5 Експлуатаційна частина.

5.1 Експлуатація автогенераторів у різних сферах.

Автогенератори за стосовуються в радіомовленні, медицині, радіолокації, входять до складу аналого-цифрових перетворювачів, мікропроцесорних систем і т.д.

Класифікація автогенераторів:

1) За формою вихідних сигналів:

- Синусоїдальних сигналів;

- Сигналів прямокутної форми (мультивібратори);

- Сигналів лінійно змінної напруги, або їх ще називають генераторами пилкоподібної напруги;

- Сигналів спеціальної форми.

2) за частотою генеруючих коливань (умовно):

- Низької частоти (до 100 кГц);

- Високої частоти (понад 100 кГц).

3) за способом збудження:

- З незалежним (зовнішнім) збудженням;

- З самозбудженням (автогенератори).

Малюнок 5.1. Структурна схема генератора.

Схеми електронних генераторів (мал. 5.1) будуються за тими ж схемами, що й підсилювачі, тільки у генераторів немає джерела вхідного сигналу, його замінює сигнал позитивного зворотного зв'язку (ПЗЗ). Зворотний зв'язок - це передача частини вихідного сигналу у вхідний ланцюг. Необхідна форма сигналу забезпечується структурою ланцюга зворотного зв'язку. Для завдання частоти коливань ланцюга ОС будуються на LC або RC-ланцюгах (частоту визначає час перезарядження конденсатора).

Сигнал, сформований в ланцюзі ПЗЗ, надходить на вхід підсилювача, посилюється в К раз і надходить на вихід. При цьому частина сигналу з виходу повертається на вхід через ланцюг ПЗЗ, де послаблюється в К раз, що дозволять підтримувати постійну амплітуду вихідного сигналу генератора.

Генератори з незалежним зовнішнім збудженням (вибіркові підсилювачі) є підсилювачами потужності з відповідним приватним діапазоном, на вхід яких подається електричний сигнал від автогенератора. Тобто відбувається посилення тільки певної смуги частот.

5.2 Генератори rc-типу:

Для створення генераторів низької частоти зазвичай використовують операційні підсилювачі, як ланцюга ПЗЗ встановлюють RC-ланцюга для забезпечення заданої частоти f0 синусоїдальних коливань.

RC-ланцюга являють собою частотні фільтри - пристрої, що пропускають сигнали в певному діапазоні частот і не пропускає поза цим діапазоном. При цьому по ланцюгу зворотного зв'язку на вхід підсилювача повертається, а значить і посилюється тільки певна частота або смуга частот.

На (мал. 5.2) показані основні типи частотних фільтрів і їх амплітудно-частотна характеристика (АЧХ). АЧХ показує пропускну здатність фільтра в залежності від частоти.

Мал. 5.2.Типи частотних фільтрів і їх амплітудно-частотна характеристика.

На (мал. 5.3) наведена схема синусоїдального генератора. Необхідний коефіцієнт посилення задається за допомогою ланцюга ПЗЗ на резисторах R1, R2.Для забезпечення зсуву по фазі рівного 0, ланцюг ПЗЗ підключений між виходом і його не інвертуючим входом. При цьому ланцюг ПЗЗ являє собою смуговий фільтр. Частота резонансу f 0 визначається за формулою:

f0 = 1 /(2πRC).

Для стабілізації частоти генерованих коливань в якості найпоширеного ланцюга, використовують кварцові резонатори. Кварцовий резонатор являє собою тонку пластину мінералу, встановлену в кварцотримач. Як відомо, кварц володіє п'єзоефектом, що дозволяє використовувати його як систему, еквівалентну електричному коливального контуру і володіє резонансними властивостями. Резонансна частота кварцових пластин лежить в межах від декількох одиниць кілогерц до тисяч МГц з нестабільністю частоти, зазвичай близько 10-8 і нижче.

Малюнок 5.3. Схема RC-генератора синусоїдальних сигналів.

Мультивібратори - це електронні генератори сигналів прямокутної форми.

Мультивібратор в переважній більшості випадків виконує функцію задавання генератора, що формує і запускає вхідні імпульси для подальших вузлів і блоків у системі імпульсного або цифрового руху.

На (мал. 5.4) наведена схема симетричного мультивібратора . Симетричний - час імпульсу прямокутного імпульсу дорівнює часу паузи tімп = tпаузи.

Мультивібратор охоплений позитивним зворотним зв'язком - ланцюг R1, R2, діючої однаково на всіх частотах. Напруга на не інвертуємому вході постійна і залежить від опору резисторів R1, R2.

Малюнок 5.4. Схема симетричного мультивібратора.

Рівень напруги на виході змінюється з + Uнас на -Uнас і назад.

Якщо напруга виходу Uвих = + Uнас конденсатор заряджається і напруга Uс, чинне на інвертується вході зростає за експоненціальним законом (мал.4.5).

При рівності Uн = Uс відбудеться стрибкоподібна зміна вихідної напруги

Uвих = -Uнас, що викличе перезаряд конденсатора. При досягненні рівності

-Uн = -Uс знову відбудеться зміна стан Uвих. Процес повторюється.

Малюнок 5.5. Тимчасові діаграми роботи мультивібратора.

Зміна постійної часу RC-ланцюга призводить до зміни часу заряду і розряду конденсатора, а значить і частоти коливань мультивібратора. Крім того, частота залежить від параметрів ПЗЗ і визначається за формулою: f = 1/T = 1/2tи = 1/[2 ln(1+2 R1/R2)].

При необхідності отримати несиметричні прямокутні коливання для tі ≠ tп, використовують несиметричні мультивібратори, в яких перезаряд конденсатора відбувається з різних ланцюжках з різними постійними часу.

Одновібратори (що чекають мультивібратори) призначені для формування прямокутного імпульсу напруги необхідної тривалості при впливі на вході короткого імпульсу, що запускає. Одновібратори часто називають ще електронними реле витримки часу.

Генератори лінійно-змінюються напруг (ГЛЗН) формують періодичні сигнали, що змінюються за лінійним законом (пилковидні імпульси).

Пилкоподібні імпульси характеризуються тривалістю робочого ходу tр, тривалістю зворотного ходу tо і амплітудою Um (мал.. 4.6, б).

Для створення лінійної залежності напруги від часу найчастіше використовують заряд (або розряд) конденсатора постійним струмом. Найпростіша схема ГЛЗН наведена на (мал. 4.6, а).

Коли транзистор VT закритий, ко нденсатор С2 заряджається від джерела живлення Uп через резистор R2. При цьому напруга на конденсаторі, а значить і на виході, лінійно зростає. При вступі на базу позитивного імпульсу транзистор відкривається, і конденсатор швидко розряджається через його малий опір, чим забезпечується швидке зменшення вихідної напруги до нуля - зворотний хід.

ГЛИЗН застосовуються в пристроях розгортки променя в ЕПТ, в аналого-цифрових перетворювачах (АЦП) та інших перетворювальних пристроях.

Малюнок 5.6,а. Найпростіша схема для формування лінійно змінюємої напруги.

Малюнок 5.6,б. Тимчасова діаграма імпульсів пилкоподібної форми.

Висновки.

У висновку звернемо увагу на нові результати, які були сформульовані у вступі і на основний підсумок виконаної роботи.

Було введене узагальнене поняття міцності граничного циклу в автогенераторів з періодичними, але негармонійними коливаннями, в якому беруться до уваги як рівняння зміщення, так і рівняння балансу вищих гармонік.

Проведено дослідження співвідношення вкладів різних джерел шумів в загальний рівень флуктуацій амплітуди і частоти в автогенераторі в різних діапазонах частот і режимах.

Досліджено вплив нелінійних бар'єрних ємн остей переходів біполярних транзисторів на енергетичні та флуктуаційні характеристики автогенераторів.

Основний підсумок полягає в тому, що з результатів проведеного дослідження випливає, що для надійного практичного розрахунку автогенераторів на біполярних транзисторах доцільно використовувати методи полігармонійності. При цьому складність методу не може бути причиною відмови від його застосування, якщо розрахунки цим методом в типових автогенераторах з використанням найбільш повних застосовуваних на практиці моделей біполярних транзисторів займають менше секунди машинного часу. Що має місце при використанні потужних ЕОМ з тактовою частотою процесора 500 МГц.

Використання алгоритмів і програм, дозволяє перейти до розробки комплексних (які включають аналіз, синтез та оптимізацію характеристик автогенераторів) програм автоматизованого проектування малошумлячих автогенераторів широкого класу на основі полігармонійному методів розрахунку режиму і флуктуацій.

Література

1. Електроніка – практичний курс. М.Х. Джонс та ін. Під редакцією Є.В. Євреінова. Москва:Постмаркет, 1999. -464стор.:Іл.

2. Електронні промислові пристрої :Підр. для студ. вузів спец. "Промислова електроніка" В.І. Васильєв, Ю.М. Гусєв, В.Н. Миронов та інш. –М.: Вища школа, 2004.-303стор.:Іл.

3. Титце У.В. и Шенк К.О. Напівпровідникова схемотехніка. В.С. Руденко, В.И. Сенько, В.В. Трифонюк (Бібліотека інженера) К.: Техніка, 2003. - 993cтоp.

4. Токхейм Р. Основи цифрової електроніки :Пер. с англ. -М.: Мир, 2001. - 392стор.Іл.

5. Гутников В.С. Інтегральна електроніка у вимірювальних пристроях. 2-е видання, перероб. та доповн. –Л.:Енергоатомвидат. Ленінгр. Відділ, 1999.-304стор.: Іл.

6. Гершунський Б.С, Довідник з розрахунку електронних схем .-К.: Вища школа , 2000.-242стор: Іл.

7. Зубчук В.І. та інші. Довідник з цифрової схемотехніки /В.І. Зубчук, В.П. Сигорский, А.Н. Шкурко.-К.:Техніка, 2001.-448стр.

8. Волович М. Схемотехніка аналогових та цифрових пристроїв: Пер. с англ.-М.: Енергоатомвидат, Ленінгр. відділ, 2006. 176стр.: Іл.