacza bez SZ

transmitancja pasywnego czwórnika SZ

( ) ( )ββ ϕβωβ j

U

Uj uu exp

2

==

transmitancja układu ze SZ

( ) ( )( ) ( )ωβω

ωωjjk

jk

E

Ujk

uu

u

g

f −==

12



Aby sprawdzić czy generator jest zdolny do generacji drgań, należy: – przerwać obwód SZ,– obciążyć WY SZ rezystancją równa RWE wzmacniacza,– podać na wzmacniacz napięcieU1,– zmierzyć napięcie U2,– generator jest zdolny do wytworzenia drgań gdy U1 = U2

( ) ( ) ( ) ( ) ( )ωωωβωω jUjkjjUjU uu 121 ==

Warunek generacji:

Wzmocnienie w pętli SZ musi być zatem równe:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] 1expImRe =+=+= βϕϕβββωβω uuuuuuuuu jkkjkjjk

8



Warunek amplitudy:

( ) 1Re1 === uuuu kk ββ

Warunek fazy:

( ) ...2,1,0,2lub,2Im ==+= ngdziennk uuu πϕϕπβ β

drgania mogą być generowane wówczas, gdy wzmacniacz kompensuje tłumienie wprowadzone przez obwód SZ (w praktyce warunek ≥ 1, gdyż nawet niewielkie zmniejszenie wzmocnienia mogłoby prowadzić do zerwania drgań; warunek > 1 może powodować zniekształcenia UWYwynika to z nieliniowości wzmacniacza)

drgania mogą być generowane wówczas, gdy napięcie wyjściowe jest w fazie z napięciem wejściowym

Warunki generacji powinny być spełnione tylko dla jednej określonej częstotliwości. Zapewnia się to z pewnym przybliżeniem przez odpowiedni dobór elementów RC lub LC.


Generatory sprzężenioweProces wzbudzenia drgań – miękkie

Proces narastania drgań i osiągania stanu ustalonego generatora można przedstawić w oparciu o ch-yki przejściowe ku i βu . Nieliniowości elementów aktywnych powodują, że ch-yki wzmacniaczy są także nieliniowe i zależne od klasy pracy wzmacniaczy. Ch-yka βu jest liniowa, jeśli jest on zrealizowany z liniowych elementów pasywnych

Ch-yka wzmacniacza w początkowym okresie jest liniowa (wzmacniacz klasy A, AB lub B).

Nawet dla małych amplitud napięcia ku βu >> 1.

Po załączeniu napięcia zasilania i przypadkowym pobudzeniu (np. napięciem szumów) amplituda drgańnarasta od wartości początkowej U(0) do wartości ustalonej U(∞) w pkt P, w którym ku βu = 1. Dalszy wzrost amplitudy nie jest możliwy

9


Generatory sprzężenioweProces wzbudzenia drgań – twarde

Ch-yka wzmacniacza narasta dopiero po pewnej wartości progowej napięcia U1 (wzmacniacz klasy C).

Przy małych amplitudach napięcia warunek generacji nie jest spełniony ( ).

Aby nastąpiło wzbudzenie drgań układ musi być silnie pobudzony, np. przez podanie napięcia zasilania. Amplituda drgań narasta od wartości początkowej U(0) > 0 do wartości ustalonej U(∞) w pkt P, w którym ku βu = 1.

uuk β/1<


Generatory sprzężenioweProces wzbudzenia drgań – ukł.autom.polaryzacji obw.wej.wzm.

Wzmacniacz selektywny pracuje w klasie C z dynamicznąpolaryzacją obwodu wejściowego.

Na początku wzmacniacz pracuje w klasie A – wzbudzenie miękkie.

Pod wpływem narastającej amplitudy drgań wytwarza sięrosnące napięcie polaryzujące obwód wejściowy wzmacniacza przesuwając punkt pracy wzmacniacza do klasy C.

10


Generatory LCRodzaje

W generatorach LC stosuje się tranzystory bipolarne lub unipolarne, można je realizowaćrównież na wzmacniaczach operacyjnych lub bramkach cyfrowych.

Połączenie elementu aktywnego z obwodem rezonansowym może być realizowane za pomocą obwodów sprzęgających wykonanych jako transformatory, dzielniki pojemnościowe lub indukcyjne.

Istnieją 3 podstawowe struktury generatorów LC (różne sprzężenie obwodu rezonansowego z elementem aktywnym)– generator Colpitssa,– generator Hartleya,– generator Meissnera.

Na tej bazie powstało wiele innych odmian generatorów np.:– generator Clappa odmiana Colpittsa,– generatory kwarcowe (Pierce’a) odmiana Colpittsa i Hartleya.


Generatory LCRodzaje

Generator Colpitssa Generator Hartleya Generator Meissnera

gdy węzeł 1 uziemiony – konfiguracja OB. Lub OG; gdy węzeł 2 uziemiony – konfiguracja OE lub OS

11


Generatory LCWarunki generacji – generator „trójpunktowy” - OG

Układ z elementem aktywnym (JFET) nieobciążającym obwód rezonansowy – konfiguracja OG

obwód rezonansowy to elementy X1, X2, X3,G0 element reprezentujący straty obwodu,

Ponieważ OG nie zmienia fazy napięcia wyjściowego U3, dzielnik X1, X2 musi się składać z reaktancji tego samego typu aby podziałU3 był bez zmiany fazy.jeśli X1, X2 = XC to X3 = XL – generator Colpittsajeśli X1, X2 = XL to X3 = XC – generator Hartleya

Z warunku fazy wyznaczyć można częstotliwość drgań generatora (dla częstotliwości rezonansowej ω0 obwód rezonansowy reprezentuje konduktancję G0)

0321 =++ XXX

Z warunku amplitudy otrzymujemy:

( ) ( ) ( ) 121

100000 ≥

+=

XX

Xkk uu ωωβω


Generatory LCWarunki generacji – generator „trójpunktowy” - OG

Ponieważ ku(ω0) jest duże, to przy ku >> 1 warunek amplitudy jest łatwy do spełnienia nawet przy X1 << X2, tj. przy:C1 >> C2 dla Colpittsa,L1 << L 2 dla Hartleya.

Warunek ten jest szczególnie istotny dla tranzystorów bipolarnych, wówczas X1 jest bocznikowane niewielką rwej tranzystora. Wpływ tej rezystancji będzie mały, gdy X1 << X2 oraz X1 << r wej.

( ) ( ) ( ) 121

10000 ≥

+=

XX

Xkk uuu ωωβω

12


Generatory LCWarunki generacji – generator „trójpunktowy” - OS

Układ z elementem aktywnym (JFET) – konfiguracja OS, obciążenie GL

Układ OS odwraca fazę o 1800, zatem dzielnik X1, X2 powinien wnieść dalsze przesunięcie o 1800

tak aby była zgodność faz napięć U1 oraz U3. Słuszny jest zatem warunek fazy jak dla OG:

0321 =++ XXX



Konduktancję G0 można przetransformować do zacisków do których przyłączona jestGL

2

0'

0 p

GG =

21

2

XX

Xp

+=

13



Dla częstotliwości rezonansowej (ω0) transmitancje ku i βu wynoszą:

( )2

0

0 / pGGg

gk

Lds

mu ++

−=ω

( )pX

X

XX

Xu

11

2

1

31

10 −=−=

+=ωβ

Zatem warunek amplitudy przyjmuje postać:

( ) ( ) 11

1/ 2

0

00 =

−

++−

=ppGGg

gk

Lds

m

uuωβω

Po przekształceniu:

( ) 002 =+−++ GpggGgp mmLds



Warunkiem powstania drgań w układzie jest, aby pierwiastki równania były rzeczywiste. Otrzymujemy jeden pierwiastek:

Ponieważ:

Lm

m

Gg

gp

+≈1

Lm

m

Gg

g

XX

Xp

+≈

+=

21

21

otrzymujemy warunek amplitudy:

m

L

g

G

X

X ≈2

1

14


Generatory LCWarunki generacji – generator Colpittsa, Hartleya

Warunki powstania drgań w układzie Colpittsa:

– amplitudy:

m

L

g

G

C

C =1

2

– fazy:

LCC

2

0

21

11 ω=+

Warunki powstania drgań w układzie Hartleya:

– amplitudy:

m

L

g

G

L

L =2

1

– fazy:

CLL

2

0

21

1

ω=+


Generatory LCGenerator Hartleya – zasilanie szeregowe (WE)

Składowa stała IC płynie przez cewkę obwodu rezonansowego.

Połączenie obwodu rezonansowego z bazą tranzystora oddzielone jest przez Cb sprzęgającą.

Na Cb po wytworzeniu się drgań pojawia się dodatkowe napięcie przesuwające stopniowo pkt. pracy tranzystora do pracy w klasie AB, B lub C.

Stała czasowa rozładowania Cb powinna być duża w porównaniu z okresem drgań generatora.

Częstotliwość generowanych drgań równa jest częstotliwości obwodu rezonansowego.

15


Generatory LCGenerator Hartleya – zasilanie równoległe (WE)

Składowa stała IC płynie przez dławik w.cz. a nie płynie przez obwód rezonansowy (obwód równoległy).Obwód rezonansowy zapewnia 1800 przesunięcia fazowego (WE-kolejne 1800) – spełniony warunek fazy. Częstotliwość generowanych drgań równa jest częstotliwości obwodu rezonansowego.

Sposób zasilania stosowany szczególnie w generatorach mocy, ponieważ przez dławik nie płynie prąd w.cz. i zapewnione jest dzięki temu dobre dopasowanie źródła zasilającego.

W układzie również występują małe straty mocy w obwodzie zasilania.

Wada: trudność wykonania dławika tak by nie posiadałwłasnych rezonansów.


Generatory LCGenerator Hartleya – zasilanie od strony emitera (WB)

Składowa stała IC płynie przez obwód rezonansowy. Sygnałz obw.rezon. przez SZ (Ce) nie jest przesunięty w fazie –WB nie zmienia fazy zatem mamy +SZ.

Częstotliwość generowanych drgań równa jest częstotliwości obwodu rezonansowego.

Układ stosowany w generatorach małej mocy.

16


Generatory LCGenerator Hartleya

Przestrajanie (zmiana generowanej f) może być realizowane przez zmianę L lub C(częściej stosowane).

Aby uzyskać dużą stałość częstotliwości (ograniczyć wpływ temperatury) należy stosować obwód rezonansowy o dużej Q.


Generatory LCGenerator Colpittsa – zasilanie równoległe (WE)

Składowa stała IC płynie przez dławik w.cz. i nie płynie przez obwód rezonansowy. Obwód rezonansowy zapewnia 1800 przesunięcia fazowego (WE-kolejne 1800) – spełniony warunek fazy. Częstotliwość generowanych drgań równa jest częstotliwości obwodu rezonansowego.

Sposób zasilania stosowany szczególnie w generatorach mocy, ponieważ przez dławik nie płynie prąd w.cz. i zapewnione jest dzięki temu dobre dopasowanie źródła zasilającego.

W układzie również występują małe straty mocy w obwodzie zasilania.

Wada: trudność wykonania dławika tak by nie posiadałwłasnych rezonansów.

17


Generatory LCGenerator Colpittsa – zasilanie od strony emitera (WB)

Układ stosowany w generatorach małej mocy.


Generatory LCGenerator Colpittsa

Przestrajanie (zmiana generowanej f) może być realizowane przez zmianę L lub jednoczesną zmianę C przy zachowaniu ich stałego stosunku.

18


Generatory LCGenerator Meissnera

Sprzężenie obwodu rezonansowego poprzez transformator

Model liniowy z rozcięta pętlą SZ

Rozcięcie pętli pozwala na określenie wzmocnienia kuβu. Zakładając częstotliwość graniczną tranzystora dużo większa od częstotliwości generacji można przyjąć, że ywej tranzystora ma ch-er rzeczywisty.Obwód LC dla częstotliwości rezonansowej:

można zastąpić konduktancją dynamiczną G0

Q – dobroć układu

LCf

π2

10 =

Q

CG 0

0

ω=



Wypadkowa konduktancja obwodu dla częstotliwości rezonansowej f0

LR GpgpGG 2

211

2

10 ++=

Ponieważ OE odwraca fazę o 1800, to dla spełnieni warunku fazy, dodatkowe przesunięcie o 1800

musi zapewnić transformator (przy odpowiednim połączeniu w obwodzie bazy).

Warunek amplitudy

( ) ( ) ( ) 112211

21

00 =−

++−

= pGpgpg

gk

Lds

m

uuωβω

Z tego warunku wyznaczamy przekładnię transformatora.

19


Generatory LCGenerator Meissnera – zasilanie szeregowe (WE)

Obwód rezonansowy musi dać przesunięcie 1800

realizowane jest to poprzez nawinięcie uzwojeń trafo. w przeciwnym kierunku.

Cb zapewnia mała impedancję w obwodzie sterującym dla przebiegów w.cz. (zwiera RB1, RB2), ponadto jest elementem automatycznej polaryzacji bazy.

Gdy narasta amplituda drgań naCb stopniowo narasta ujemne napięcie (ładowanie impulsamiIB). Dzięki temu generator wzbudza się miękko (klasa A) a w miarę narastania amplitudy drgań jego punkt pracy przesuwa się do klasy AB, B lub C.

W tym sposobie pracy układ wykazuje własności stabilizujące amplitudę generowanego przebiegu.


Generatory LCGenerator Meissnera – zasilanie równoległe (WE)

Cb1 spełnia podobna role jak C przy zasilaniu szeregowym.Cb2 sprzęga obwód rezonansowy z kolektorem tranzystora.

20



Przestrajanie (zmiana generowanej f) może być realizowane przez zmianę Cw obwodzie rezonansowym.


Generatory LCGenerator Clappa – odmiana Colpittsa

Indukcyjność zastępcza:

32

1

CLLZ ω

−=

W układzie tym C1, C2, L mogą być znacznie większe niżodpowiedniki w układzie Colpittsa.

Istotna zaleta przy projektowaniu generatorów o dużych częstotliwościach, wówczas wartości C1, C2, L potrzebne do zapewnienia wymaganej częstotliwości drgań stają sięporównywalne z pojemnościami i indukcyjnościami pasożytniczymi układu.

silnie rośnie wraz ze wzrostem f, dzięki temu w układzie zwiększa się stałość częstotliwości generowanych drgań.

21


Generatory kwarcoweRezonator kwarcowy

Przetwornik elektromechaniczny składający się z wibratora kwarcowego i obudowy chroniącej go przed wpływami zewnętrznymi.

Element kwarcowy wycięty z monokryształu kwarcu, najczęściej w postaci prostokątnych lub okrągłych, płaskich lub soczewkowatych płytek. Na element kwarcowy napyla się elektrody z cienkich warstw metalicznych (złoto, srebro, aluminium).

Jeżeli od elektrod przyłożone zostanie napięcie zmienne (sinus) to w elemencie piezoelektrycznym (kwarc) wytworzy się zmienne pole elektryczne. W wyniku zjawiska piezoelektrycznego wibrator zaczyna drgać, co prowadzi do pojawienia się na jego powierzchni zmiennych ładunków elektrycznych (płynie prąd).

Rezonator zachowuje się jak obwód rezonansowy o dużej dobroci. Współczynnik temperaturowy częstotliwości rezonansowej jest bardzo mały. Osiągalna stałość częstotliwości duża: ±(10-6 – 10-10).


Generatory kwarcoweRezonator kwarcowy – model zastępczy

L, R i C odpowiadają parametrom mechanicznym kwarcu, (L – masa kwarcu, R – opornośćmechaniczna, C – sprężystość płytki kwarcu),C0 – pojemność statyczna elektrod i przewodów doprowadzających.

Przykładowe parametry rezonatorów

22


Generatory kwarcoweRezonator kwarcowy – rezonanse

Dobroć rezonatora (duża bo duży stosunek L do C):

C

L

RQ

1=

Impedancja rezonatora:

0

2

0

2 1

LCCCC

LCjZK ω

ωω −+

−⋅=

W układzie rezonatora mogą występować dwa rodzaje rezonansu:

⇒ szeregowy (ZK = 0)

LCfS π2

1=

⇒ równoległy (ZK = ∞)

00

112

1

C

Cf

C

C

LCf SR +=+=

π

fS zależy tylko od parametrów kwarcu natomiast fR również od C0 związanej z pojemnościami montażowymi. W związku z tym rezonans równoległy jest mniej stabilny.


Generatory kwarcoweRezonator kwarcowy – rezonanse

Pomiędzy fs a fr reaktancja rezonatora ma ch-er indukcyjny a więc może on pracować jako element indukcyjny w typowym układzie Colpittsa.

Dzięki dużej dobroci rezonatora (stroma ch-ka fazowa w około fr) uzyskuje się dużą stabilność f generowanego sygnału.

23


Generatory kwarcoweRezonator kwarcowy – strojenie

Często pojawia się konieczność dostrojenia kwarcu w niewielkim zakresie. W tym celu do kwarcu szeregowo dopina się dodatkowy CS o wartości dużo większej od C.

Wypadkowa impedancja tego połączenia: ( )0

2

0

0

2

01'

LCCCC

CCLCCCC

CjZ SS

S

K ωω

ω −++−++

⋅=

uwzględniając, że C<<C0 + CS:

( )

++=

S

SS CC

Cff

021'

względna zmiana częstotliwości:

( )SCC

C

f

f

+=∆

02

Dodatkowa CS nie zmienia fR (zero mianownika ZK nie zależy od CS). Przy CS dążącym do 0,fS można zwiększyć prawie do fR.


Generatory kwarcoweGenerator Colpittsa – Pierce’a

Generator pracuje w rezonansie równoległym (obwód rezonansowy zapewnia przesunięcie fazy 1800).

Od zastępczej pojemności dzielnika C1, C2

zależy generowana częstotliwość (obwód rezonansowy X, C1, C2 ). Od stosunku C1/C2 zależy wartość współczynnika SZ i spełnienie warunku amplitudy.

24


Generatory kwarcoweRodzaje rezonansów

-E

+E

R1

R2

R3

UWY

X

-E

+E

R1 R2

R3

UWY

X

Układ w rezonansie szeregowym Układ w rezonansie równoległym

X w pętli +SZ (nie zmienia fazy) X w pętli -SZ (zmienia fazę o 1800)


Generatory kwarcoweGenerator sygnału prostokątnego

25


Generatory kwarcoweGenerator drgań o f ponadpodstawowej

Wytworzenie kwarcu na f większą niż 30 MHz jest trudne. Większe f można wytwarzać synchronizując generator LC rezonatorem o mniejszej f w pętli fazowej PLL, lub pobudzić kwarc do drgań na wyższej harmonicznej.

Rezonator jest włączony w obwód +SZ (rezonans szeregowy). Główny obwód rezonansowy LC (o mniejszej dobroci) dostrojony musi być do fs lub jej harmonicznej. Umożliwia to generowanie stabilnych częstotliwościowo sygnałów o f ≥ fs.


Generatory RC

Generatory RC stosuje się do pracy w zakresie małych częstotliwości (kilka Hz do kilkuset Hz). W tym zakresie f w generatorach LC wartości L i C stają się zbyt duże (nie nadają się do miniaturyzacji) a dobroć obwodu rezonansowego maleje.

Generator RC można zrealizować zastępując obwód rezonansowy LC biernym filtrem pasmowoprzepustowym RC. Stosowane są struktury selektywne (mostek Wiena, podwójne T, bocznikowane T, itp.) oraz przesuwniki fazowe RC.

W porównaniu z generatorami LC mają gorszą stałość częstotliwości [±(10-2 – 10-3)], jednakże generują sygnał o bardzo małych zniekształceniach i umożliwiają przestrajanie f w zakresie 1:10 na jednym podzakresie.

Generatory RC powszechnie stosowane są jako generatory serwisowe i laboratoryjne.

26


Generatory RCMostek Wiena

434214444 34444 21−+

+−

+−==

ββ

ωωωβ

21

1222 31 RR

R

RCjCR

RCj

U

U

we

wy

Mostek jest idealnie zrównoważony, gdy moduł transmitancji β osiąga minimum. Wówczas:

RC

10 =ω 2

1

2 =R

R

3

1=+β3

10 =∆

=f

fQ



Przy ω0 transmitancja β wynosi 0. Aby zatem zostały spełnione warunki generacji należałoby zastosować wzmacniacz o Ku→∞. W ω0 następuje również przeskok przesunięcia fazowego pomiędzy π/2 a -π/2.

Oznacza to, że przy pełnym zrównoważeniu nie jest możliwe zbudowanie generatora. Koniecznie staje się zatem rozrównoważenie mostka

ωω

ωω 0

0

−=v - odstrojenie,

- współczynnik rozstrojenia mostka dla ω0 ,121

2 <<−=R

Rε

27



Przy niezrównoważonym mostku możemy zapisać:

jv+=+

3

1β

εβ

+=−

3

1

f0 generatora zależy od elementów RC

R1 R2 decydują o spełnieniu warunku generacji oraz ustalają amplitudę generowanego sygnału



+

+

−=

+−

+=−= −+

νε

εν

εν

εε

βββ11

1

93

1

3

1

j

j

jv

zakładając ν << 3 (dla ω=ω0, ν=0) w zakresie ε<<3 otrzymujemy:

−=

−≈ενβ

ενεβ jj 11

9 0

Wówczas dobroćmostka wynosi:

00

0

9

112

2 βεεωω ==−=Q

28



Z warunku amplitudy ku(ω0) β (ω0) ≥1 otrzymujemy:

( )0

9

ωε

uk≥

Fazy transmitancji β + i β - są zgodne. Przy ε ≥ 0 mostek nie odwraca fazy i warunek fazy jest spełniony dla ω0 niezależnie od stopnia niezrównoważenia mostka.

R1 R2 pracują zwykle w gałęzi automatycznej regulacji wzmocnienia (ARW) generatora.


Generatory RCMostek Wiena – ARW

Układ ARW zrealizowany jako podwajacz napięcia niesymetryczny z JFET linearyzowanym.

JFET spełniający rolę regulowanej elektrycznie rezystancji pracuje w obszarze liniowym (triodowym), w którym zastosowano linearyzację ch-yk wyj przy pomocy –SZ (R2).

⇒ napięcie na C2 jest ujemne i bezpośrednio steruje bramkę JFET-a,⇒ gdy amplituda UWY rośnie to rośnie ujemne napięcie na C2 ,⇒ rośnie ujemne napięcie na bramce JFET,⇒ rośnie rezystancja statyczna JFET rDS,⇒ rośnie –SZ,⇒ maleje amplituda napięcia wyjściowego.

29

Generatory funkcyjne



Wrocław 2009


Rodzaje przerzutników


Wstęp

Generatorem funkcyjnym nazywamy układ, wytwarzający kilka wzajemnie zsynchronizowanych przebiegów o różnych kształtach ale tej samejf.

Generatory wytwarzają na ogół przebiegi trójkątne, prostokątne i sinusoidalne, dostępne z oddzielnych wyjść.

Do budowy używa się WO i komparatorów.

30




Sposoby generacji




Generator funkcyjny

Wskutek +SZ wy. komparatora i we. filtru, układ generuje sin, z którego na komparatorze kształtowany jest jest prostokąt. Z prostokąta kształtowany jest trójkąt w układzie integratora.Wtórnik separuje wy. prostokąta od wej. filtra.f regulowana jest potencjometrem R1.

2132

1

CCRRf

pπ=

31

31

RR

RRRp +

=

31




Generator funkcyjnyUkład scalony

R, Cokreślają f. Konstrukcja sprowadza się do odtworzenia noty aplikacyjnej.Na wej A0 i A1 ustalany jest cyfrowo rodzaj przebiegu (1,X – sin; 0,0 – prostokąt; 0,1 – trójkąt).P – regulacja f (od 0,2 Hz do 20 MHz).Uwyp-p= 2V

politechnika wrocławska instytut telekomunikacji...

Documents