Signaaligeneraattori

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 19. kesäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Signaaligeneraattori  - laite, jonka avulla voit tuottaa ( generoida ) tietyn luonteisen signaalin (sähköinen, akustinen jne.), jolla on tietyt ominaisuudet (muoto, energia tai tilastolliset ominaisuudet jne.). Generaattoreita käytetään laajalti signaalin käsittelyyn, mittauksiin ja muihin sovelluksiin. Koostuu lähteestä (itseherättyvä laite, kuten positiivisen takaisinkytkentäpiirin peittämä vahvistin ) ja ohjaimesta (kuten sähkösuodattimesta ).

Sähköisten värähtelyjen generaattorit

On myös monimutkaisempia signaaligeneraattoreita, kuten television testikuvio .

Useimmat generaattorit ovat DC/AC-muuntimia. Pienitehoiset generaattorit on rakennettu yksitahtivahvistusasteille. Tehokkaammat yksivaiheiset generaattorit on rakennettu push-pull (half-bridge) -vahvistusportaille, joilla on korkeampi hyötysuhde ja jotka mahdollistavat suunnilleen kaksinkertaisen tehon generaattorin rakentamisen samantehoisille transistoreille. Vielä suuremman tehon yksivaiheiset generaattorit on rakennettu nelitahtisen (täyssilta) järjestelmän mukaan, mikä mahdollistaa generaattorin tehon noin kaksinkertaistamisen. Kaksivaiheisissa ja kolmivaiheisissa kaksitahtisissa (puolisilta) ja nelitahtisissa (täyssilta) generaattoreissa on vielä enemmän tehoa.

Harmoniset generaattorit

Harmoninen oskillaattori on positiivinen takaisinkytkentävahvistin ( POS). Termi positiivinen takaisinkytkentä tarkoittaa, että takaisinkytkentäsilmukan vaihesiirto on lähellä , eli takaisinkytkentäsilmukka ei käännä signaalia.

Tarvittavat olosuhteet harmonisten vaimentamattomien värähtelyjen esiintymiselle pienillä siniaaltovärähtelyillä ovat:

  1. silmukan vaihesiirto on 360°,
  2. takaisinkytkentä on resonanssia tai kvasiresonanssia, kuten esimerkiksi Wien-siltaoskillaattorissa, tai vahvistin itse on taajuusselektiivinen (resonanssi).
  3. silmukan vahvistus on täsmälleen 1,
  4. vahvistusasteen toimintapiste on sen lineaarisella tai suunnilleen lineaarisella osuudella.

Selitys 2. ja 3. ehdon tarpeesta: jos silmukan vahvistus on alle 1, värähtelyt vaimentuvat. Jos silmukan vahvistus on suurempi kuin 1, värähtelyt kasvavat fyysiseen rajaan, joten vahvistimen lähtöjännitteen amplitudi ei voi olla suurempi kuin syöttöjännite [4] , sellaisella rajalla sinimuotoisen jännitteen muoto on vääristynyt.

Esimerkki positiivisista takaisinkytkentärakenteista on multivibraattori tai muut relaksaatiooskillaattorit, mutta tällaiset piirit käyttävät taajuus-ei-selektiivisiä takaisinkytkimiä ja vahvistimia, joten niiden synnyttämät värähtelyt ovat kaukana sinimuotoisista.

Historia

Vuonna 1887 Heinrich Hertz keksi ja rakensi Ruhmkorff-kelaan perustuvan sähkömagneettisten aaltojen kipinägeneraattorin .

Vuonna 1913 Alexander Meissner (Saksa) keksi Meissnerin elektronisen oskillaattorin lamppuvaiheessa , jossa oli yhteinen katodi ja värähtelypiiri lähtöpiirissä ( anodi ), jossa muuntajan positiivinen takaisinkytkentä verkkoon. [5]

Vuonna 1914 Edwin Armstrong (USA) patentoi elektronisen oskillaattorin , joka perustuu putkivaiheeseen, jossa on yhteinen katodi ja värähtelypiiri syöttöpiirissä (grid) ja muuntajan positiivinen takaisinkytkentä verkkoon.

Vuonna 1915 amerikkalainen Western Electric Companyn insinööri Ralph Hartley kehitti putkipiirin, joka tunnetaan nimellä Hartley-oskillaattori , joka tunnetaan myös induktiivisena kolmipistepiirinä ("induktiivinen kolmipiste"). Toisin kuin A. Meissnerin kaava, se käyttää automaattimuuntajaa, joka kytkee piirin päälle. Tällaisen generaattorin toimintataajuus on yleensä korkeampi kuin piirin resonanssitaajuus.

Vuonna 1919 Edwin Colpitz keksi Kolpitz- oskillaattorin käyttämällä tyhjiöputkea, joka oli kytketty värähtelevään piiriin kapasitiivisen jännitteenjakajan kautta, jota usein kutsutaan "kapasitiiviseksi kolmipisteeksi".

Vuonna 1932 amerikkalainen Harry Nyquist kehitti vahvistimien stabiiliusteorian , jota voidaan soveltaa myös generaattoreiden stabiilisuuden kuvaamiseen. ( Nyquist-Mihailov vakauskriteeri ).

Myöhemmin keksittiin monia muita elektronisia generaattoreita.

Generaattorien vakaus

Generaattorien stabiilisuus koostuu kahdesta komponentista: vahvistinvaiheen stabiilisuudesta tasavirrassa ja generaattorin stabiilisuudesta vaihtovirrassa.

Meissner-oskillaattorin vaiheanalyysi

Generaattorit "induktiivinen kolmipiste" ja "kapasitiivinen kolmipiste" voidaan rakentaa sekä invertoiville portaille (yhteisellä katodilla, yhteisellä emitterillä) että ei-invertoiville portaille (yhteisellä verkkolla, yhteisellä anodilla, yhteisellä pohjalla, yhteisellä keräimellä).

Yhteinen katodiaste (yhteinen emitteri) siirtää tulosignaalin vaihetta 180°. Muuntaja siirtää vaihetta noin 180 °:lla, kun käämit sisältävät konsonantteja. Silmukan kokonaisvaihesiirto on noin 360°. Vaiheen stabiilisuusmarginaali on suurin ja lähes ± 90°. Siten Meissner-generaattori kuuluu automaattisen ohjauksen (TAU) teorian näkökulmasta lähes ihanteellisiin generaattoreihin. Transistoritekniikassa kaskadi, jossa on yhteinen katodi, vastaa kaskadia, jossa on yhteinen emitteri.

Vaiheanalyysi LC-oskillaattorista, jossa on positiivinen CR-palaute

Kaskadilla, jolla on yhteinen kanta, LC-oskillaattorit ovat korkeataajuisimpia, niitä käytetään lähes kaikkien televisioiden kanavavalitsimissa, VHF-vastaanottimien paikallisoskillaattorissa. Galvaanista eristystä varten positiivisessa takaisinkytkentäpiirissä kollektorista emitteriin on CR-ketju, joka siirtää vaihetta 60 °. Generaattori toimii, mutta ei piirin vapaiden värähtelyjen taajuudella, vaan pakotettujen värähtelyjen taajuudella, tämän vuoksi generaattori lähettää kaksi taajuutta: suuremman pakkovärähtelyn taajuudella ja pienemmän taajuudella piirin vapaista värähtelyistä. Ensimmäisessä iteraatiossa kaksi taajuutta muodostaa neljän: kaksi alkutaajuutta ja kaksi summaerotusta. Toisessa iteraatiossa neljä taajuutta tuottavat vielä suuremman määrän summa-erotaajuuksia. Tämän seurauksena suurella iteraatiomäärällä saadaan kokonainen taajuuksien spektri, joka sekoittuu vastaanottimien tulosignaalin kanssa ja muodostaa vielä suuremman määrän kokonaiserotaajuuksia. Sitten kaikki tämä syötetään signaalinkäsittely-yksikköön. Lisäksi tämän generaattorin vaihestabiilisuusmarginaali on +30°. Piirin shuntingin vähentämiseksi kaskadilla käytetään piirin osittaista sisällyttämistä kapasitiivisen jakajan kautta, mutta tässä tapauksessa esiintyy ylimääräistä vaiheepätasapainoa. Samalla kapasiteetilla ylimääräinen vaiheepätasapaino on 45 °. Kokonaissilmukan vaihesiirto 60°+45°=105° osoittautuu yli 90° ja laite pääsee generaattorialueelta erottelualueelle , sukupolvi katkeaa. Optimaalisesti lasketulla kapasitiivisella jakajalla vaihestabiilisuusmarginaali on alle 30°.

Meissner-generaattori kaskadissa yhteisellä pohjalla, jossa piirin osittainen päällekytkentä ilman vaiheepätasapainoa.

Jos "kapasitiivisessa kolmipisteessä" kaskadissa, jossa on yhteinen kanta positiivisessa takaisinkytkentäpiirissä CR-piirin sijaan, kytketään päälle muuntaja, jonka käämit on kytketty päälle vastakkaiseen suuntaan, niin silmukan vaihesiirto on noin 360 °. Generaattorista tulee melkein täydellinen. Piirin shuntingin vähentämiseksi kaskadilla ja lisävaiheepätasapainon välttämiseksi on tarpeen soveltaa piirin osittaista sisällyttämistä ilman ylimääräistä vaihevääristymää kahden symmetrisen induktorin välioton kautta. Tällainen oskillaattori lähettää yhden taajuuden ja sillä on suurin vaihestabiilisuusmarginaali (± 90°).

Sovellus

Kaukana täydellinen luettelo laitteista, joissa signaaligeneraattoreita käytetään:

Sähkömagneettinen yhteensopivuus

Laitteet, joiden koostumuksessa on signaaligeneraattori, voivat mahdollisesti aiheuttaa sähkömagneettisia häiriöitä muiden elektronisten laitteiden kanssa, joten niiden kehittämisessä ja käytössä on otettava huomioon sähkömagneettisen yhteensopivuuden ongelmat .

Katso myös


Kirjallisuus

Linkit

Muistiinpanot

  1. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Arkistoitu 29. joulukuuta 2009 Wayback Machinessa Kuva 8.1. a ) näytetään Meissner-generaattori , ei Hartley-generaattori
  2. ↑ http://radiomaster.ru/stati/radio/gen.php Arkistokopio päivätty 12. maaliskuuta 2013 Wayback Machinessa Kuva 1.7 RC-transistorioskillaattori. Kuva 1.8 RC-oskillaattori Wien-sillalla.
  3. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Arkistoitu 29. joulukuuta 2009 Wayback Machinessa Kuva 8.9. RC-oskillaattori, jossa on kolmilenktinen vaiheensiirtoketju (a) ja lähtösignaalin oskillogrammi (b)
  4. ↑ jos muuntajaa ei käytetä
  5. ↑ Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . Käyttöpäivä: 14. maaliskuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 22. kesäkuuta 2008.   Radiotekniikka ja radiofysiikka
 Katsella
Toimintaperiaatteen mukaan
Ajanvarauksella
Tyyppi
Kellojen yksityiskohdat ja mekanismit
kuuluisa kello
 Radio
Pääosat
Lajikkeet