Електронски генератори

Генератори су електронски уређаји који претварају енергију извора једносмерне струје у енергију наизменичне струје (електромагнетне осцилације) са различитим облицима потребне фреквенције и снаге.

Електронски генератори који се користе у радио-дифузији, медицини, радару, део су аналогно-дигиталних претварача, микропроцесорских система итд.

Ниједан електронски систем није потпун без унутрашњих или екстерних генератора који одређују темпо његовог рада. Основни захтеви за генераторе — стабилност фреквенције вибрација и могућност уклањања сигнала са њих за даљу употребу.

Класификација електронских генератора:

1) према облику излазних сигнала:

— синусоидни сигнали;

— правоугаони сигнали (мултивибратори);

— линеарно променљиви напонски сигнали (ЦЛАИ) или се још називају и генератори напона са зубима;

— сигнали посебног облика.

2) од фреквенције генерисаних осцилација (условно):

— ниске фреквенције (до 100 кХз);

— високе фреквенције (изнад 100 кХз).

3) методом ексцитације:

— са независним (спољним) узбуђењем;

— са самоузбудом (аутогенератори).

Аутогенератор — самопобуђени генератор, без спољашњег утицаја, претварајући енергију извора енергије у континуирану вибрацију, на пример, у вибрационо коло.

Слика 1 — Блок шема генератора

Електронска генераторска кола (слика 1) су изграђена по истим шемама као и појачала, само генератори немају извор улазног сигнала, он је замењен позитивним повратним сигналом (ПИЦ). Подсећамо да је повратна спрега пренос дела излазног сигнала на улазно коло. Тражени таласни облик је обезбеђен структуром повратне спреге. Да би се подесила фреквенција осциловања, ОС кола су изграђена на ЛЦ или РЦ колима (фреквенција одређује време пуњења кондензатора).

Сигнал који се генерише у ПИЦ колу се примењује на улаз појачала, појачава се фактором К и шаље на излаз. У овом случају, део сигнала са излаза се враћа на улаз кроз ПИЦ коло, где се пригушује фактором К, што ће омогућити одржавање константне амплитуде излазног сигнала генератора.

Осцилатори са независном спољашњом побудом (селективни појачавачи) су појачавачи снаге одговарајућег парцијалног опсега чији је улаз електрични сигнал из осцилатора. Ове. појачава се само одређени фреквентни опсег.

РЦ генератори

За креирање нискофреквентних генератора обично се користе операциони појачавачи, као што је ПИЦ коло, уграђују се РЦ кола која обезбеђују дату фреквенцију ф0 синусних осцилација.

РЦ кола су фреквентни филтери—уређаји који пропуштају сигнале у одређеном фреквентном опсегу и не пролазе у погрешном опсегу.У овом случају, преко повратне спреге, појачало се враћа назад на улаз појачавача, што значи да се појачава само одређена фреквенција или фреквентни опсег.

На слици 2 приказани су главни типови фреквентних филтера и њихов фреквентни одзив (АФЦ). Фреквенцијски одзив приказује пропусни опсег филтера као функцију фреквенције.

Слика 2 — Врсте фреквентних филтера и њихов фреквентни одзив

Врсте филтера:

— нископропусни филтери (ЛПФ);

— високопропусни филтери (ХПФ);

— појасни филтери (БПФ);

— филтери за блокирање фреквенције (ФСФ).

Филтери се одликују граничном фреквенцијом фц изнад или испод које долази до оштрог слабљења сигнала.Филтери за пропуштање и одбијање такође карактерише ИФП (РФП нон-пасс) пропусни опсег.

На слици 3 приказан је дијаграм синусоидног генератора. Потребно појачање се поставља помоћу ООС кола отпорника Р1, Р2. У овом случају, ПИЦ коло је пропусни филтер. Резонантна фреквенција ф0 је одређена формулом: ф0 = 1 / (2πРЦ)

За стабилизацију фреквенције генерисаних осцилација, кварцни резонатори се користе као коло за подешавање фреквенције. Кварцни резонатор је танка минерална плоча постављена у кварцни држач. Као што знате, кварц има пиезоелектрични ефекат, што омогућава да се користи као систем еквивалентан електричном осцилујућем колу и који поседује резонантна својства. Резонантне фреквенције кварцних плоча се крећу од неколико килохерца до хиљада МХз са нестабилношћу фреквенције обично реда 10-8 и ниже.

Слика 3 — Дијаграм РЦ синусног генератора

Мултивибратори су електронски генератори квадратни таласни сигнали.

Мултивибратор у већини случајева обавља функцију главног осцилатора који генерише улазне импулсе окидача за наредне чворове и блокове у импулсном или дигиталном акционом систему.

Слика 4 приказује дијаграм симетричног мултивибратора заснованог на ИОУ. Симетрично — време пулса правоугаоног импулса је једнако времену паузе тпаусе = тпаусе.

ИОУ је покривен позитивном повратном спрегом — коло Р1, Р2 које делује подједнако на свим фреквенцијама. Напон на улазу без скретања је константан и зависи од отпора отпорника Р1, Р2. Улазни напон мултивибратора се генерише помоћу ООС-а кроз РЦ коло.

Слика 4 — Шема симетричног мултивибратора

Ниво излазног напона се мења од + Усат до -Ус и обрнуто.

Ако је излазни напон Уоут = + Усат, кондензатор се пуни и напон Уц који делује на инвертујући улаз расте експоненцијално (слика 5).

Са једнакошћу Ун = Уц, доћи ће до нагле промене излазног напона Уоут = -Ус, што ће довести до прекомерног пуњења кондензатора. Када се постигне једнакост -Ун = -Уц, стање Уоут ће се поново променити. Процес се понавља.

Слика 5 — Временски дијаграми за рад мултивибратора

Промена временске константе РЦ кола доводи до промене време пуњења и пражњења кондензатора, а отуда и фреквенција осциловања мултивибратора. Поред тога, фреквенција зависи од параметара ПИЦ-а и одређена је формулом: ф = 1 / Т = 1 / 2т и = 1 / [2 лн (1 + 2 Р1 / Р2)]

Ако је потребно добити асиметричне правоугаоне осцилације за т и = тп, користе се асиметрични мултивибратори, у којима се кондензатор допуњава у различитим колима са различитим временским константама.

Један вибратор (мултивибратори на чекању) су дизајнирани да формирају правоугаони импулс напона потребног трајања када су изложени кратком окидачком импулсу на улазу. Моновибратори се често називају електронским временским релејима.

Има још тога у техничкој литератури. назив једног ударца је мултивибратор који чека.

Моновибратор има једно дуготрајно стабилно стање, равнотежу у којој се налази пре него што се примени импулс окидача. Друго могуће стање је привремено стабилно. Унивибратор улази у ово стање под дејством импулса окидача и може бити у њему ограничено време тв, након чега се аутоматски враћа у почетно стање.

Главни захтеви за уређаје са једним ударцем су стабилност трајања излазног импулса и стабилност његовог почетног стања.

Генератори линеарног напона (ЦЛАИ) формирају периодичне сигнале који се линеарно разликују (пиласти импулси).

Зупчасти импулси се карактеришу трајањем радног хода тп, трајањем повратног хода до и амплитудом Ум (слика 6, б).

За стварање линеарне зависности напона од времена најчешће се користи пуњење (или пражњење) кондензатора са константном струјом. Најједноставнија шема ГЛИНЕ је приказана на слици 6, а.

Када је транзистор ВТ затворен, кондензатор Ц2 се пуни напајањем Уп преко отпорника Р2. У овом случају, напон у кондензатору и самим тим на излазу расте линеарно.Када позитиван импулс стигне на базу, транзистор се отвара и кондензатор се брзо празни кроз свој мали отпор, што обезбеђује брзо смањење излазног напона на нулу - и обрнуто.

ГЛИНА се користи у уређајима за скенирање зрака у ЦРТ-овима, у аналогно-дигиталним претварачима (АДЦ) и другим уређајима за конверзију.

Слика 6 — а) Најједноставнија шема за формирање линеарно променљивог напона б) Временски дијаграм трионских импулса.