РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
ГЕНЕРАТОРЫ НА МИКРОСХЕМАХ
Генератор с управляемой частотой выходного сигнала. Генератор (рис. 9.12, а) построен на ОУ DA1, в цепь Обе которого включен мост Вина. Резистор R1 этого моста подключен ко входу второго ОУ, который выполняет функции преобразователя ток — напряжение. Ток, протекающий через резистор R1, преобразуется в пропорциональное напряжение, которое меняет сигнал ООС. С помощью преобразователя на ОУ DA2 в генераторе осуществляется стабилизация сигнала по фазе. Наличие этого каскада позволяет менять частоту генератора при изменении сопротивления резистора R1 в широком диапазоне. Зависимости частоты от сопротивления R1 приведены на рис. 9.12, б, в. Изменение сопротивления R1 практически не приводит к появлению искажений в выходном сигнале. Для возбуждения генератора необходимо подбирать сопротивление резистора R2. При этом с увеличением сопротивления резистора R1 необходимо увеличивать сопротивление резистора R2. Генератор гармонического сигнала. Указанные на схеме (рис. 9.13) номиналы элементов формируют на выходе гармонический сигнал с частотой 1 кГц. Для устранения нелинейных искажений выходного сигнала необходимо подбирать резистор R1. Ампли-туда выходного сигнала более 2 В.
Рис. 9.12 Рис. 9.13
Рис. 9.14
Генератор на двух фильтрах. Генератор (рис. 9.14, а) построен на двух фильтрах: ФНЧ — R5, С1 и ОУ DAI и ФВЧ — R6, С2 и ОУ DA2. В общей схеме эти фильтры формируют резонансную ха-оактеоистику с центральной частотой
при
Ky.u1 = R2/R1, Kу.u2=R4/R3
и Ky.u1 = Ky.u2=l. В схеме возникают колебания, если общий коэффициент усиления превышает единицу. При изменении коэффициента усиления ОУ DA1 меняется форма его частотной характеристики и изменяется частота выходного сигнала. В равной степени это относится и ко второму, ОУ. Частоту выходного сигнала генератора можно также менять с помощью регулировки любого элемента фильтров.
Зависимость частоты вы ходного сигнала от параметров схемы проиллюстрирована на графиках рис. 9.14, б.
4. ГЕНЕРАТОРЫ МНОГОФАЗНЫХ СИГНАЛОВ
Трехфазный генератор. Генератор гармонического сигнала (рис. 9.15) построен на ОУ DA1. На выходе ОУ DA1 существует сигнал с амплитудой 3 В и частотой 1 кГц. В цепь ОС генератора включена фазосдвигающая цепь. Через резисторы R3 и R4 протекают гармонические токи, сдвинутые по фазе относительно сигнала на Выходе 1. Поскольку резисторы R3 и R4 подключены ко входам ОУ DA2 и DA3, то выходные сигналы этих усилителей также будут иметь фазовые сдвиги. Сигнал на Выходе 2 будет сдвинут по фазе на 30°, а сигнал на Выходе 3 — на 60°. Для получения сигналов с другой частотой необходимо использовать элементы, рассчитанные по формуле f0 = 1/2пRС 3-2 при R2 = R3 — R4 = R; С1 = С2=СЗ = С, а R1>4/RС2w02 при R1=12R.
Генератор многофазных сигналов. Генератор (рис. 9.16) собран на двух ОУ, которые преобразуют входной однофазный сигнал в два противофазных. Выходные сигналы ОУ поступают на фазосдви-гающую цепочку R4, С1. В т. 1 напряжение будет сдвинуто на угол АДК (эпюра 1, 2). На этой эпюре показаны следующие сигналы: сигнал на резисторе R4 представлен вектором КА, а сигнал на конденсаторе — вектором ВК, результирующий сигнал — вектор ДК. Такое распределение сигналов соответствует частоте 1 кГц. Изменением сопротивления резистора R4 можно поворачивать результирующий вектор на любой угол. Значение этого угла определяется следующим выражением ф=180° — 2 arctg l/wRC.
Выходной сигнал с цепочки R4, С1 подается на последующие фазосдвигающие-цепочки R7, С2; R8, СЗ; R9, С4. Выходные сигналы этих цепочек относительно т. 3 показаны на соответствующих эпюрах: угол КОН=30°, угол КОМ =150°, угол КОС = = 90°. Результирующая эпюра 6 характеризует распределение сигналов относительно друг друга.
Формирователь многофазных гармонических сигналов. На входе формирователя (рис. 9.17) действуют сигналы: 1-sinwt; 2-sin(wt-120°); 5 - sin (wt-240°) На основе этих сигналов с помощью суммирования на вхвде ОУ можно получить дополнительно три гармонических сигнала.
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
и далее производить суммирование различных
Если первый сигнал просуммировать с0,5 sin (wt — 120°), то получим сигнал 5 — 0,866 cos (wt — 120°). Суммирование второго сигнала с 0,5 sin (wt — 240°) дает сигнал 6 — 0,866 cos(cof — 240°). Третий сигнал совместно с 0,5 sinwt формирует сигнал 4 — 0,866 cos wt. Если и далее производить суммирование различных сигналов с соответствующими амплитудами, то можно построить широкую сетку многофазных сигналов. В этой схеме фаза не зависит от частоты входных сигналов. Схема может работать до граничных частот ОУ.
Рис. 9.15 Рис. 9.16
Рис. 9.17
5. ГЕНЕРАТОРЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ АМПЛИТУДОЙ СИГНАЛА
Управляемый генератор. Генератор низкой частоты (рис. §Л8) собран на транзисторе VT2. В нем отсутствуют колебания» если транзистор VT1 закрыт. Коллекторное напряжение закрытого транзистора VT1 открывает диод, через который замыкается ООС. С приходом положительного напряжения на базу транзистора VT1 в его коллекторе будет напряжение, близкое к нулю. Диод закрыт. В генераторе возникают гармонические колебания. Для тех номиналов элементов, которые указаны на схеме, выходной сигнал имеет частоту 1 кГц.
Рис. 9.18
Ждущий генератор. Генератор, собранный на мосте Вина (рис. 919), формирует на выходе сигнал, если на входе присутствует импульс положительной полярности. Входной сигнал с амплитудой 5 В открывает транзистор VT1. Во время действия этого сигнала оба транзистора находятся в линейном режиме В схеме возникают гармонические колебания, частота которых определяется выражением f=1/2 п(R2С2)-2 при C2=C3 и R2 = R4 и может находиться в пределах от 100 Гц до 100 кГц Амплитуда гармонических колебаний находится в прямой зависимости от амплитуды импульса входного сигнала. Если во время действия импульса амплитуда гармонического сигнала возрастает, то следует увеличить глубину ООС регулировкой резистора R7. По окончании действия управляющего импульса транзисторы закрываются и генерация срывается Генератор на фиксированную частоту.
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
1 Гц до 100 кГц
Генератор низкочастотных колебаний (рис. 9 20) в диапазоне от 1 Гц до 100 кГц построен на мосте Вина. Коэффициент гармоник может быть получен меньше 0,5%. Автоматическая регулировка усиления осуществляется терморезистором $3 Частота выходного сигнала определяется емкостями конденсаторов С1 и, С2. f ~ 0,3 С, где f — в килогерцах, С — в пи-кофарадах.
Генератор с диодной стабилизацией амплитуды. Генератор низкочастотных колебаний (рис. 921) построен на ОУ с мостом Вина в цепи ПОС Для стабилизации режима работы генератора в схему включены два диода. Последовательно включенный резистор R6 уменьшает нелинейные искажения. Лучшим способом регулировки
Рис. 9.19
Рис. 9.20 Рис. 9.21
Частоты является замена двух конденсаторов. Амплитуда выходного сигнала не меняется от частоты. Ома постоянна с точностью 0,5 дБ в полосе с коэффициентом перекрытия 105. Частота сигнала определяется по формуле f~0,05 С, где f — в килогерцах, С — в пи-кофарадах.
Регулировка амплитуды с помощью полевого транзистора. В цепь ПОС ОУ (рис. 922) включен мост Еина. Для стабилизации амплитуды выходного сигнала применяется полевой транзистор, который работает в качестве переменного сопротивления. При нулевом напряжении на затворе сопротивление транзистора близко к значению 1/S, при S — крутизна характеристики транзистора. Коэффициент усиления усилителя будет определяться выражением Kyu = SR2. При большом коэффициенте усиления в схеме возникают гармонические колебания Выходной сигнал ОУ детектируется с помощью цепочки VD, R5, R4, СЗ. Положительное напряжение детектора является закрывающим для полевого транзистора, а при закрывании сопротивление полевого транзистора увеличивается. В результате коэффициент усиления ОУ уменьшается и амплитуда генератора будет стабилизироваться на определенном уровне. Частота сигнала определяется формулой f=l/2пR1C1. Схема позволяет получить сигналы с частотой от 1 Гц до 100 кГц.
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
ходим для запуска генератора. Как
Рис. 9.22 Рис. 9.23
Рис. 9.24
Стабилизация амплитуды сигнала с помощью светодиодов. Коэффициент усиления ОУ (рис. 923) устанавливается с помощью резисторов R3 и R4 и равен 3,2. Такой коэффициент усиления необ ходим для запуска генератора. Как только амплитуда гармонического сигнала увеличится до 1,6 В, открываются диоды и возникает цепь дополнительной ООС. Коэффициент усиления падает, и амплитуда гармонического колебания стабилизируется на определенном уровне. Искажения, вносимые схемой стабилизации, не превышают уровня 1%. Амплитуда выходного сигнала регулируется от 2 до 5В. Частота зависит от элементов моста Вина и может принимать значения от единиц герц до сотен килогерц.
Генератор с двухзвенной фазосдвигающей цепью. В генераторе (рис. 9.24,а) стабилизация амплитуды выходного сигнала осуществляется с помощью диодов. Кроме того, потенциометрами R2 и R7 можно регулировать стационарную амплитуду выходного сигнала и тем самым уменьшать нелинейные искажения, связанные с ограничением сигнала. Резистор R2 регулирует коэффициент усиления, а резистор R7 управляет коэффициентом усиления за счет изменения положения рабочей точки.
В генераторе можно менять частоту с изменением номиналов конденсаторов или резисторов. Зависимость частоты выходного сигнала от емкости конденсатора С2 показана на рис. 9.24,6.
6. МНОГОЗВЕННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Генератор с двойным мостом. Генератор (рис. 9.25) построен на двойном Т-образном мосте, включенном в цепь ООС. На частоте режекции моста возникают колебания. На этой частоте эквивалентное сопротивление моста стремится к бесконечности. Частота выходного сигнала определяется по формуле f=l/2пRC при R=R4=R5; С=С1 = С2; R6= =R/2; C3=C/2. Генератор может работать на частотах до 100 кГц. Коэффициент гармоник менее 5%.
Генератор с высокочастотной линией. Фазосдвигающая цепочка генератора (рис. 9.26, а) состоит из нескольких uRC-звеньев.
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
В схеме возникают гармонические колебания,
В схеме возникают гармонические колебания, частота которых зависит от числа и характеристического сопротивления RС-звеньев. Эта зависимость приведена на рис. 9.26,6. Если коэффициент усиления ОУ большой, то форма сигнала имеет нелинейные искажения. С помощью резистора R13 можно изменять коэффициент усиления ОУ и добиться практически гармонической формы выходного сигнала Уменьшение нелинейных искажений сигнала можно получить также изменением рабочей точки ОУ с помощью резистора R16 Совместная подстройка этих потенциометров позволяет уменьшито коэффициент гармоник до 1% Если снимать сигналы с резисторов Rl — R11, то можно получить выходной сигнал с фиксированным фазовым сдвигом от 0 до я с дискретностью п/10.
Рис. 9.25 Рис. 9 26
Генератор с низкочастотной линией. В основу генератора (рис 927, а) положена длинная- фазосдвигаюшая цепь Колебания в схеме возникают за счет большого коэффициента усиления ОУ На выходе ОУ формируется сигнал прямоугольной формы По мере продвижения сигнала по RC цепям форма его меняется Если на конденсаторе С1 он имеет форму, трапеции, в последующих цепях треугольную, то на оконечных — гармоническую форму Высшие спектральные составляющие прямоугольного сигнала отфильтровы ваются Степень ослабления этих гармонических составляющих зависит от количества RC звеньев На выходе схемы присутствует гармонический сигнал, амплитуда которого практически не меняется при изменении емкости конденсатора С1, определяющего частоту сигнала (см график рис 9 27, б)
Управляемый генератор на интегральной микросхеме К226УС4Б. Фазосдвигающая цепочка генератора (рис 9 28) состоит из конденсаторов С4 и С5 и сопротивлений полевых транзисторов VT1 и VT2 Частота генерации Определяется выражением w = (U0 — U3 )/RTCU0, где Rr — сопротивление полевого транзистора при напряжении на затворе, равном нулю, U0 — напряжение отсечки полевого транзистора; U3 — управляющее напряжение в затворе.
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Эта формула справедлива при условии,
Эта формула справедлива при условии, что характеристики полевых транзисторов близки друг другу. Для уменьшения нелинейных искажений генерируемых колебаний применяется ОС, осуществляемая через резисторы R3 — R6, которая выравнивает зависимость сопротивления полевого транзистора от напряжения в затворе Кроме того в схему введена еще одна цепь ООС, влияющая на форму колебаний. Эта связь выполнена на терморезисторе R8.
Рис. 9.27
Рис. 9.28 Рис. 9.29
С помощью полевых транзисторов можно перестраивать частоту генератора почти в 100 раз. Однако на краях диапазона наблюдается значительное искажение формы колебаний.
Двухтактный генератор. Генератор (рис. 9 29) собран по двухтактной схеме В коллекторы транзисторов включен колебательный контур. При заданной индуктивности частота выходного сигнала может меняться дискретно подключением конденсаторов. Резистор R1 позволяет точно настраиваться на фиксированные частоты Обратная связь осуществляется через резисторы R2 и R3. Амплитуду выходного сигнала можно регулировать с помощью резистора R8 Для установки частоты генератора с помощью С1, С2 можно пользоваться данными, приведенными в табл. 9.1.
Таблица 9.1
|
f, Гц |
700 |
900 |
1100 |
1300 |
1500 |
1700 |
|
С1, нФ |
60 |
60 |
60 |
4,5 |
2,25 |
1,5 |
|
С2, нФ |
200 |
160 |
110 |
70 |
50 |
40 |