generatory - West Pomeranian University of Technologykmg.zut.edu.pl/ftp/elektronika/generatory.pdf · 2007 K.M.Gawrylczyk 2 k: 1,000 1,267 1,586 2,482 3,000 drgania nietłumione Czebyszewa

2007 1K.M.Gawrylczyk

GENERATORY DRGAGENERATORY DRGA

20072K.M.Gawrylczyk

3,0002,4821,5861,2671,000k:

drganianietłumione

Czebyszewa3dB

ButterworthaBesselaz tłumieniemkrytycznym

Rodzaj filtru:

Generator oparty na filtrze aktywnym o zbyt duGenerator oparty na filtrze aktywnym o zbyt du ym ym wzmocnieniuwzmocnieniu

f=1/(2 RC)

wej cie filtru

20073K.M.Gawrylczyk

Uzyskujemy dwoma sposobamiUzyskujemy dwoma sposobami::

Pierwszy polega na utworzeniu takiego wzmacniacza, który dla jednej ci le okre lonej cz stotliwo ci sygnału miałby wzmocnienie równe niesko czono ci - generator ze sprz eniem zwrotnym

Drugi polega na odtłumieniu rzeczywistego obwodu rezonansowego LC elementem o ujemnej rezystancji celem skompensowania rezystancji strat – generator dwójnikowy

Generowanie drgaGenerowanie drga (sinusoidalnych)(sinusoidalnych)

20074K.M.Gawrylczyk

UkUkłład ze sprzad ze sprz eniem zwrotnymeniem zwrotnym

wy1 f wy 1 we

u

wy f u wywy u

ufe f

uu

ew

w

, ,

,1

f f

UU U U

U kk

U U Uk

U U UU

kk

k

β

ββ

= = = +

= + = =−

20075K.M.Gawrylczyk

Gdzie:

k- przesuni cie fazy w układzie wzmacniacza

- przesuni cie fazy w układzie sprz enia

zwrotnego.

Zgodnie z zało eniami pierwszego sposobu generacji drga budujemy wzmacniacz o niesko czonym wzmocnieniu. Wzmacniacz ten spełnia warunek wyst pienia drga , je li ma dodatnie sprz enie zwrotne oraz spełnione dwa warunki:

1. Warunek amplitudowy:

wy uuf

uwe f1

U kk

U k β= =

−

u1 0k β− =

u 0 0f( ) ( ) 1k f fβ⋅ =

Wzmocnienie d y do niesko czono ci, gdy mianownik tego wyra enia d y do zera ,a wi c:

czyli

2. Warunek fazowy

Wzmocnienie wzmacniacza i toru sprz enia zwrotnego mo na przedstawi w postaci zespolonej wykładniczej:

kju u ek k ϕ= j

ffe ϕβ β=

kjj

u u ffe e 1k k ϕϕβ β= ⋅ =

k 0 0( ) ( ) 0 360f f nϕ ϕ+ = ° + ⋅ °

i

Zatem:

20076K.M.Gawrylczyk

JeJe li wzmacniacz odwraca fazli wzmacniacz odwraca faz czyli ma ujemne sprzczyli ma ujemne sprz enie zwrotne enie zwrotne –K, , a chcemy otrzymaa chcemy otrzyma dodatnie, naledodatnie, nale y wy włł czyczy ukukłład ad USZUSZ o wzmocnieniu o wzmocnieniu –hktktóóre rre róówniewnie odwraca fazodwraca faz . .

0)()( >−⋅− Kh

Napi cie U0 mo e bywykorzystywane do synchronizacji generatora. Nie wpływa ono na istotzjawisk zachodz cych w generatorze lecz mo e przesun faz napi cia generowanego U2 .

3 2 1 1( ) ( )u h u h K u h K u= − ⋅ = − ⋅ − ⋅ = ⋅ ⋅

20077K.M.Gawrylczyk

Załó my najpierw, e Ug=0 oraz P ustawiamy na „1”. W ten sposób rozwieramy układ sprz enia zwrotnego, a wiec U1=Ug (z zewn trznego generatora o małej amplitudzie). Wzmacniacz wzmacnia to napi cie oraz odwraca jego faz .

Je eli teraz P ustawimy na „2” to U1=U3 to kształt napi cia U2 nie zmieni si tylko wtedy, gdy przed przeł czeniem napi cia zwrotnego U3 miało tak samamplitud i faz jak napi cie Ug otrzymane z generatora. Otrzymujemy stan synchronizacji z generatorem zewn trznym.

20078K.M.Gawrylczyk

Je eli jednak napi cie U3 miało amplitud A3 mniejsz od A1

(h K<1) to zacznie male równie amplituda wyj ciowa A2 a do całkowitego zaniku na skutek dodatniej p tli sprz enia zwrotnego. Je eli natomiast amplituda A3 jest wi ksza od A1 (h K>1), to zacznie rosn równie A2 , a do stanu nasycenia wzmacniacza.

20079K.M.Gawrylczyk

Generator LCGenerator LCDo budowy generatorów sprz eniowych LC stosuje si obwody

selektywne o du ej dobroci, gdy jej warto decyduje o stromo ci charakterystyki fazowej k(f) + (f), a co za tym idzie i o stało ci cz stotliwo ci całego generatora.

Zakładamy, e cz stotliwo sygnału wemie ci si w zakresie rednich cz stotliwo ci tego wzmacniacza. W takich warunkach Uwyjest przesuni te wzgl dem Uwe o k t zale ny od charakteru obci enia (Z2, Z3)

180o - charakter rzeczywisty

90o - charakter pojemno ciowy

270o - charakter indukcyjny

200710K.M.Gawrylczyk

Poniewa argument dwójnika Z3 oraz dwójnika Z mo e si zawiera w granicach od -90° do +90°, to argument członu f (przesuni cie fazowe sprz enia zwrotnego) mo e si zawiera w granicach od -180° do +180°.

Aby był spełniony warunek fazowy powstawania drga , przesuni cie fazy w USZ dla f0 powinno wynie :

PrzykPrzykłładem adem generatora LCgeneratora LC jest ukjest ukłład z rad z róównolegwnoległłym obwodem ym obwodem rezonansowym (rezonansem prrezonansowym (rezonansem pr ddóów)w)

3 jj( )33f f

2 3

3 3

e e

gdzie: arg( )

ZZZ Z Z

Z

ϕϕ ϕβ β

ϕ

−= = =+

=

Przy cz stotliwo ci f0 impedancja obci aj ca tranzystor ma charakter rzeczywisty (przesuni cie fazowe 180°). Zakładaj c, e impedancja wej ciowa tranzystora jest du o wi ksza od impedancji Z1 i Z2 + Z3 mo na pomin jej wpływ na sprz enie zwrotne . Wówczas schemat obwodu sprz enia zwrotnego wygl da tak:

Transmitancja sprz eniazwrotnego:

2 3Z Z Z= +

3ϕ ϕ ϕ= −

K K( 360 ) l180 18ub (0 0)ϕ ϕ ϕ ϕ+ ° +° °= =−


Generator ColpittsaGenerator Colpittsa

0

1 2

1 2

1

2

fC C

LC C

=π

+

W generatorze Colpittsa zastosowano tranzystor NPN z polaryzacjbazy i ujemnym sprz eniem zwrotnym dla składowej stałej (RE) Rezystory RB i REustalaj punkt pracy tranzystora. Kondensator CE blokuje składow zmienn , a kondensator CB stanowi element sprz gaj cy. Dławik Dł (element separuj cy) zapewnia przepływ składowej stałej pr du kolektora, nie dopuszczaj c do zwarcia sygnału. Jest to wzmacniacz klasy A obj ty dodatnim sprz eniem zwrotnym (L ,C1,C2)

2

1

Ch

C=


Generator Generator ClappaClappa jest modyfikacjjest modyfikacj generatora generatora ColpittsaColpittsa, polegaj, polegaj cc na na zastosowaniu dodatkowo kondensatora strojzastosowaniu dodatkowo kondensatora stroj cego cego C3 popołł czonego szeregowo z czonego szeregowo z cewkcewk L obwodu. Takie rozwiobwodu. Takie rozwi zanie pozwala uzanie pozwala u yy dudu ych wartoych warto ci pojemnoci pojemno ci ci kondensatorkondensatoróów w C1 i i C2 (do 1mF) co znacznie poprawia sta(do 1mF) co znacznie poprawia stałłoo czcz stotliwostotliwo ci ci generatora.generatora.

Układ: a) generatora Colpittsa, b) generatora Clappa.

Generator Generator ClappaClappa


Generator HartleyGenerator Hartley ’’aa

1

2

Lh

L=

Generator Hartley’a zwany te czasem generatorem LC z dzielon indukcyjno ci ma układ taki sam jak w generatorze Colpittsa (elementy o tych samych symbolach pełni t sam rol ). Jednak tutaj cewka L jest rozdzielona na dwie L1oraz L2 (czasem stosuje si po prostu odczep z jednej cewki)

0

1 2

1

2 ( )f

L L C=

π +


Generator MeissneraGenerator Meissnera

0

1

2f

LC=

π

W generatorze Meissnera dodatnie sprz enie zwrotne zrealizowano za pomoctransformatora, zapewniaj cego przesuni cie fazy równe =180° dzi ki odpowiedniemu poł czeniu uzwoje (pokazano kropkami). Kolektor tranzystora jest obci ony równoległym obwodem rezonansowym zło onym z indukcyjno ci L uzwojenia pierwotnego transformatora i kondensatora C. Przy cz stotliwo ci f0 impedancja obci aj ca kolektor ma charakter rzeczywisty i osi ga warto maksymaln . Przesuniecie fazy we wzmacniaczu wynosi k=180° Zapewnia to spełnienie warunku fazowego. Warunek amplitudowy realizuje si przez odpowiednie dobrane przekładni transformatora.

Mh

L=


Podsumowanie:Podsumowanie:ZmianZmian czcz stotliwostotliwo ci drgaci drga generatorgeneratoróów osiw osi ga siga si najnajłłatwiej atwiej

przez zmianprzez zmian pojemnopojemno ci kondensatorci kondensatoróów wchodzw wchodz cych w skcych w skłład obwodad obwodóów w rezonansowych.rezonansowych.

Układ Meisnera Układ Colpittsa Układ Hartley’a


Generator: Collpitsa, Hartley’a, Clappa

PodsumowaniePodsumowanie


Generatory te mo na zbudowa z u yciem dowolnego elementu aktywnego. Funkcj toru wzmacniaj cego zwykle pełni wzmacniacz jedno- lub dwutranzystorowy albo wzmacniacz operacyjny.

Generatory RCGeneratory RC

Na rysunkach przedstawiono schematy najprostszych układów generatora RCzwanych generatorem z przesuwnikiem fazowym RC albo generatorem drabinkowym RC. W obu układach rezystor Rc jest tak dobrany aby byłzachowany amplitudowy warunek generacji drga :

u f 1k β⋅ ≥


0

12

fRC

=π

Du o lepsze parametry cechuj jednak generatory z budowane z mostków RC, zwane równie czwórnikami kratowymi RC . Jest to zwi zane z ich du ym nachyleniem charakterystyki fazowej w otoczeniu punktu równowagi. Przykładem takiego układu jest mostek Wiena .

Mostek zachowuje równowag dla:

2

1

2RR

=gdy:

2 1(2 )R R ε= +

ε

Generatory mostkowe RCGeneratory mostkowe RC

Układ powinien pracowa przy małym odstrojeniu R2=R1(2+ ) . Liczba , czyli miara nie zrównowa enia mostka 0 < < 1 powinna by jak najmniejsza, poniewa zapewnia to bardzo du e nachylenie charakterystyki fazowej. Generator z tak dobranym mostkiem ma charakterystyk fazow o stromo ci odpowiadaj cej obwodowi rezonansowemu o dobroci Q = 0,23k , gdzie: k - wzmocnienie napi ciowe wzmacniacza.


Generatory kwarcoweGeneratory kwarcowe

Generator kwarcowy jest to wzmacniacz operacyjny lub tranzystorowy obj ty selektywnym dodatnim sprz eniem zwrotnym, zapewniaj cym spełnienie warunku fazy oraz szerokopasmowego ujemnego sprz enia zwrotnego, zapewniaj cego spełnienie warunku amplitudowego powstawania drgasinusoidalnych.

Ma on zdecydowanie najlepsze parametry wła ciwo ci dzi ki kwarcowej stabilizacji cz stotliwo ci drga . Du a stromo charakterystyki fazowej toru sprz enia zwrotnego zapewniaj rezonatory kwarcowe.


Generator kwarcowy Generator kwarcowy Pierce'aPierce'a jest odmianjest odmian generatora generatora ColpittsaColpittsa. .

Rezonator kwarcowy wykorzystywany jest jako element indukcyjny.Rezonator kwarcowy wykorzystywany jest jako element indukcyjny.

Generator kwarcowy Generator kwarcowy ColpitsaColpitsa --PiercePierce ’’aa

3)

1) Generator Pierce'a2) Symbol graficzny (a) i schemat zast pczy (b) rezonatora kwarcowego3) Charakterystyki rezonatora kwarcowego.


UkUkłład generatora przebiegad generatora przebiegóów prostokw prostok tnych stabilizowany kwarcem tnych stabilizowany kwarcem zbudowany na bramkach zbudowany na bramkach TTLTTL. Cz. Cz stotliwostotliwo drgadrga jest okrejest okre lana lana poprzez wartopoprzez warto ci ci R i i C . Napi. Napi cie wyjcie wyj ciowe jest prostokciowe jest prostok tne i ma tne i ma poziom odpowiadajpoziom odpowiadaj cy ukcy ukłładom adom TTLTTL. .

Generator kwarcowy na bramkachGenerator kwarcowy na bramkach


Generator relaksacyjnyGenerator relaksacyjny


Multiwibrator astabilnyMultiwibrator astabilny


Multiwibrator Multiwibrator monostabilnymonostabilny


Parametry generatorParametry generator óóww

� Cz stotliwo f0 generowanego przebiegu (wraz ze zmianami temperatury, (wraz ze zmianami temperatury, punktu pracy i innych parametrpunktu pracy i innych parametróów generowana czw generowana cz stotliwostotliwo ulega ulega nieznacznym zmianom woknieznacznym zmianom wokóółł wartowarto ci nominalnej ci nominalnej f0

� Stało cz stotliwo ci generowanego przebiegu jest to stosunek jest to stosunek redniej redniej wartowarto ci odchyci odchyłłki czki cz stotliwostotliwo ci do wartoci do warto ci nominalnej. Wyraci nominalnej. Wyra ana jest ana jest liczbliczb niemianowanniemianowan . Generatory sprz. Generatory sprz eniowe majeniowe maj tym lepsza statym lepsza stałłoo , im , im wiwi ksze jest nachylenie charakterystyki fazowej.ksze jest nachylenie charakterystyki fazowej.

� Współczynnik zawarto ci harmonicznych (podobnie jak we wzmacniaczach).(podobnie jak we wzmacniaczach).

� Zakres i charakter przestrajania generatora ((npnp. . przestrajamieprzestrajamie prpr dem, dem, napinapi ciem lub punktem pracy elementciem lub punktem pracy elementóów aktywnych)w aktywnych)


DziDzi kujkuj za uwagza uwag !!

Documents

generatory - West Pomeranian University of Technologykmg.zut.edu.pl/ftp/elektronika/generatory.pdf · 2007 K.M.Gawrylczyk 2 k: 1,000 1,267 1,586 2,482 3,000 drgania nietłumione Czebyszewa