Разработка функциональной и принципиальной схем генераторов прямоугольных импульсов, синусоидальных колебаний, шума и линейно-изменяющегося напряжения. Расчет трансформатора, усилителя мощности, конденсатора, резистора и надежности радиоэлементов.
Аннотация к работе
Генератор сигналов - это устройство, позволяющее получать сигнал определенной природы (электрический, акустический и т.д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики ит.д.). Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).Их работа основана на принципе самовозбуждения усилителя, охваченного положительной обратной связью (рис.1.1). Коэффициент усиления и коэффициент передачи звена обратной связи приняты комплексными, т.е. учитывается их зависимость от частоты. Первое состоит в обеспечении баланса фаз, которое заключается в том, чтобы фазовые сдвиги, создаваемые усилителем () и звеном обратной связи (), в сумме должны быть кратными : Второе условие, необходимое для возникновения генерации, это условие баланса амплитуд , которое вытекает из общей формулы для усилителя, охваченного положительной обратной связью: При выполнении баланса амплитуд усилитель компенсирует ослабление сигнала, создаваемое звеном обратной связи, и в схеме возникают устойчивые автоколебания.На рис.1.2 показана схема LC-генератора c трансформаторной связью, которая представляет собой усилительный каскад, выполненный по схеме с общим эмиттером. Сигнал обратной связи снимается со вторичной обмотки резонансного контура и через разделительный конденсатор Ср подается на базу транзистора обеспечивая суммарный фазовый сдвиг равный (баланс фаз). Если принять индуктивную связь между первичной (w1) и вторичной (w2) обмотками идеальной, для обеспечения баланса амплитуд необходимо выполнить условие: Где ? - коэффициент усиления по току транзистора, число витков первичной и вторичной обмоток, соответственно. Частота генерируемых колебаний близка к резонансной частоте колебательного контура: На рис.1.3 представлена часто используемая схема генератора Колпитца, выполненная на полевом транзисторе.Существенное уменьшение нестабильности генераторов может быть достигнуто за счет использования кварцевого резонатора, который представляют собой особым образом вырезанную и отшлифованную пластину натурального или искусственного кварца. Кварц - пьезоэлектрик, поэтому упругие колебания кристалла могут быть вызваны приложением электрического поля, а эти колебания, в свою очередь, генерируют напряжение на гранях кристалла. В этом случае кристалл ведет себя как RLC-элемент, эквивалентная схема которого приведена на рис.1.4. В целом кварцевый резонатор ведет себя как резонансный контур с высокой добротностью (около 10000) и высокой стабильностью параметров. Другая схема (рис.1.6) представляет собой аналог генератора Колпитца (рис.1.3), в котором LC - контур заменен кварцевым резонатором.В генераторах этого типа баланс фаз достигается за счет специальной фазосдвигающей RC - цепи, устанавливаемой в цепи обратной связи. Схема простейшего RC-генератора на транзисторе приведена на рис.1.7.Трехзвенная RC-цепь на частоте квазирезонанса обеспечивает сдвиг фазы, равный 1800. Схема с общим эмиттером, на которой собран генератор, изменяет фазу сигнала на выходе по отношению ко входному также на 1800, т.е. суммарный фазовый сдвиг равен , за счет чего выполняется условие баланса фаз. При условии С1=С2=С3=С и R3=R4=RBXVT= R коэффициент передачи трехзвенной RC-цепи равен примерно 1/29, поэтому, если коэффициент усиления транзисторного каскада KU< 29 , в схеме возникают колебания с частотой Наиболее часто для построения RC-генераторов используется мост Вина, который не имеет фазового сдвига на частоте квазирезонанса, а коэффициент передачи на этой частоте равен 1/3.Построить генератор прямоугольных импульсов (ГПИ) с видом характеристики типа "меандр".При построении ГПИ за основу взята схема симметричного мультивибратора, реализованная на интегральном операционном усилителе (ОУ). Принципиальная схема мультивибратора приведена на рисунке 2.2 Период переключений такого мультивибратора определяется постоянной времени t интегрирующей RC-цепи, глубиной положительной обратной связи, входными и выходными сопротивлениями усилителя, его полосой пропускания и коэффициентом усиления.При включении питания напряжение на выходе усилителя вследствие неидеальной балансировки отличается от нуля. Это напряжение (например, положительное) с выхода усилителя через цепь положительной обратной связи (ПОС), образованной резисторами R1 и R2 подается на неинвертирующий вход ОУ, усиливается им, снова подается на вход и т.д., пока усилитель не переключится в состояние насыщения и напряжение на его выходе не станет максимально возможным. После переключения конденсатор начинает заряжаться через сопротивление R, подключенное к выходу ОУ и напряжение на нем начинает возрастать. Как только напряжения сравняются: Uпос = Uc (t), напряжение на выходе мгновенно становится равным нулю, что влечет за собой и равенство нулю напряжения обратной связи Uпос = 0.Параметры элементов схемы, обеспечивающей заданные частоты импульсов на выходе мультиви
План
Оглавление
Введение
1. Генераторы синусоидальных колебаний
1.1 Генераторы синусоидальных колебаний
1.1.1 LC-генераторы
1.1.2 Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты
1.1.3 RC - генераторы
2. Генератор прямоугольных импульсов
2.1 Функциональная схема устройства
2.2 Описание работы схемы
2.3 Расчет схемы
2.4 Принципиальная схема
2.5 Выбор элементов схемы
2.6 Расчет соответствия предельных параметров эксплуатации ОУ выбранному режиму работы схемы
Генератор сигналов - это устройство, позволяющее получать сигнал определенной природы (электрический, акустический и т.д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики ит.д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).
В XXI веке практически любое современное устройство предполагает в себе наличие такого функционального элемента как генератор гармонических или каких-либо других колебаний.
Генераторы электрических сигналов составляют довольно многочисленную группу устройств, входящих в состав медицинских приборов и аппаратов. Прежде всего, это генераторы стимулирующих сигналов для различных типов электрофизиологической аппаратуры, воздействующей на биологические объекты колебаниями различной формы и интенсивности. Кроме того, генераторы используются для обеспечения работы и создания требуемых режимов функционирования различных электронных схем медицинской аппаратуры.