Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Генератор электромагнитных колебаний. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Генератор электромагнитных колебаний

Генератор электромагнитных колебаний представляет собой один из примеров автоколебательных систем.

 

Получение незатухающих колебаний в контуре.

 

Если конденсатор колебательного контура заряжен, то в кон­туре возникают затухающие колебания. Электрическая энергия переходит во внутреннюю энергию:.

 

Пополнять энергию колебательного контура можно, подзаря­жая конденсатор. Для этого контур подключают к источнику то­ка. Контур подключается к источнику тока только в те интерва­лы времени, когда пластина конденсатора, присоединенная к по­ложительному полюсу источника, заряжена положительно.

Если источник постоянного тока будет все время подключен к контуру, то в энергия поступает в контур, а следующую 

возвращается в источник, т. е. колебания затухают.

Частота колебаний, возникающих в контуре, определяется его параметрами (индуктивностью и емкостью), а амплитуда колебаний – напряжением на источнике (его эдс).

Незатухающие колебания установятся в том случае, если контур будет подключаться к источнику только в первую полови­ну периода. Для выполнения такого условия ключ должен замы­кать и размыкать цепь с частотой, соответствующей частоте электромагнитных колебаний контура. Однако механический ключ инертен.

Безынерционным ключом является транзистор. Транзистор обеспечивает поступление энергии к колебательному контуру, если напряжение на электронном переходе меняется синфазно с напряжением на контуре.

Генератор высокочастотных колебаний на транзисторе

 

Первая четверть периода.  По­ложительно заряженная пласти­на конденсатора, соединенная с коллектором, разряжается. Ток в колебательном контуре возрас­тает до максимального значе­ния. В катушке связи возникает индукционный ток такого направ­ления, что база имеет отрицательный потенциал относительно эмиттера. Переходы база — коллектор и эмиттер — база пря­мые. Транзистор открыт. Энергия от источника поступает через транзистор в колебательный контур (ключ замкнут).

Вторая четверть периода. Ток в контуре убывает. Верхняя пластина заряжается отрицательно. В катушке связи ток меняет направление. На базе положи­тельный потенциал. Переход коллектор—база обратный. Тока в цепи нет (ключ разомкнут).

Третья четверть периода. Конденсатор разряжается. Ток рас­тет до максимального значения, направлен от нижней пластины к верхней. В катушке связи ток направлен так, что база получает положительный потенциал. Переход база — коллектор обратный. Тока в цепи нет (ключ разомкнут).

Четвертая четверть периода. Ток в контуре, не меняя направления, убывает. Верхняя пластина заряжается положительно.

В катушке связи ток меняется по направлению. Заряд на ба­зе отрицательный. Переходы база — коллектор и эмиттер — ба­за прямые. Энергия поступает от источника в колебательный контур (ключ замкнут).

Таким образом, происходят незатухающие электромагнитные колебания за счет поступления энергии от источника в колеба­тельный контур в течение 1/2 

Т.

Генератор незатухающих колебаний блок схема — Bitbucket

———————————————————
>>> СКАЧАТЬ ФАЙЛ <<<
———————————————————
Проверено, вирусов нет!
———————————————————

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Изучение генератора незатухающих колебаний, принципа его работы, применения. Тогда на экране появится схема генератора: и вопрос: что нужно. Иллюстрация для изучения устройства и принципа работы генератора незатухающих электрических колебаний. Блок схема генератора. гармонических незатухающих колебаний являются . Чтобы получить незатухающие колебания, энергию в контуре необходимо. Простейшая схема такого генератора с терапевтическим. обратной связью. Рис. 1. Блок-схема усилителя с обратной связью. ям, т.е. является генератором незатухающих колебаний. Действительно, на входе. Генераторы незатухающих электрических колебаний представляют собой устройства. Блок-схема генератора электрических колебаний вх ос. U. U =. 208 приведена типовая блок-схема радиопередатчика.

тракт высокочастотных незатухающих колебаний и тракт управляющих ( модулирующих) колебаний. задающий генератор,; буферный каскад,; умножитель частоты. питания в незатухающие колебания, например, колебательный контур. Схемы электронных генераторов (рисунок 1) строятся по тем же схемам, что и. Для задания частоты колебаний цепи ОС строятся на LC или RC-цепях. для последующих узлов и блоков в системе импульсного или цифрового. Генераторы ВЧ. Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный. В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания. Все оказалось. Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на. Упрощенная схема генератора на транзисторе показана на рисунке 4.24. Рис. 3. Схема лампового генератора с автоматическим смещением сетки. Возникновение в контуре незатухающих колебаний можно рассматривать как результат. последовательности реакций, сцеплены в блоки (опероны). Возникновение в колебат.
цепи незатухающих колебаний можно рассматривать как. Простейшая схема лампового генератора с индуктивной. Простейшая схема RC-генератора синусоидальных колебаний на. 37а будут существовать незатухающие колебания с частотой f=1/2pRC.Однако. Блок-схема простейшего функционального генератора приведена на рис. 38. 36 показана блок-схема генератора. Блок-схема электронного генератора. Баланс амплитуд означает, что незатухающие колебания в замкнутом. БЛОК – СХЕМА автоколебательной системы. ГЕНЕРАТОР НЕЗАТУХАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ. В колебательном контуре. Генераторы низкой частоты (ГНЧ) используют для получения незатухающих периодических колебаний. экономичных индикаторов состояния (включено /выключено) узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, в частности. Звуковой генератор – это генератор электромагнитных колебаний в звуковом диапазоне от. Структурная схема генератора представлена на рисунке 1. Возникновение в колебательной цепи незатухающих колебаний можно. построения конечного инструмента из относительно независимых блоков.
Блок схема генератора. гармонических незатухающих колебаний являются : Тема: Модуляция и детектирование электромагнитных колебаний. блока: блок питания, генератор незатухающих колебаний высокой частоты. Электропитание схемы генератора осуществляется от источника постоянного. Рассмотрим схемы генераторов синусоидальных колебаний. Усилитель увеличивает входное напряжение блока A. При этом возникает дополнительный сдвиг. и постоянной амплитудой, то есть незатухающие колебания;.

Генератор электрических колебаний высокой частоты (Курсовая работа)

Введение

Для передачи сигналов электросвязи необходимо иметь генератор электрических колебаний высокой частоты- устройство, преобразующее энергию источника постоянного напряжения в энергию колебаний. Существуют генераторы с внешним возбуждением, в которых незатухающие колебания получают от внешнего источника, и генераторы с самовозбуждением (автогенераторы), для которых внешний источник не нужен. Колебания, получаемые в автогенераторах, называют автоколебаниями. Эти колебания могут быть гармоническими (синусоидальными) или релаксационными (несинусоидальными). Автогенераторы применяют не только в передающей, но и в приемной аппаратуре: в преобразователях частоты, демодуляторах и т.д. Независимо от назначения автогенераторов, они должны удовлетворять следующим общим требованиям: иметь достаточно высокое постоянство (стабильность) частоты колебаний и выходной мощности, а также возможно близкую с синусоидальной форму выходного напряжения. Для выполнения этих требований в схемах автогенераторов применяют ряд специальных мер.

1. Принципы работы автогенератора

1.1 Структурная схема автогенератора

В простейшем случае высокочастотные колебания можно получать с помощью обычного колебательного контура. Предположим, что контур получил от постоянного источника некоторый первоначальный запас энергии. При этом в нем возникают свободные (собственные) затухающие колебания. Чтобы сделать их незатухающими, необходимо все время пополнять запас энергии в контуре, поскольку часть её процессе колебаний необратимо преобразовать в тепло.

Реализовать источник энергии, необходимый для получения незатухающих колебаний в контуре, можно с помощью устройства рис. №1

Рис.№1. Структурная схема LC-автогенератора

Схема содержит усилительный элемент 1 (электронную лампу или транзистор), нагрузкой которого является колебательная система 2, например, колебательный контур с сосредоточенными параметрами. Часть напряжения с контура через цепь обратной связи 3 поступает на вход усилительного элемента. Устройство получает питание от источника напряжения 4.

Напряжение свободных колебаний, поступающих через элемент 3 на вход элемента 1, усиливается им и вновь подается на колебательную систему. Это напряжение должно быть после усиления достаточным для компенсации потерь в контуре.

Кроме этого, цепь обратной связи должна вызывать такой сдвиг фазы колебаний, поступающих на вход элемента 1, при котором контур будет своевременно, т.е. в такт со свободными колебаниями в нем, получать энергию. При одновременном выполнении указанных условий данное устройство создает (генерирует) незатухающие колебания, т.е. представляет собой автогенератор.

1.2 Процесс самовозбуждения

В момент включения источника питания во всех цепях генератора проходят кратковременные импульсы токов. Так как одиночный импульс образует сплошной спектр колебаний, частота одного из них обязательно совпадает с собственной частотой колебательной системы генератора. Это колебание возбудит колебательную систему, и по цепи обратной связи на управляющий электрод усилительного элемента поступит напряжение данной частоты. Под действием этого напряжения выходной ток усилительного элемента станет изменяться с той же частотой. Переменная составляющая тока, проходя через колебательную систему, будет усиливать возникшие в ней колебания. Амплитуда колебаний будет нарастать до тех пор, пока энергия, поступающая в колебательную систему, станет равной энергии потерь, после чего схема переходит в стационарный режим, характеризующийся постоянной или стационарной амплитудой колебаний.

Если контуру сообщить некоторый первоначальный запас энергии, в нем возникают затухающие колебания. При подключении к контуру нагрузки, имеющий активное сопротивление, скорость затухания колебаний увеличивается, что свидетельствует об увеличении потерь в нем. Следовательно, можно считать, что если энергия потребляется от контура, в него как бы вноситься положительное активное сопротивление R+, увеличивающее сопротивление потерь контура Rп. Если же энергия поступает в контур, это эквивалентно уменьшению потерь в контуре, т.е. как бы внесению в него отрицательного активного сопротивления R-.

В колебательную систему автогенератора энергия поступает от усилительного элемента (отрицательное сопротивление) и одновременно потребляется цепью обратной связи и нагрузкой (положительное сопротивление). Следовательно, в колебательную систему вноситься некоторое эквивалентное сопротивление Rэк=R+ – R. Если же знак этого сопротивления положительный (Rэк>0), потери в колебательной системе увеличиваются и колебания быстро затухают; если знак отрицательный (Rэк<0) и кроме этого 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< Rп, происходит частичная компенсация потерь и скорость затухания колебаний уменьшается. При Rэк<0 и 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> Rп энергия, поступающая в колебательную систему, больше энергии потерь, что приводит к непрерывному росту амплитуды колебаний. В стационарном режиме работы автогенератора отрицательное вносимое сопротивление становиться равным (по модулю) сопротивлению потерь колебательной системы. Это означает, что поступающая в неё энергия полностью компенсирует потери, вследствие чего амплитуда автоколебаний становится постоянной.

2. Условия самовозбуждения автогенератора

Определение частотных характеристик энергосистемы при проведении пусконаладочных работ на Белоярской АЭС – Компании

Москва, 25 июл – ИА Neftegaz.RU. Представляем метод определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) энергосистемы путём воздействия на выходной сумматор автоматического регулятора возбуждения (АРВ) сигнала белого шума, содержащего спектр диапазона частот электромеханических колебаний, при различных параметрах настройки АРВ. Данный метод безопасен и может применяться для верификации физических и цифровых моделей энергосистем.

 

Современные быстродействующие системы возбуждения, оснащённые АРВ с каналами стабилизации по отклонениям режимных параметров и их производным, позволяют обеспечить точность поддержания напряжения, высокий уровень статической устойчивости и эффективное демпфирование электромеханических колебаний энергосистемы. Правильная настройка АРВ обеспечивает высокий уровень устойчивости генераторов, работающих в сети, повышает надёжность и живучесть энергосистемы.

 

На сегодняшний день существуют различные методы настройки АРВ, использующие разнообразные подходы: алгебраический критерий устойчивости, методы оптимизации с использованием частотных характеристик, корневые методы. Вне зависимости от метода настройки перед применением на крупных агрегатах её эффективность проверяют на цифроаналоговом физическом комплексе АО «НТЦ ЕЭС», включающем в себя электродинамическую модель энергосистемы. Данное требование закреплено в соответствующих нормативных документах. В процессе проведения испытаний на электродинамической модели параметры АРВ могут остаться без изменения, либо быть скорректированы. Окончательные значения коэффициентов усиления и постоянных времени должны быть установлены на АРВ реального объекта, что является завершающим этапом настройки.

 

Стандартная программа пусконаладочных работ (ПНР) системы регулирования возбуждения предусматривает проверку элементов, дискретных и аналоговых сигналов, измерений, силовой части при работе генератора в автономном режиме, на холостом ходу и под нагрузкой. Проверки осуществляются на трёх различных этапах:

 

  1. Работа при остановленном роторе генератора без подачи силового питания на тиристорный преобразователь;
  2. Работа при вращающемся роторе генератора без связи с энергосистемой;
  3. Работа генератора в энергосистеме.

 

Каждый последующий этап накладывает всё больше ограничений на возможные действия при испытаниях, что обусловлено повышенным риском при осуществлении неправильных операций. В результате получается, что подавляющее большинство проверок осуществляется на первом этапе, существенно меньше – на втором, а на третьем этапе выполняется минимальный объём испытаний. Вышеперечисленные факторы приводят к тому, что возникают трудности при оценке влияния параметров настройки каналов на эффективность демпфирования качаний при типовых воздействиях, допускаемых программой испытаний генератора в сети. Не допускается проведение каких-либо серьёзных воздействий на генератор и прилегающую энергосистему, поэтому и оценка эффективности работы каналов регулятора не всегда представляется возможной. В итоге важнейшая для обеспечения устойчивости энергосистемы часть АРВ остаётся без должного внимания.

 

В данной статье предлагается безопасный метод воздействия на генератор, позволяющий определить АЧХ и ФЧХ энергосистемы при различных настройках каналов АРВ конкретного генератора и оценить влияние параметров настройки на демпфирование электромеханических колебаний на реальном объекте. Рассмотрена возможность использования информации, полученной с помощью данного метода воздействия, для верификации цифровых и физических моделей энергосистем. Показаны результаты проверки данной методики на ТГ5 блока №3 БН-600 Белоярской АЭС.

 


 

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

В крупных энергосистемах электромеханические колебания могут иметь либо локальный, либо системный характер.

 

Локальные колебания затрагивают малую часть энергосистемы. Они могут быть связаны с колебаниями угла ротора одного генератора или одной электростанции по отношению к остальной части энергосистемы. Такие колебания по смыслу аналогичны колебаниям в системе «синхронная машина – шины бесконечной мощности».

 

Локальный характер могут также иметь колебания между роторами нескольких генераторов, электрически близко расположенных друг к другу. Такие колебания называют внутристанционными межмашинными колебаниями. Обычно локальные колебания имеют частоты в диапазоне от 0,7 до 2,0 Гц.

 

Колебания, имеющие системный характер, вызваны взаимодействием между большими группами генераторов и оказывают влияние на значительную часть энергосистемы. Они включают в себя колебания групп генераторов относительно друг друга, которые расположены в различных частях энергосистемы. Такие колебания называют межсистемными.

 

Характеристики межсистемных колебаний очень сложны и в некоторых отношениях значительно отличаются от характеристик локальных колебаний. В частности, существенное влияние на устойчивость межсистемных колебаний оказывают перетоки мощности по межсистемным связям (электрический режим), состав генерирующего оборудования и оборудования электрической сети, характеристики нагрузок, параметры настройки каналов стабилизации регуляторов возбуждения генераторов, расположенных в определенных узлах энергосистемы, и др. Обычно межсистемные колебания имеют частоты в диапазоне от 0,1 до 0,7 Гц.

 

Исследование межсистемных колебаний на математических моделях требует подробного моделирования всей объединенной энергосистемы. В частности, должны быть точными модели генераторов, систем возбуждения, и такого же уровня подробности необходимо придерживаться при моделировании остальных элементов энергосистемы.

 

Частоты электромеханических колебаний наиболее заметны в режимных параметрах при переходных процессах, возникающих после серьёзных возмущений в энергосистеме. Для крупных генераторов, в соответствии с требованиями, при проверке параметров настройки регуляторов возбуждения на физической модели энергосистемы выполняется моделирование широкого спектра расчетных возмущений по программе испытаний, предварительно согласованной Системным оператором, в нормальной и ремонтных схемах электрической сети, что позволяет оценить эффективность параметров настройки каналов стабилизации регуляторов возбуждения.

 

В процессе ПНР выполнение преднамеренных коротких замыканий в электрической сети для оценки параметров настройки регуляторов возбуждения в части демпфирования электромеханических колебаний является невозможным, т.к. это недопустимо по условиям надежности работы энергосистемы. Одним из возможных и перспективных способов получения информации о колебательных свойствах реального генератора является подача сигнала белого шума со стороны системы возбуждения.

 

ВЫЯВЛЕНИЕ ЧАСТОТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ ПОМОЩИ БЕЛОГО ШУМА

С физической точки зрения, появление колебаний на резонансных частотах объясняется тем, что при возмущении энергосистема получает избыток энергии потенциально на всех возможных частотах, но отклик и рассеивание этой энергии в качестве качаний осуществляется на резонансных частотах. Отклонение от точки равновесия можно создать и другим путём – воздействием на энергосистему со стороны обмотки возбуждения генератора. При работающем контуре регулирования возбуждения на выходной сумматор подаётся сигнал шума, имеющий частотный спектр, указанный на Рис. 1.

 


 

В прилегающей энергосистеме возникают колебания режимных параметров небольшой амплитуды около установившегося режима. Идея заключается в том, что на своих резонансных частотах энергосистема создаст больший отклик и в режимных параметрах будут доминировать и наблюдаться резонансные частоты. При воздействии шума на обмотку возбуждения в течение нескольких минут необходимо осуществлять запись осциллограмм режимных параметров. Применение к осциллограмме частоты или активной мощности преобразования Фурье за время действия шума позволяет получить АЧХ в общем случае с несколькими резонансными пиками. Повторное воздействие шума при других настройках АРВ позволяет получить новую АЧХ. Наложение частотных характеристик на один график и сравнение амплитуд резонансных пиков позволяет судить об эффективности настройки и о влиянии каждого канала на демпфирование колебаний.

 

Определение АЧХ принципиально производится для генератора, работающего в энергосистеме на завершающем и самом ответственном этапе испытаний при ПНР, поэтому необходимо обдуманно подойти к выбору характеристик сигнала шума и рассмотреть все возможные ограничения, накладываемыми теми или иными факторами.

 

Сигнал шума складывается с выходным сигналом АРВ от всех каналов регулирования. Во время проведения эксперимента режим должен оставаться неизменным с колебаниями около исходных установившихся значений режимных параметров, следовательно, математическое ожидание шума должно быть равно нулю для того, чтобы генератор находился в квазистационарном состоянии.

 

Сигнал шума должен иметь спектр с одинаковыми амплитудами в диапазоне частот от 0,1 до 5 Гц. В данном диапазоне находятся практически все возможные резонансные частоты для генераторов, работающих в составе ЕЭС. Первая критическая частота валопровода агрегата накладывает ограничение по верхнему порогу создаваемых частот. Первая критическая частота вала агрегата λв определяется отношением длины вала агрегата Lв к его диаметру Dвв=Lв/Dв), при этом большему значению λвсоответствует меньшая критическая частота. Согласно ранее проведённым исследованиям и общим рекомендациям по проектированию для всех типов турбогенераторов критические значения частот вала лежат в диапазоне от 15 до 45 Гц. Гидрогенераторы в подавляющем большинстве случаев имеют малое соотношение λв, поэтому их критические частоты вала находятся намного выше 15 Гц. Условие ограничения шума по критическим частотам для турбогенераторов является более сильным, поэтому в спектре шума частот выше 15 Гц быть не должно во избежание появления крутильных колебаний на резонансных частотах вала агрегата.

 

Ограничения на величину амплитуды сигнала шума складываются из соображений работы регулятора возбуждения в линейном режиме и достаточной интенсивности воздействия. Выходной сигнал регулятора, сложенный с белым шумом, не должен по амплитуде превышать верхние и нижние ограничения величины напряжения возбуждения. При несоблюдении данного условия ограничения будут вмешиваться в работу и оказывать дополнительное воздействие на выходной сигнал регулятора, что приведёт к тому, что суммарное математическое ожидание шума станет ненулевым, а, следовательно, изменится режим работы генератора. При малой величине амплитуды шума будет оказываться недостаточное влияние на генератор и прилегающую энергосистему, поэтому частотный спектр будет выражен неявно. Исходя из вышеизложенного и с учётом того, что эксперимент определения АЧХ и ФЧХ производится в режимах, близких к номинальной нагрузке генератора, оптимальной величиной амплитуды сигнала шума являются значения от 0,3 до 0,5 е. в.н.

 

ИСПЫТАНИЯ НА ЦАФК АО «НТЦ ЕЭС»

В рамках работы по выбору параметров настройки регуляторов возбуждения АРВ-РЭМ700ТГ-4, 5, 6 блока №3 Белоярской АЭС и проверки их эффективности на физической модели энергосистемы был выполнен эксперимент определения частотных характеристик энергосистемы методом воздействия сигнала шума со стороны регулятора возбуждения турбогенератора ТГ5 Белоярской АЭС. Схема физической модели ОЭС Урала представлена на Рис. 2.

 


 

Результаты этого опыта приведены на Рис. 3 и Рис. 4. На Рис. 3 показаны амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики передаточной функции энергосистемы, где входным сигналом является сигнал шума, подаваемый в выходной сумматор регулятора возбуждения АРВ-РЭМ700, а выходным сигналом – частота напряжения статора генератора. Серым цветом на рисунке показаны частотные характеристики для исходных сигналов, а зеленым цветом – после цифровой обработки.

 


 

Из полученных частотных характеристик энергосистемы и известных передаточных функций каналов регулятора возбуждения была построена область колебательной устойчивости в плоскости коэффициентов усиления каналов стабилизации по частоте напряжения и ее производной, которая приведена на Рис. 4. Также на этом рисунке красным цветом отмечена граница устойчивости, полученная на физической модели по точкам путем изменения коэффициентов усиления системного стабилизатора регулятора возбуждения АРВ-РЭМ700 до возникновения незатухающих колебаний, которые свидетельствуют о нахождении на границе области колебательной устойчивости. Из рисунка видно, что область колебательной устойчивости, построенная аналитически из АЧХ и ФЧХ энергосистемы, совпадает результатом, полученным экспериментально, что свидетельствует об адекватности частотных характеристик, определенных с помощью метода подачи сигнала шума со стороны регулятора возбуждения генератора.

 


 

ИСПЫТАНИЯ НА БЕЛОЯРСКОЙ АЭС

Аналогичные эксперименты были выполнены в процессе ПНР на реальном оборудовании Белоярской АЭС. Для проверки эффективности выбранной настройки в комплексную программу испытаний при работе генератора ТГ5 с выдаваемой активной мощностью 92 МВт и 200 МВт были включены пункты экспериментов по определению АЧХ и ФЧХ при выведенных каналов стабилизации и с параметрами их настройки, рекомендованными АО «НТЦ ЕЭС». Осциллограммы реакции генератора на шум, подаваемый со стороны обмотки возбуждения, представлены на Рис. 5. Как видно из рисунка, до момента времени 79 секунд происходит воздействие шума на обмотку возбуждения, генератор находится в квазистационарном режиме, после 79 секунды подача сигнала шума прекращается, генератор переходит в установившийся режим.

 


 

Результаты экспериментов по определению АЧХ при выдаваемой активной мощности генератора, равной 92 МВт, представлены на Рис. 6. Синим цветом обозначена АЧХ с выведенными каналами стабилизации, а красным цветом – с введенными каналами стабилизации и параметрами настройки, рекомендованными АО «НТЦ ЕЭС».

 


 

Результаты экспериментов по определению АЧХ при выдаваемой активной мощности генератора, равной 200 МВт, показаны на Рис. 7. На рисунке аналогично синим цветом обозначена АЧХ с выведенными каналами стабилизации, красным – с введенными каналами стабилизации и параметрами настройки, рекомендованными АО «НТЦ ЕЭС».

 


 

При нахождении генератора в режиме воздействия шума величиной 0,4 е.в.н. на обмотку возбуждения, отклонения режимных параметров от установившихся значений в худших с точки зрения демпфирования качаний условиях, то есть при всех выведенных каналах стабилизации и при активной мощности 200 МВт, не превышало значений, приведённых в Табл. 1.

 

 

Обобщая информацию, следует заметить, что для других генераторов и в других схемно-режимных ситуациях в энергосистеме могут наблюдаться отклонения параметров генератора, отличающиеся от величин, приведённых в Табл. 1, но путем изменения амплитуды уровня сигнала шума, подаваемого на обмотку возбуждения, можно добиться необходимого изменения величин отклонений параметров генератора.

 

При испытаниях на Белоярской АЭС при величинах отклонений параметров, приведенных в Табл. 1, не происходило срабатывания защит и сигнализации, появления неисправностей, не наблюдалось увеличения уровня вибраций агрегата и прочих нежелательных изменений в работе основного и вспомогательного оборудования электростанции.

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ ДЛЯ ВЕРИФИКАЦИИ ЦИФРОВЫХ И ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

Осциллограммы, полученные при опытах подачи шума со стороны АРВ реального генератора, так же являются очень ценной информацией о колебательных свойствах энергосистемы и могут быть полезны для верификации цифровых и физических моделей, разрабатываемых при исследованиях устойчивости.

 

В качестве примера на Рис. 8 приведено сравнение частотных характеристик ТГ5 Белоярской АЭС в близких между собой режимных условиях для реального генератора (красный цвет) и моделей, подготовленных АО «НТЦ ЕЭС»: физической (зеленый цвет) и цифровой (синий цвет).

 


 

ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ПОДАЧИ ШУМА В ЧАСТИ АНАЛИЗА МЕЖСИСТЕМНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Из приведенных в настоящей статье результатов, полученных для ТГ5 Белоярской АЭС, видно, что в данном случае наблюдается по сути только одна резонансная частота колебаний (порядка 1,5 Гц). Как было отмечено ранее, на межсистемные низкочастотные колебания, которые могут присутствовать в режимных параметрах генератора, влияет существенно больше факторов, чем на локальные колебания более высокой частоты, что требует в таких случаях повышенного внимания к проведению эксперимента и интерпретации результатов при подаче шума со стороны системы возбуждения конкретного генератора. При этом выведение каналов стабилизации на регуляторах возбуждения на части генераторов или на всех генераторах электростанции нецелесообразно, т.к. это в некоторых случаях может приводить к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов с энергосистемой. Необходимо отметить, что при выполнении ПНР, а, следовательно, и эксперимента подачи шума осуществляется в одной (или нескольких) режимных точках работы энергосистемы и может не охватить всей совокупности наиболее тяжелых схемно-режимных ситуаций, которые рассматриваются на цифровых и физических моделях при исследованиях устойчивости.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. Предложена методика, позволяющая определять частотные характеристики энергосистемы путем воздействия сигнала шума на обмотку возбуждения реального генератора.
  2. Показано, что нахождение генератора при воздействии на обмотку возбуждения шума с правильно заданными параметрами является безопасным режимом и не приводит к нарушениям в работе основного и вспомогательного оборудования электростанции.
  3. Благодаря сравнению АЧХ, полученных при различных настройках каналов АРВ, получена возможность увидеть и оценить эффективность работы каждого канала с точки зрения участия в демпфировании электромеханических колебаний на реальном объекте.
  4. Осуществлена проверка предложенной методики на ЦАФК АО «НТЦ ЕЭС» и на турбогенераторе ТГ5 блока №3 БН-600 Белоярской АЭС.
  5. Отмечена ценность получаемой при проведении эксперимента информации о колебательных свойствах энергосистемы, которая может быть полезна при разработке и верификации цифровых и физических моделей энергосистемы, разрабатываемых при исследованиях устойчивости.

 

Белоярская атомная электростанция им. И.В. Курчатова (БАЭС) – российская атомная электрическая станция, расположена в 45 км от Екатеринбурга, вторая промышленная атомная станция в стране (после Сибирской), единственная в России АЭС с разными типами реакторов на одной площадке. Самая старая из действующих ныне атомных электростанций в России.

 

На станции были сооружены четыре энергоблока: два с реакторами на тепловых нейтронах и два с реакторами на быстрых нейтронах. В настоящее время на станции два действующих энергоблока: 3-й энергоблок с реактором БН-600 электрической мощностью 600 МВт – первый в мире энергоблок промышленного масштаба с реактором на быстрых нейтронах, а также 4-й энергоблок БН-800, который является крупнейшим в мире действующим энергоблоком с реактором на быстрых нейтронах.

 


 

КОМКОВ А.Л., управляющий директор ООО «НПП «Русэлпром-Электромаш»

ВИШНЯКОВ А.А., ведущий инженер-программист ОЦСУ ООО «НПП «Русэлпром-Электромаш»

ФИЛИМОНОВ Н. Ю., младший научный сотрудник ОСВ ООО «НПП «Русэлпром-Электромаш»

ЮРГАНОВ А. А., доктор техн. наук, проф. кафедры «Электрические системы и сети» СПбПУ Петра Великого

БИКБАЕВ И. М., ведущий инженер службы РЗА ОО ЭЦ Белоярской АЭС

ПРОХОРОВ К.В., младший научный сотрудник НИО-3 АО «НТЦ ЕЭС»

Тема 18. Электронные генераторы и измерительные приборы

Генераторы LС ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторы Среди генераторных устройств следует различать генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний и генераторы прямоугольных колебаний, или сигналов прямоугольной формы (генераторы импульсов).

Подробнее

Лабораторная работа 1

Лабораторная работа 1 «Исследование работы транзисторного мультивибратора» Цель работы : Произвести расчет транзисторного мультивибратора на биполярных транзисторах» Цели занятия: 1. Развивающая Развитие

Подробнее

Вход Усилитель. Обратная связь

Лекция 5 Тема 5 Обратная связь в усилителях Обратной связью () называют передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. На рисунке 4 показана структурная схема усилителя

Подробнее

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

Электромагнитные колебания

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Электромагнитные колебания Темы кодификатора ЕГЭ: свободные электромагнитные колебания, колебательный контур, вынужденные электромагнитные колебания, резонанс,

Подробнее

11.

2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

11.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ Мультивибраторы применяются для генерирования прямоугольных импульсов в тех случаях, когда нет жестких требований к их длительности и частоте повторения. Мультивибраторы на дискретных

Подробнее

Одновибраторы на дискретных элементах.

11.3. ОДНОВИБРАТОРЫ Одновибраторы используются для получения прямоугольных импульсов напряжения большой длительности (от десятков микросекунд до сотен миллисекунд), в качестве устройств задержки, делителей

Подробнее

-U n. и конденсаторов с ёмкостями С1 С2

Лабораторная работа 8. Мультивибраторы. 1.Цель работы. Изучение принципов работы и исследование характеристик мультивибраторов (генераторов напряжения несинусоидальной формы). 2.Приборы и принадлежности.

Подробнее

1.

1 Усилители мощности (выходные каскады)

Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

5.6. Генераторы синусоидальных колебаний

5.6. Генераторы синусоидальных колебаний 5.6.1. Емкостная трёхточечная схема LC-генератора Принцип работы генераторов синусоидальных колебаний основан на использовании в схемах колебательных контуров или

Подробнее

ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Радиофизический факультет Кафедра радиоэлектроники Отчет по лабораторной работе: ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Выполнили: Проверил:

Подробнее

RC-ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Физический факультет Кафедра общей физики Л а б о р а т о р н ы й п р а к т и к у м п о о б щ е й ф и з и к е (электричество и магнетизм) Лабораторная

Подробнее

Генераторы прямоугольных колебаний

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский Государственный Технический Университет Генераторы прямоугольных колебаний Методические указания к

Подробнее

Глава 5. Дифференциальные усилители

Глава 5. Дифференциальные усилители 5. Дифференциальные усилители Дифференциальный усилитель это симметричный усилитель с двумя входами и двумя выходами, использующийся для усиления разности напряжений

Подробнее

Лекц ия 28 Электромагнитные колебания

Лекц ия 8 Электромагнитные колебания Вопросы. Электромагнитный колебательный контур. Незатухающие колебания. Формула Томсона. Затухающие колебания. Вынужденные колебания в контуре. Резонанс. Добротность

Подробнее

Генераторы прямоугольных импульсов

Генераторы прямоугольных импульсов Болотских Алексей Александрович 10 «А» класс МОУ «СОШ 6 с углубленным изучением отдельных предметов» Научный руководитель: Лавров Алексей Васильевич Изучить теорию и

Подробнее

Генераторы электрических сигналов

Генераторы электрических сигналов Электроника Генератор электрических сигналов устройство, преобразующее энергию источника питания постоянного тока в энергию выходных электрических колебаний заданной частоты

Подробнее

Механические колебания

Механические колебания Гармонические колебания Колебаниями называются процессы (движения или изменения состояния), повторяющиеся во времени вблизи некоторого среднего положения. Положение, вблизи которого

Подробнее

, где I m амплитуда силы тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8. ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: определение зависимости индуктивного и емкостного сопротивлений от частоты, а также определение угла сдвига фаз тока

Подробнее

ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска корины» ОНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ПРОВЕРОЧНЫЕ ТЕТЫ -3 4 Физика (по направлениям)

Подробнее

Лабораторная работа 2-32

Лабораторная работа 2-32 Изучение вынужденных колебаний в последовательном колебательном контуре Лабораторная работа 2-32 Изучение вынужденных колебаний в последовательном колебательном контуре. Цель работы:

Подробнее

15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Их основным параметром является коэффициент сглаживания равный отношению коэффициента пульсаций

Подробнее

ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ.

ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. Электронный усилитель – устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большей мощности на выходе с минимальными искажениями формы. По функциональному

Подробнее

1. Пассивные RC цепи

. Пассивные цепи Введение В задачах рассматриваются вопросы расчета амплитудно-частотных, фазочастотных и переходных характеристик в пассивных – цепях. Для расчета названных характеристик необходимо знать

Подробнее

Лекция 12 ИНВЕРТОРЫ.

План

5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства,

Подробнее

8. Генераторы импульсных сигналов

8. Генераторы импульсных сигналов Импульсными генераторами называются устройства, преобразующие энергию постоянного источника напряжения в энергию электрических импульсов. Наибольшее применение в импульсной

Подробнее

15. Электрические колебания

5. Электрические колебания Вопросы. Дифференциальное уравнение, описывающее свободные колебания заряда конденсатора в колебательном контуре, имеет вид Aq + Bq = 0, где A и B известные положительные постоянные.

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗУЧЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ Цель работы: исследование зависимости напряжения на емкости и тока в колебательном контуре от частоты вынужденных колебаний ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Для

Подробнее

1.

Основные положения теории

. Основные положения теории…. Предварительная подготовка… 6 3. Задание на проведение эксперимента… 6 4. Обработка результатов экспериментов… 5. Вопросы для самопроверки и подготовке к защите работы…

Подробнее

Колебательные контуры

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мордовский Государственный университет им. Н.

Подробнее

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

Лекция 9 Тема 9 Выходные каскады 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

Основы радиолокации — Основные принципы радиолокации

Радиолокаторы с эквивалентной внутренней когерентностью

Антенный
переключатель

Directional
Coupler

Смеситель

Промежу-
точный
усилитель

Магнетронный
генератор

Автоматическое
регулирование
частоты

Стабильный
гетеродин

Фазо-
чувствительный
детектор

Устройство
обработки
сигналов

Модулятор

Смеситель

Когерентный
гетеродин

Synchronizer

Рисунок 1. Структурная схема радиолокаторa с эквивалентной внутренней когерентностью

Антенный
переключатель

Directional
Coupler

Смеситель

Промежу-
точный
усилитель

Магнетронный
генератор

Автоматическое
регулирование
частоты

Стабильный
гетеродин

Фазо-
чувствительный
детектор

Устройство
обработки
сигналов

Модулятор

Смеситель

Когерентный
гетеродин

Synchronizer

Рисунок 1. Структурная схема простейшей радиолокаторa с эквивалентной внутренней когерентностью

Стабильный
гетеродин

Рисунок 1. Структурная схема радиолокаторa с эквивалентной внутренней когерентностью
(интерактивный рисунок)

Радиолокаторы с эквивалентной внутренней когерентностью

Схема радиолокатора с эквивалентной внутренней когерентностью приведена на рисунке 1. Передающего устройство радиолокатора с эквивалентной внутренней когерентностью является самоколебающийся генератор, например, с магнетроном.

Магнетроны являются генераторами с самовозбуждением, поэтому они не способны усиливать колебание постороннего задающего генератора, имеют случайную фазу по отношению к произвольному опорному напряжению. Необходимо запоминать случайную фазу для интервала приема между зондирующими импульсами. Роль устройства, запоминающего только фазу каждого излученного импульса и тем самым осуществляющего эквивалентную когерентность, выполняет специальный генератор - когерентный гетеродин. Колебания когерентного гетеродина фазируются колебаниями магнетрона во время излучения импульса. В интервал приема между импульсами магнетрона когерентный гетеродин переводится в режим незатухающих колебаний с сохранением начальной фазы зондирующего импульса. В этом режиме когерентный гетеродин служит источником опорного напряжения.

Описание блоков на блок-схеме:

Получение незатухающих колебаний в контуре

Пополнять энергию колебательного контура можно, подзаряжая конденсатор. Для этого контур подключают к источнику тока. Контур подключается к источнику тока только в те интервалы времени, когда пластина конденсатора, присоединенная к положительному полюсу источника, заряжена положительно.

Если источник постоянного тока будет все время подключен к контуру, то в первую половину периода Т энергия поступает в контур, а следующую половину Т возвращается в источник, т. е. колебания затухают.

Незатухающие колебания установятся в том случае, если контур будет подключаться к источнику только в первую половину периода. Для выполнения такого условия ключ должен замыкать и размыкать цепь с частотой, соответствующей частоте электромагнитных колебаний контура (формула 7). Однако механический ключ инертен. Безынерционным ключом является транзистор. Транзистор обеспечивает поступление энергии к колебательному контуру, если напряжение на электронном переходе меняется синфазно (в одной фазе) с напряжением на контуре.

Принцип работы генератора электромагнитных колебаний на транзисторе

Рассмотрим принцип работы генератора незатухающих колебаний на транзисторе.

В схеме (рис.7) используется транзистор pn-p типа (лабораторная работа № 11). При подключении источника питания на эмиттер такого транзистора подается обязательно положительный потенциал.

На одном каркасе намотаны несколько катушек индуктивности. Основные – это катушка колебательного контура L и катушка связи – L, подключенная одним концом к базе транзистора. Первое условие работы генератора – достаточно сильная связь между катушкой связи и катушкой контура.

Рис.7

К базе и коллектору транзистора подключен переменный резистор. Поворотом регулировочной ручки этого резистора выбирается рабочая точка на характеристике транзистора. При правильном выборе рабочей точки можно добиться идеальной синусоиды полученного переменного тока.

Второе условие работы генератора – восполнение энергии за один период не может быть меньше потерь энергии. Выполнение этого условия обеспечено самой конструкцией генератора.

Третье условие – выполнение фазовых соотношений. При подключении генератора к источнику питания ток идет через катушку LКК, индуктивное сопротивление XL = LКК будет большое, соответственно напряжение на катушке тоже будет большое. Конденсатор контура СКК включен параллельно катушке, потому он зарядится до максимального напряжения. В колебательном контуре возникнут электрические колебания. Магнитное поле катушки LКК пронизывает катушку связи L и вызывает появление ЭДС в этой катушке. Катушка связи подключена к эмиттеру и базе транзистора, у которого первый pn переход включен в прямом направлении. Если напряжение от катушки связи будет подано так, что на эмиттере будет плюс, а на базе минус, то транзистор откроется, а в противном случае закроется. Таким образом, сам колебательный контур с помощью катушки связи и транзистора может включать и выключать в нужном режиме источник питания. На этом основано пополнение убыли энергии в колебательном контуре.

Такое соотношение между токами в колебательном контуре и знаками ЭДС на катушке связи будет являться третьим условием работы генератора незатухающих колебаний.

Если генератор не заработал, то достаточно на основании третьего условия переключить концы катушки связи.

Таким образом, при выполнении указанных условий работы генератора, в схеме, представленной на рис.7, в течение периода колебаний происходят следующие изменения тока, заряда и напряжения.

Первая четверть периода. Положительно заряженная пластина конденсатора, соединенная с коллектором, разряжается. Ток в колебательном контуре возрастает до максимального значения . В катушке связи возникает индукционный ток такого направления, что база имеет отрицательный потенциал относительно эмиттера. Переходы база – коллектор и эмиттер – база прямые. Транзистор открыт. Энергия от источника поступает через транзистор в колебательный контур (ключ замкнут).

Вторая четверть периода. Ток в контуре убывает. Верхняя пластина заряжается отрицательно. В катушке связи ток меняет направление. На базе положительный потенциал. Переход коллектор – база обратный. Тока в цепи нет (ключ разомкнут).

Третья четверть периода. Конденсатор разряжается. Ток растет до максимального значения, направлен от нижней к верхней пластине. В катушке связи ток направлен так, что база получает положительный потенциал. Переход база – коллектор обратный. Тока в цепи нет (ключ разомкнут).

Четвертая четверть периода. Ток в контуре, не меняя направления, убывает. Верхняя пластина заряжается положительно. В катушке связи ток меняется по направлению. Заряд на базе отрицательный. Переходы база – коллектор и эмиттер – база прямые. Энергия поступает от источника в колебательный контур (ключ замкнут).

Что такое осциллятор? Определение, блок-схема, критерии Баркгаузена, частота осциллятора

Определение : Генератор – это в основном генератор сигналов, который производит синусоидальный или несинусоидальный сигнал определенной частоты. Осцилляторы находят свое разнообразное применение, поскольку они являются основным компонентом любых электрических и электронных схем.

Непрерывные колебания – основа работы генератора. Иногда генератор называют усилителем с положительной обратной связью.Или, более конкретно, усилитель обратной связи с коэффициентом усиления разомкнутого контура, равным или несколько большим чем 1.

Во время определения мы говорим, что генераторы являются генераторами. Но более конкретно, осцилляторы – это преобразователи энергии, которые преобразуют энергию постоянного тока в эквивалентную энергию переменного тока. Частотные диапазоны переменного сигнала на выходе генератора колеблются от нескольких Гц до нескольких ГГц.

Мы уже знаем, что усилителю нужен входной сигнал переменного тока, который усиливается и достигается на выходе усилителя.Однако генератору просто требуется постоянное напряжение, чтобы генерировать переменный сигнал желаемой частоты.

Генератор в основном классифицируется на основе сигнала, генерируемого на его выходе :

  • Синусоидальный или гармонический осциллятор : Здесь достигнутый сигнал на выходе генератора показывает непрерывное синусоидальное изменение как функцию времени.
  • Несинусоидальный или релаксационный осциллятор : в этом случае достигнутый сигнал на выходе осциллятора показывает быстрое повышение и понижение на разных уровнях напряжения.Таким образом генерируются формы волны, такие как прямоугольная волна, пилообразная волна и т. Д.

Блок-схема генератора

Как мы уже говорили ранее, генератор – это не что иное, как комбинация усилителя и цепи положительной обратной связи. На рисунке ниже представлена ​​блок-схема генератора:

Здесь цепь обратной связи – это частотно-избирательная схема. Здесь следует отметить, что колебательный контур, используемый перед схемой усилителя на приведенном выше рисунке, может быть контуром LC-резервуара, цепью R-C или кварцевым кристаллом.

Усилитель в основном изменяет напряжение постоянного тока , подаваемое источником, на напряжение переменного тока . Этот сигнал переменного тока затем передается в контур резервуара через цепь обратной связи. Далее колебания резервуарного контура поступают на усилитель.

Так как усилитель усиливает приложенный вход на своем выводе. Таким образом, на выходе усилителя достигаются усиленные колебания из-за приложенного постоянного напряжения.

Как мы знаем, здесь мы использовали схему положительной обратной связи.Причина этого в том, что обратная связь обеспечивает часть выходного сигнала колебательного контура в правильной фазе, чтобы иметь устойчивые колебания.

А теперь давайте продолжим, чтобы разобраться в деталях работы осциллятора.

Схема работы генератора

В предыдущем разделе мы получили представление об основных принципах работы осциллятора с помощью блок-схемы. Итак, в этом разделе мы узнаем о работе генератора путем анализа схемы.

На рисунке ниже представлена ​​основная схема обратной связи генератора:

Предположим, что V i – это вход, подаваемый на вывод усилителя с коэффициентом усиления A. Также используется цепь обратной связи. Эта сеть обратной связи имеет долю обратной связи β. Выходной сигнал усилителя – V o , а выходной сигнал цепи обратной связи – V f .

Здесь β в основном определяет долю выхода, которая предоставляется в качестве обратной связи на вход.

Первоначально на вывод усилителя с коэффициентом усиления A подается напряжение V и .Итак, на выходе усилителя получаем,

Это напряжение затем подается в цепь обратной связи, которая в основном представляет собой резонансный контур, чтобы иметь максимальную обратную связь на частоте.

Итак, сигнал на выходе усилителя обратной связи имеет вид,

Так как, V f = βV o и V o = AV i

Если усилитель и цепь обратной связи вносят фазовый сдвиг 0 °.Тогда оба сигнала обратной связи, а также входной сигнал будут синфазны друг с другом.

Теперь, когда выход цепи обратной связи подается на усилитель вместе с входом.

Тогда сигнал на выходе усилителя будет иметь вид,

Итак, мы можем написать, коэффициент усиления генератора с обратной связью,

Допустим, мы обеспечиваем только выход цепи обратной связи на входе усилителя и снимаем изначально подаваемый входной сигнал.

После удаления V и петлевое усиление генератора отвечает за устойчивые колебания.

  • Если коэффициент усиления разомкнутого контура меньше единицы, т. Е. Aβ <1 . Затем через некоторое время выход погаснет. Это потому, что здесь AβV i служит входом для усилителя, поэтому оно будет меньше, чем V i , а Aβ будет меньше единицы.

Следовательно, каждый раз после прохождения петли амплитуда сигнала будет уменьшаться.В результате колебания затухнут.

  • Если усиление контура больше единицы, т. Е. Aβ> 1 . Затем это заставляет вывод накапливаться. Таким образом, каждый раз при прохождении петли наблюдается увеличение амплитуды колебаний.
  • Теперь, если коэффициент усиления контура равен единице, т.е. Aβ = 1 . Затем он заставляет V f равняться V i . Таким образом, на выходе сигнал будет иметь непрерывную синусоидальную форму. Таким образом, вход сам обеспечивается схемой и, следовательно, достигается синусоидальный выходной сигнал.

Здесь следует отметить, что изначально коэффициент усиления контура всегда больше 1 для создания колебаний. Но как только сигнал достигает определенного напряжения, коэффициент усиления контура теперь становится 1.

Это связано с нелинейным поведением цепи усилителя обратной связи.

Что такое критерии Баркгаузена?
Критерии

Баркгаузена устанавливают два условия для достижения устойчивых колебаний. Они приведены ниже:

  1. Усиление разомкнутого контура, которое мы недавно обсуждали, должно быть немного больше или равно 1.Это означает, что Aβ ≥ 1.
  2. Общий фазовый сдвиг схемы должен быть 0. Таким образом, входной и выходной сигнал будут синфазны друг с другом.

Эти два условия обеспечат устойчивые колебания на выходе усилителя. Это называется критерием Баркгаузена .

Значение колебательного контура

Колебательный контур образован LC-цепью, RC-цепью или кварцевым кристаллом и т. Д. На рисунке здесь баковая цепь представлена ​​параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора:

В состоянии разомкнутого переключателя работа схемы не будет продолжена.Однако, как только переключатель замыкается, начинается работа схемы.

Когда переключатель замыкается, конденсатор в цепи начинает разряжаться. Из-за разряда заряженного конденсатора электроны начинают двигаться по цепи. Поток электронов генерирует ток в цепи, но в направлении, противоположном движению электронного потока.

Из-за этого протекания тока через катушку индуктивности замечается потокосцепление. В результате это создает магнитное поле около индуктора. Тем самым сохраняя мощность / энергию в индукторе в виде магнитного поля. Эта накопленная в катушке индуктивности энергия генерирует ЭДС.

Из-за генерируемой ЭДС ток снова начнет течь по цепи. Таким образом, заряды будут течь, и конденсатор в конечном итоге станет заряженным и удерживает энергию в форме электростатического поля.

Эта попеременная зарядка и разрядка конденсатора и катушки индуктивности будет производить непрерывных колебаний .

Здесь следует отметить, что схема генерирует затухающие колебания.На рисунке ниже показана форма сигнала в случае затухающих колебаний:

Здесь мы видим, что амплитуда синусоидальных колебаний не равна. Это связано с наличием потерь в катушке индуктивности и конденсаторе.

На рисунке ниже показана форма волны для незатухающих колебаний:

По сути, осциллятор должен обеспечивать такие колебания, но это не совсем так.

Частота цепи генератора

Также называется резонансной частотой.В основном это определяется как частота колебаний. Обычно конкретная частота, на которой изначально установлен генератор, не сохраняется в течение всего цикла колебаний.

Это так, потому что эти резистор, катушка индуктивности и конденсатор изменяются с увеличением температуры цепи.

Следовательно, существует формула для резонансной частоты генератора:

Мы знаем,

и

Для возникновения резонанса

Выражение для резонансной частоты настроенного LC-контура

Преимущества осциллятора

  • Генератор долговечное оборудование .Поскольку он не вращается, и, следовательно, есть вероятность меньшего количества повреждений.
  • Частота колебаний легко регулируется.
  • Частота колебаний стабильна.
  • На шумнее .
  • Это высокоэффективное устройство.

Применение осциллятора

Генераторы

широко используются во многих схемах, например, в схемах амплитудной и частотной модуляции, в супергетеродинных приемниках и т. Д.Они используются для создания тактовых сигналов.

Основы осциллятора

В большинстве измерительных и измерительных систем, испытательных установок, электронного оборудования для поиска и устранения неисправностей и других электронных систем генераторы сигналов являются важными устройствами, которые используются для генерации различных форм волны (или сигналов) с заданной частотой и амплитудой.

Эти сигналы вырабатываются генераторами сигналов, используемыми для возбуждения различных электронных измерительных устройств и схем обработки с целью преобразования различных выходных сигналов преобразователей в полезную информацию.

Возбуждение от генератора сигналов может быть стабильным переменным или постоянным током, а также в некоторых случаях требуется изменять амплитуду, а также частоту возбуждения.

Некоторые формы сигналов, генерируемые генераторами сигналов, включают синусоидальную, прямоугольную, треугольную, квадратную и импульсную. В некоторых приложениях требуется, чтобы эти формы сигналов были на звуковой частоте, а также на радиочастоте.

Таким образом, электронные схемы, которые генерируют такие типы сигналов с определенной величиной и частотой, называются генераторами.Существуют различные типы генераторов, которые могут генерировать выходной сигнал с высокой частотой до гигагерц.

Прежде чем изучать несколько типов генераторов, давайте разберемся с основами, связанными с схемами генераторов.

Что такое осциллятор?

Электронная схема, используемая для генерации выходного сигнала с постоянной амплитудой и постоянной желаемой частотой, называется генератором. Его также называют генератором сигналов, который включает в себя как активные, так и пассивные элементы.

Основная функция генератора – преобразовывать мощность постоянного тока в периодический сигнал или сигнал переменного тока с очень высокой частотой. Генератору не требуется внешний входной сигнал для создания синусоидальных или других повторяющихся сигналов желаемой величины и частоты на выходе и даже без использования каких-либо механических движущихся частей.

В случае усилителей преобразование энергии начинается до тех пор, пока на входе присутствует входной сигнал, т. Е. Усилитель выдает выходной сигнал, частота или форма которого аналогичны входному сигналу, но величина или уровень мощности обычно высоки. .Выходной сигнал будет отсутствовать, если на входе нет входного сигнала.

Напротив, для запуска или поддержания процесса преобразования генератору не требуется входной сигнал, как показано на рисунке. Пока источник постоянного тока подключен к схеме генератора, он продолжает производить выходной сигнал с частотой, определяемой его компонентами.

На рисунке выше показана блок-схема генератора. В схеме генератора используется вакуумная лампа или транзистор для генерации переменного тока.

Выходные колебания производятся компонентами контура резервуара в виде R и C или L и C. Для непрерывной генерации выходного сигнала без требования какого-либо входа от предыдущего каскада используется цепь обратной связи.

Из приведенной выше блок-схемы схема генератора генерирует колебания, которые дополнительно усиливаются усилителем. Сеть обратной связи получает часть выходного сигнала усилителя и подает его на схему генератора с правильной фазой и величиной.

Следовательно, незатухающие электрические колебания возникают из-за непрерывного обеспечения потерь, которые возникают в контуре резервуара.

Теория осцилляторов

Основная идея осциллятора заключается в том, что колебание достигается за счет положительной обратной связи, которая генерирует выходной сигнал без входного сигнала. Кроме того, коэффициент усиления по напряжению усилителя увеличивается с увеличением количества положительной обратной связи.

Чтобы понять эту концепцию, давайте рассмотрим неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления по напряжению «A» и цепь положительной обратной связи с коэффициентом обратной связи β, как показано на рисунке.

Предположим, что на вход подается синусоидальный входной сигнал Vs.Поскольку усилитель не инвертирующий, выходной сигнал Vo синфазен с Vs. Сеть обратной связи подает часть Vo на вход, и количество Vo, возвращаемое обратно, зависит от усиления сети обратной связи β.

Эта цепь обратной связи не вносит фазового сдвига, и, следовательно, напряжение обратной связи или сигнал Vf находятся в фазе с Vs. Обратная связь считается положительной, если фаза сигнала обратной связи совпадает с фазой входного сигнала.

Коэффициент усиления «A» без обратной связи усилителя – это отношение выходного напряжения к входному напряжению, т.е.е.,

A = Vo / Vi

Учитывая влияние обратной связи, соотношение чистого выходного напряжения Vo и входного напряжения Vs называется коэффициентом усиления замкнутого контура Af (усиление с обратной связью).

Af = Vo / Vs

Поскольку обратная связь положительная, вход усилителя генерируется путем добавления Vf к Vs,

Vi = Vs + Vf

Зависит от коэффициента обратной связи β, значения обратной связи напряжение изменяется, т. е.

Vf = β Vo

Подставляя в вышеприведенное уравнение,

Vi = Vs + β Vo

Vs = Vi – β Vo

Тогда коэффициент усиления становится

Af = Vo / (Vi – β Vo)

Разделив числитель и знаменатель на Vi, мы получим

Af = (Vo / Vi) / (1 – β) (Vo / Vi)

Af = A / (1- A β), поскольку A = Vo / Vi

Где Aβ – усиление контура, и если Aβ = 1, то Af становится бесконечным.Из приведенного выше выражения ясно, что даже без внешнего ввода (Vs = 0) схема может генерировать вывод, просто подавая часть вывода в качестве собственного ввода.

А также усиление замкнутого контура увеличивается с увеличением количества положительной обратной связи. Скорость или частота колебаний зависит от усилителя или цепи обратной связи, либо от того и другого.

Критерий Баркгаузена или условия колебания

Цепь будет колебаться при выполнении двух условий, называемых критериями Баркгаузена.Эти два условия:

1. Коэффициент усиления контура должен быть равен единице или больше

2. Сигнал обратной связи, поступающий на вход, должен быть сдвинут по фазе на 360 градусов (что аналогично нулю градусов). В большинстве схем инвертирующий усилитель используется для получения фазового сдвига на 180 градусов, а дополнительный фазовый сдвиг на 180 градусов обеспечивается цепью обратной связи.

Только на одной конкретной частоте настроенная цепь индуктивность-конденсатор (LC-цепь) обеспечивает этот фазовый сдвиг на 180 градусов.

Сообщите нам, как можно достичь этих условий.

Рассмотрим ту же схему, которую мы использовали в теории генераторов. Усилитель представляет собой базовый инвертирующий усилитель, обеспечивающий сдвиг фазы на 180 градусов между входом и выходом.

Входной сигнал, подаваемый на усилитель, получается из выхода Vo цепью обратной связи. Поскольку выход не в фазе с Vi.

Таким образом, цепь обратной связи должна обеспечивать сдвиг фазы на 180 градусов при подаче выходного сигнала на вход.Это не что иное, как обеспечение положительной обратной связи.

Предположим, что на вход усилителя подается фиктивное напряжение Vi, тогда

Vo = A Vi

Величина напряжения обратной связи определяется коэффициентом усиления цепи обратной связи, тогда

Vf = – β Vo

Этот отрицательный знак указывает на сдвиг фазы на 180 градусов.

Подставляя Vo в приведенное выше уравнение, мы получаем

Vf = – A β Vi

В генераторе выход обратной связи должен управлять усилителем, следовательно, Vf должен действовать как Vi.Для достижения этого члена – A β в приведенном выше выражении должно быть равно 1, т.е.

Vf = Vs, когда – A β = 1.

Это условие называется критерием Баркгаузена для колебаний.

Следовательно, A β = -1 + j0. Это означает, что величина A β (модуль A β) равна 1. В дополнение к величине фаза Vs должна быть такой же, как и Vi. Для этого схема обратной связи должна вводить фазовый сдвиг на 180 градусов в дополнение к фазовому сдвигу (180 градусов), вносимому усилителем.

Таким образом, полный фазовый сдвиг вокруг контура составляет 360 градусов. Таким образом, в этих условиях осциллятор может генерировать колебания или генерировать сигнал без подачи какого-либо входного сигнала (поэтому мы считали его фиктивным напряжением).

Важно знать, как на практике генератор начинает колебаться даже без входного сигнала? Генератор начинает генерировать колебания, усиливая всегда присутствующее шумовое напряжение. Это шумовое напряжение является результатом движения свободных электронов под действием комнатной температуры.

Это напряжение шума не является синусоидальным из-за условий насыщения практической схемы. Однако этот носовой сигнал будет синусоидальным, когда значение β близко к единице.

На практике модуль A β изначально делается больше 1, чтобы усилить напряжение небольшого шума. Позже саму схему настраивают, чтобы получить модуль A β, равный единице, и с фазовым сдвигом в 360 градусов.

Природа колебаний

Устойчивые колебания

Устойчивые колебания – это не что иное, как колебания, которые колеблются с постоянной амплитудой и частотой.На основе критерия Баркгаузена устойчивые колебания создаются, когда величина усиления контура или модуль A β равны единице, а общий фазовый сдвиг вокруг контура составляет 0 градусов или 360, обеспечивая положительную обратную связь.

Растущий тип колебаний

Если модуль A β или величина усиления контура больше единицы, а общий фазовый сдвиг вокруг контура равен 0 или 360 градусов, тогда колебания, создаваемые осциллятором, имеют нарастающий тип. На рисунке ниже показан выходной сигнал генератора при увеличении амплитуды колебаний.

Экспоненциально затухающие колебания: если модуль A β или величина усиления контура меньше единицы, а общий фазовый сдвиг вокруг контура равен 0 или 360 градусов, то амплитуда колебаний уменьшается экспоненциально и, наконец, эти колебания прекращаются. .

Классификация генераторов

Генераторы классифицируются на несколько типов в зависимости от различных факторов, таких как характер формы сигнала, диапазон частот, используемые параметры и т. Д.Ниже приводится общая классификация осцилляторов.

В соответствии с сформированной формой волны

В зависимости от формы выходного сигнала генераторы классифицируются как синусоидальные генераторы и несинусоидальные генераторы.

Синусоидальные генераторы

Генераторы этого типа генерируют синусоидальный ток или напряжения.

Несинусоидальные генераторы

Генераторы этого типа генерируют выходной сигнал треугольной, квадратной, прямоугольной, зубчатой ​​или импульсной формы.

В соответствии с компонентами схемы

В зависимости от использования компонентов в схеме генераторы подразделяются на LC, RC и кварцевые генераторы. Генератор, использующий компоненты индуктивности и конденсатора, называется LC-генератором, а генератор, использующий компоненты сопротивления и конденсатора, называется RC-генераторами. Кроме того, кварцевый генератор используется в некоторых генераторах, которые называются кварцевыми генераторами.

В соответствии с генерируемой частотой
Осцилляторы

могут использоваться для генерации сигналов на частотах от низкого до очень высокого уровня.Генераторы низкой частоты или звуковой частоты используются для генерации колебаний в диапазоне от 20 Гц до 100-200 кГц, который является диапазоном звуковых частот.

Высокочастотные или радиочастотные генераторы используются на частотах от 200-300 кГц до гигагерц. Генераторы LC используются в высокочастотном диапазоне, тогда как RC-генераторы используются в диапазоне низких частот.

На основе использования обратной связи

Генераторы, состоящие из цепи обратной связи для удовлетворения требуемых условий колебаний, называются генераторами обратной связи.А генераторы без обратной связи называются генераторами без обратной связи.

Релаксационный генератор UJT является примером генератора без обратной связи, который использует область отрицательного сопротивления характеристик устройства.

Некоторыми из синусоидальных генераторов, относящихся к вышеуказанным категориям, являются:

  • Настроенные схемы или генераторы с LC-обратной связью, такие как Хартли, Колпиттс и Клапп и т. Д.
  • RC-генераторы с фазовым сдвигом, такие как генератор моста Вайна.
  • Генераторы с отрицательным сопротивлением, например, генератор с туннельным диодом.
  • Кварцевые генераторы, такие как генератор Пирса.
  • Гетеродин или генератор частоты биений (BFO).

Стабильность частоты генераторов

В генераторах частота колебаний остается постоянной в течение длительного периода времени. Стабильность частоты – это мера степени достижения желаемой частоты. Замыкание будет выходом на постоянную частоту, если стабильность частоты лучше.

Частота колебаний зависит от различных характеристик схемы, таких как различные компоненты, напряжения питания, паразитные элементы, характеристические параметры активных устройств и т. Д.

Нестабильность частоты или изменения желаемой выходной частоты могут быть вызваны изменениями внешних элементы схемы или по характеристикам устройства. В транзисторных генераторах, таких как генератор Хартли или генераторы Колпитца, частота колебаний нестабильна при длительной работе.

Это связано с тем, что емкость, существующая на переходе база-коллектор в состоянии обратного смещения, преобладает на высоких частотах и, следовательно, влияет на конденсатор в цепи резервуара.

Кроме того, из-за изменения температуры значения компонентов с преобладающей частотой, таких как транзистор, катушка индуктивности, резистор и конденсатор, также изменяются.

Изменение частоты в зависимости от температуры определяется как

S wo T = (Δw / wr) (ΔT / Tr)

Где wr и Tr – желаемая частота и рабочая температура соответственно.Δw и ΔT – изменение частоты и изменение температуры соответственно.

Стабильность частоты может быть задана как

Sw = dθ / dw

Небольшое изменение частоты в желаемой частоте приводит к фазовому сдвигу, который обозначается как dθ. Следовательно, генератор будет более стабильным, если схема дает большее значение dθ / dw.

Стабильность частоты можно улучшить, поместив схему генератора в камеру с постоянной температурой и используя стабилитроны в схеме для поддержания постоянного напряжения.

Эффект нагрузки снижается за счет слабого соединения схемы генератора с нагрузкой или использования схемы с низким выходным сопротивлением и высоким входным сопротивлением.

Стабильность амплитуды осцилляторов

Стабильность амплитуды измеряет величину, на которую фактическая выходная амплитуда отличается от желаемой выходной амплитуды в генераторе. С увеличением коэффициента усиления усилителя изменяется амплитуда сигнала.

Значение усиления также изменяется из-за компонентов схемы генератора и, следовательно, амплитуды.Чтобы поддерживать постоянное усиление, используются различные методы управления усилением, чтобы поддерживать стабильность амплитуды.

Еще одним фактором изменения амплитуды является напряжение питания. Амплитуда формы сигнала изменяется с изменением напряжения питания. Для поддержания хорошей амплитудной стабильности используются регуляторы напряжения.

Факторы, влияющие на стабильность осциллятора

Стабильность осциллятора включает как амплитудную, так и частотную стабильность, которая зависит от различных факторов.Рассматривая вышеупомянутые пункты в указанной форме, мы получаем следующие факторы.

Рабочая точка

В случае транзисторных генераторов, изменения в параметрах устройства или транзистора (которые варьируются в зависимости от работы на нелинейной части) влияют на стабильность генератора. Поскольку транзистор подобран таким образом, чтобы он работал в линейной области своих характеристик.

Компоненты цепи

Значения таких компонентов схемы, как индуктор, конденсатор и резисторы, зависят от температуры.Если значения этих составляющих меняются, будет дрейф частоты колебаний.

Межэлементные емкости

Транзистор состоит из межэлементной емкости, т. Е. Конденсатора между коллектором и эмиттером. Если значение этого конденсатора изменяется, частота колебаний также изменяется, следовательно, стабильность генератора. Этот эффект можно нейтрализовать, разместив заглушающий конденсатор между элементами, вызывающими нарушение.

Источник питания

Изменение напряжения питания постоянного тока влияет на частоту генератора.Этого можно избежать, используя регулируемый источник питания.

Выходная нагрузка

Добротность контура резервуара зависит от выходной нагрузки, и, следовательно, любое изменение нагрузки вызывает изменение частоты колебаний. Для настроенных генераторов стабильность частоты пропорциональна добротности настроенного контура.

Разработка схемы осциллятора – ECS Inc. International

Написано Дэвидом Мини, вице-президентом по глобальным техническим продажам и маркетингу, и Дином Кларком, европейским директором по операциям в ECS Inc.Международный

Что такое осциллятор?

Генератор – это электронная схема, генерирующая повторяющийся сигнал. Этот сигнал может быть во многих формах в зависимости от приложения. Некоторым приложениям требуются базовые часы для поддержания рабочих интервалов для процессов. Другим приложениям требуются часы с очень чистой формой сигнала и высокой стабильностью для обеспечения высококачественной связи и передачи данных.

В аналоговых приложениях, таких как радиопередатчики RF, которые используют супергетеродин для приема и передачи цепочек сигналов, обычно обнаруживают синусоидальные формы выходных сигналов.Синусоидальная волна – это непрерывная волна, которая представляет собой плавное периодическое колебание. При радиочастотной связи выходной сигнал синусоидального генератора обеспечивает приемопередатчику точную опорную частоту с низким уровнем шума.

В цифровой электронике мы видим прямоугольные выходы. Прямоугольные волны – это форма волны, амплитуда которой меняется от минимальной до максимальной с постоянной частотой. Идеальная прямоугольная волна должна иметь минимальный и максимальный периоды при одинаковой продолжительности, и это будет иметь рабочий цикл 50/50%. На практике рабочий цикл может немного отличаться, поэтому более типичными могут быть 45/55% или 60/40%.Прямоугольный выходной сигнал имеет много применений, но широко используется для измерения времени выполнения инструкций в схеме или микропроцессоре.

Генераторы Осцилляторы

могут иметь несколько различных типов резонаторов, связанных с ними. Самый плодовитый и самый эффективный из них – кварц. Вы также можете найти генераторы, которые используют керамические резонаторы, резонаторы на основе ПАВ [1] или МЭМС [2] в качестве отправной точки для рабочей частоты. Они используют механическую вибрацию или настроенные резонаторы для генерации тактового сигнала.В случае генератора на основе кварца состав кварцевого материала и углы среза кристалла делают этот тип генератора очень точным и стабильным в широком диапазоне температур. Процесс изготовления заготовок кристаллов для генераторов занимает много времени и включает множество этапов для обеспечения неизменно высокого качества продукта, но они обеспечивают значительно лучшую стабильность по сравнению с RC-генераторами.

Принцип работы осциллятора

Принцип, лежащий в основе схемы генератора, – это стабильный установившийся выходной сигнал.Один из способов добиться этого – использовать цикл положительной обратной связи. Здесь часть выходного напряжения является обратной связью со входом без общего фазового сдвига, таким образом усиливая выходной сигнал. Затем сигнал усиливается и снова зацикливается, вызывая рост выходного сигнала. Коэффициент усиления в контуре обратной связи необходимо контролировать до единичного усиления, в противном случае сигнал будет обрезаться и искажаться.

Рисунок 1 – Цепь обратной связи осциллятора, показывающая условия колебаний

На рисунке 1 мы видим упрощенный контур генератора обратной связи, показывающий, что базовая схема генератора состоит из каскада усиления и цепи обратной связи, которая действует как фильтр, который определяет, каким должен быть коэффициент усиления контура обратной связи.

Рисунок 2 – Конструкция осциллятора Пирса с использованием процессора с инвертором и резистором обратной связи.

На рис. 2 показана конструкция осциллятора Пирса, обычно используемая в конструкциях цифровых процессоров. В этом типе конструкции кварцевого генератора фильтр состоит из эквивалентной модели кварцевого резонатора и внешних нагрузочных конденсаторов. Точная частота, на которой будет работать генератор, зависит от сдвига фазового угла контура в контуре генератора. Изменения фазового угла приведут к изменению выходной частоты.

Время запуска

Время запуска – это период первого включения осциллятора. В этот период будут нестабильности, пока колебания не стабилизируются. Время запуска обычно измеряется в микросекундах (мкСм), но оно зависит от частоты и контролируется контуром обратной связи. Величина усиления замкнутого контура имеет большое влияние на время запуска. Факторы, которые отрицательно влияют на усиление замкнутого контура, включают низкий уровень возбуждения, более высокие значения емкостной нагрузки кристалла (CL) и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).Низкое усиление может вызвать чрезмерно долгое время запуска, а слишком высокое усиление может привести к полному сбою запуска или перегрузке кристаллической структуры. Идеальное усиление зависит от отрицательного сопротивления схемы генератора, где привод должен преодолеть отрицательное сопротивление для запуска и создать выходной сигнал генератора. Из-за этого частота генератора напрямую влияет на время запуска, поэтому время, необходимое для прохождения цикла, значительно больше для генератора KHz, чем у генератора МГц.Низкий запас по усилению – обычная проблема для генераторов с частотой кГц, поскольку уровни возбуждения на порядок ниже, а ESR кристалла на порядок выше. Чтобы преодолеть эти проблемы, требуется тщательный дизайн, чтобы уровни возбуждения соответствовали подходящим значениям CL и ESR.

Реактивное сопротивление

Импеданс кристалла кварца изменяется настолько резко с изменением приложенной частоты, что все остальные компоненты схемы можно рассматривать как имеющие по существу постоянное реактивное сопротивление.Следовательно, когда кварцевый блок используется в контуре обратной связи генератора, частота кварцевого блока будет регулироваться сама так, чтобы оно представляло реактивное сопротивление, удовлетворяющее фазовому усилению контура. Представление реактивного сопротивления в зависимости от частоты кварцевого кристалла показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Кривая зависимости реактивного сопротивления от частоты

Кварцевый блок можно заставить колебаться в любой точке на линии между последовательными и параллельными резонансными точками путем включения реактивных компонентов (см. Рисунок 3, линия, обозначенная емкостной нагрузкой), таких как конденсаторы в контуре обратной связи генератора. схема.Частота, полученная в результате добавления емкости, выше, чем последовательная резонансная частота; ее обычно называют параллельной частотой, однако она меньше фактической параллельной частоты. Поскольку с кварцевым кристаллом связаны две частоты нулевых фаз, существуют схемы генератора двух типов. Эти схемы определяются типом используемого кристалла. Они бывают либо последовательными, либо параллельными резонансными.

Цепь серии

В сбалансированной LC-цепи резонансная частота – это частота, на которой реактивное сопротивление индуктивности и реактивное сопротивление емкости компенсируют друг друга, оставляя только значение сопротивления.На рисунке 4 показан последовательный резонансный контур.

Рисунок 4 – Последовательная резонансная цепь

Параллельный Контур

В схеме параллельного резонансного генератора используется кристалл, который предназначен для работы с определенным значением емкости нагрузки. Это создаст результат, в котором частота кристалла с выше, чем последовательная резонансная частота, но ниже, чем истинная параллельная резонансная частота.Эти схемы не предлагают других маршрутов, кроме как через блок Crystal для завершения цикла обратной связи. В случае отказа блока Crystal, цепь больше не будет продолжать колебаться. Ниже приводится простое описание параллельного резонансного контура.

Рисунок 5 – Параллельный резонансный контур

Регулировка частоты «вытягивания»

Кристалл можно «вытащить» из его последовательной частоты, добавив реактивное сопротивление (емкость) последовательно с кристаллом.При работе в сочетании с внешней емкостью нагрузки (CL) кристалл колеблется в диапазоне частот, немного превышающем его последовательную резонансную частоту. Это параллельная (резонансная) частота. При заказе параллельного кристалла всегда указывайте номинальную параллельную резонансную частоту и указывайте емкость нагрузки цепи в пикофарадах (пФ).

Приблизительное уравнение для пределов вытягивания кристалла:

Пределы ∆f зависят от добротности кристалла и паразитной емкости цепи.Если шунтирующая емкость, подвижная емкость и емкость нагрузки известны, среднее тяговое усилие на пФ можно найти с помощью:

Емкость может быть изменена с помощью варакторного диода, при этом подтягивание может осуществляться электрически для изменения значения емкости. Он используется в VCO, VCXO и VCTCXO для изменения частоты.

Емкость нагрузки

Емкость нагрузки – это емкость внешней цепи, включенной параллельно самому кристаллу.В этом примере мы видим, что режим параллельного резонанса кристаллов всегда выше частоты последовательного резонанса и характеризуется индуктивным реактивным сопротивлением. В режиме параллельных резонансных колебаний индуктивность кристалла (подвижная индуктивность) параллельна емкости нагрузки генератора, тем самым образуя контур LC-резервуара. Этот ЖК определяет частоту генератора.

При указании последовательного резонансного кристалла емкостью нагрузки можно пренебречь, поскольку подвижная индуктивность и подвижная емкость кристалла являются единственными LC-компонентами, которые определяют частоту колебаний.

CL можно определить по формуле:

Например, где CL1 и CL2 – конденсаторы нагрузки, а C S – паразитная емкость цепи, обычно
3 пФ ~ 5 пФ. Следует отметить, что изменение значения емкости нагрузки приведет к изменению выходной частоты генератора.

Если требуется точное регулирование частоты, необходимо точное определение емкости нагрузки. Для демонстрации предположим, что кварцевый блок предназначен для работы на частоте 20 МГц с емкостью 20 пФ.Предположим, что кварцевый блок затем подключается к цепи, которая дает оценку 30 пФ.

Тогда частота кварцевого блока будет ниже указанного значения. Напротив, если рассматриваемая схема дает оценку 10 пФ, частота будет выше указанного значения. Связь между частотой и емкостью нагрузки показана на рисунке 6.

Рисунок 6 – Частота в зависимости от емкости нагрузки

Уровень драйва

Уровень возбуждения – это мощность, рассеиваемая кварцевым блоком во время работы.Мощность является функцией подаваемого тока и обычно выражается в милливаттах (мВт) или микроваттах (мкВт). Кристаллические блоки определены как имеющие определенные максимальные значения уровня возбуждения, которые преобразуются в зависимости от частоты и режима работы. Превышение максимального уровня возбуждения для данного кристалла может привести к нестабильной работе, в том числе к ускоренному старению, а в некоторых случаях – к полному отказу кристалла. Уровень движения можно рассчитать по следующему уравнению:

МОЩНОСТЬ = (I rms 2 * R)

Отрицательное сопротивление

Для оптимальной производительности схема генератора должна быть спроектирована таким образом, чтобы увеличивать отрицательное сопротивление, которое иногда называют допуском колебаний.Определение величины отрицательного сопротивления достигается последовательным включением переменного резистора.

Оценка величины отрицательного сопротивления в каждой цепи выполняется путем временной установки переменного резистора последовательно с кварцевым блоком. Изначально резистор следует установить на минимальное значение, желательно близкое к нулю. Затем запускается генератор, и выходной сигнал отслеживается с помощью осциллографа. Затем переменный резистор регулируется таким образом, чтобы сопротивление увеличивалось при постоянном контроле выхода.При некотором значении сопротивления колебание прекратится. В этот момент измеряется переменный резистор, чтобы определить значение омического сопротивления, при котором колебания прекращаются. К этому значению необходимо добавить максимальное сопротивление кристаллического блока, указанное продавцом. Общее омическое сопротивление считается отрицательным сопротивлением или допуском колебаний.

Для хорошей и надежной работы схемы рекомендуется, чтобы отрицательное сопротивление как минимум в пять раз превышало указанное максимальное эквивалентное значение последовательного сопротивления кварцевого блока.Значения отрицательного сопротивления, превышающие в пять раз максимальное сопротивление кристаллического блока, даже лучше. Поскольку отрицательное сопротивление имеет тенденцию к снижению при повышенной температуре, рекомендуется проводить испытание при наивысшей температуре рабочего диапазона.

Крутизна осциллятора

Другой способ определить, будет ли генератор запускаться стабильно, – это рассмотреть крутизну. Чтобы гарантировать начало колебаний и достижение стабильной фазы, генератор должен обеспечивать достаточный коэффициент усиления, чтобы компенсировать потери в колебательном контуре и обеспечивать энергию для нарастания колебаний.Как обсуждалось в разделе «Запуск», соотношение между усилением генератора и критическим коэффициентом усиления колебательного контура не может просто превышать 1, так как это приведет к слишком длительному времени запуска генератора или даже к полной остановке запуска. Разработчикам следует постараться обеспечить запас по усилению более 5. Эти параметры определяются по формуле: запас по усилению = gm / g mcrit ≥ 5 gm – крутизна генератора, указанная в таблице данных IC.

Для генераторов МГц крутизна находится в диапазоне от нескольких десятков мА / В, в то время как для генератора с частотой кГц крутизна колеблется от нескольких до нескольких десятков мкА / В, в зависимости от продукта.

g mcrit определяется как минимальная крутизна генератора, необходимая для поддержания стабильных колебаний.

Предполагая, что в конструкции используются равные значения CL1 и CL2, и что нагрузка кристалла такая же, как и у кристалла CL, g mcrit выражается следующим образом:

При рассмотрении вопроса о запуске генератора важен выбор параметров кристалла; понижение ESR, частоты, C0 и CL уменьшит g mcrit и, таким образом, максимизирует запас усиления.

Частота и обертонный режим

Частота кварцевого кристалла ограничена физическими размерами вибрирующего кварцевого элемента. В некоторых случаях ограничивающими размерами являются длина и ширина. Самый популярный кристалл – это ограненный кристалл AT. Предельный размер – это толщина вибрирующего кварцевого элемента. По мере уменьшения толщины частота увеличивается. В какой-то момент, обычно около 50 МГц, толщина кварцевой пластины становится слишком хрупкой для использования в полевых условиях.

Если вам нужно разработать генератор на более высоких частотах, который все еще будет достаточно надежным для работы в полевых условиях, мы можем рассмотреть возможность использования одной из других резонансных частот. Это частоты с более низкой амплитудой, которые генерируются как гармоники. Все эти гармоники будут иметь нечетные целые числа основной частоты. Следовательно, если кварцевый блок имеет основную частоту 10 МГц, его также можно заставить колебаться в 3, 5, 7 и т.д. раз больше основной частоты. То есть устройство будет колебаться на частоте 30, 50, 70 и т. Д.Эти кратные основной частоты называются обертонами и идентифицируются целым числом умножения, как в третьем обертоне, пятом обертоне, седьмом обертоне и т.д. работайте на желаемой частоте и на желаемом обертоне. Никогда не следует пытаться заказывать кварцевый блок основной моды, а затем эксплуатировать его на частоте обертона. Это связано с тем, что процесс изготовления кристаллов отличается для основных и обертонных кристаллов.

Во многих случаях характеристики интегральной схемы, используемой в конструкции генератора, требуют подавления основной частоты кристалла, чтобы гарантировать работу на желаемой частоте, а не на более мощной основной частоте. Необходимо доработать схему генератора. Одним из способов модификации является добавление цепи резервуара, состоящей из катушки индуктивности и конденсатора. Эти модификации показаны на рисунках 7 и 8 для последовательных и параллельных резонансных контуров.

Рисунок 7 – Модификация последовательного резонансного контура Рисунок 8 – Модификация параллельного резонансного контура

В обоих случаях контур резервуара настроен на резонанс на некоторой частоте между основной и желаемой частотой. Это изолирует желаемую частоту и шунтирует остальные на землю, оставляя только желаемую частоту на выходе генератора.

Рекомендации по проектированию

При разработке схемы генератора или компоновке платы для генератора и генератора следует учитывать некоторые конструктивные особенности. Всегда рекомендуется избегать параллельных трасс, чтобы уменьшить емкость лотка. Все следы должны быть как можно короче, а компоненты должны быть изолированы во избежание сцепления. Плоскости заземления следует использовать для изоляции сигналов.

Есть много других терминов, с которыми вам нужно будет ознакомиться в процессе проектирования.ECS. Inc предлагает широкий выбор устройств для регулирования частоты и магнитных полей. Существует также обширная библиотека с техническими руководствами, видеообучениями и справочными проектами, которые вы можете просмотреть.

ECS. Веб-сайт Inc

Воспользуйтесь следующими ссылками на нашу библиотеку технических ресурсов:

Технические руководства

Видеообучение

Референсные образцы

[1] SAW, – Резонатор на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Резонатор на ПАВ с 1 портом имеет один IDT (Inter Digital Transducer), который изготовлен на кварцевой подложке, он генерирует и принимает ПАВ.Конструкция имеет два решетчатых отражателя, которые отражают ПАВ и создают стоячую волну между двумя отражателями. Затем он преобразуется обратно в электрический сигнал.

[2] MEMS – Микро-электромеханическая система. Резонатор MEMS – это кремниевое устройство, в котором для создания вибрирующей структуры используется резонансная структура нанометрового диапазона.

ECS Inc. стремится поставлять высококачественные электронные компоненты, чтобы помочь вам создать мир Интернета вещей, подключенный к Интернету вещей. Для получения дополнительной информации о продуктах ECS Inc щелкните здесь.

Генераторы – типы, классификация, цепи обратной связи

Генератор – это электронное устройство для генерации переменного напряжения сигнала. Генераторы генерируют синусоидальную или несинусоидальную форму волны от очень низких до очень высоких частот. Гетеродин в большинстве современных сапергетродинов AM диапазона вещания будет охватывать диапазон частот от 1000 до 2100 кГц (приблизительно).

Генератор – это схема для генерации переменного напряжения желаемой частоты и амплитуды.Он преобразует энергию постоянного тока в напряжение переменного тока. Имеет широкое применение, например, для тестирования стереоусилителя; Генератор аудиосигнала генерирует от 20 кГц до 15 кГц на передатчике и от 47 до 230 МГц на стороне приемника. В радио несущая частота варьируется от 550 кГц до 20 МГц для телевещания в радио и требуются высокочастотные генераторы ТВ-приемника.

В основном схема генератора представляет собой усилитель, который обеспечивает (через обратную связь) входным сигналом. Это невращающееся устройство для выработки переменного тока, выходная частота которого определяется характеристиками устройства.Первоначальная цель осциллятора – генерировать заданную форму волны с постоянной пиковой амплитудой и определенной частотой и поддерживать эту форму волны в определенных пределах амплитуды и частоты.

Генератор должен обеспечивать усиление, а часть выхода представляет собой обратную связь для поддержания входа, как показано на рис. 1. Достаточная мощность должна подаваться обратной связью на входную цепь, чтобы генератор мог управлять самим собой, как в случае генератора сигналов. Генератор является самоприводным, поскольку сигнал обратной связи является регенеративным, т.е.е. положительный отзыв.

Рисунок 1: Блок-схема генератора

Рассмотрим основные требования к схеме генератора.

Первый , усиление требуется для обеспечения необходимого усиления сигнала.

Во-вторых, требуется достаточная регенеративная обратная связь для поддержания колебаний.

В-третьих, необходимо устройство определения частоты для поддержания желаемой выходной частоты. Помимо приложения, определите типы используемого генератора.

Обратная связь

Обратная связь – это процесс передачи энергии от точки высокого уровня в системе к точке низкого уровня. Это означает передачу энергии с выхода усилителя обратно на его вход. Если выходной сигнал обратной связи противоположен входному сигналу, это сигнал дегенеративной или отрицательной обратной связи. Однако, если обратная связь помогает входному сигналу, обратная связь является регенеративной или положительной. Регенеративная или положительная обратная связь – одно из требований для поддержания колебаний в генераторе.Эта обратная связь может быть применена любым из нескольких способов для создания практической схемы осциллятора.

Рисунок 2: Цепь обратной связи генератора

Цепь, которая производит электрические колебания любой желаемой частоты, называется колебательной цепью. Эта схема состоит из двух реактивных компонентов, а именно катушки индуктивности L и конденсатора C, включенных параллельно друг другу. Такой контур также называется LC или резервуарным контуром.

Сигнал обратной связи передается из контура резервуара двумя способами.Первый метод заключается в отборе части энергии из индуктора. Это может быть достигнуто любым из трех способов, показанных на рис. 2 (a), (b) и (c). Когда в осцилляторе используется тиклерная катушка, как показано на рис. 2 (а), он называется осциллятором Армстронга. Когда генератор используется в качестве ответвленной катушки, как показано на рисунке 1 (b), или в качестве разделенной катушки, как показано на рисунке 2 (c), его называют генератором Хартли. Второй метод передачи сигнала обратной связи заключается в использовании двух конденсаторов в цепи резервуара и переходе сигнала обратной связи между ними.Это показано на рис. 2 (d), также осциллятор, использующий этот метод, называется осциллятором Колпитца.

Использование положительной обратной связи приводит к тому, что усилитель с обратной связью имеет коэффициент усиления A v с обратной связью больше, чем коэффициент усиления A v без обратной связи. Это приводит к нестабильности и работе в колебательном контуре. Схема генератора обеспечивает постоянно изменяющийся усиленный выходной сигнал на любой желаемой частоте.

Классификация генераторов

Электронные генераторы можно в общих чертах разделить на следующие две категории.

Генераторы, которые обеспечивают выходной сигнал синусоидальной формы, называются синусоидальными или гармоническими генераторами. Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал на частотах от 20 Гц до ГГц.

  1. Синусоидальные или гармонические осцилляторы

    1. Генераторы с настраиваемой схемой

      В этих генераторах используется настроенная цепь, состоящая из катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C), и они используются для генерации высокочастотных сигналов. Таким образом, они также известны как генераторы радиочастоты (ЭЛТ).Такими осцилляторами являются осцилляторы Хартли, Колпитца и т. Д.

    2. RC-генераторы

      Эти генераторы используют резисторы и конденсаторы и используются для генерации сигналов низкой или звуковой частоты. Таким образом, они также известны как генераторы звуковой частоты (A.F). Такими генераторами являются фазовращающие и мостовые генераторы.

    3. Кристаллические генераторы

      Эти генераторы используют кристаллы кварца и используются для генерации высокостабилизированного выходного сигнала с частотами до 10 МГц.Генератор Пирса является примером кварцевого генератора.

    4. Осцилляторы отрицательного сопротивления

      В этих генераторах используется характеристика отрицательного сопротивления таких устройств, как туннельные диоды. Настроенный диодный генератор является примером генератора отрицательного сопротивления.

  2. Несинусоидальные или релаксационные генераторы

    Генераторы, которые обеспечивают выходной сигнал квадратной, прямоугольной или зубчатой ​​формы волны, называются несинусоидальными или релаксационными генераторами.Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал на частотах от нуля до 20 МГц.

Факторы, влияющие на стабильность осциллятора

Стабильность частоты генератора – это мера его способности поддерживать постоянную частоту в течение длительного промежутка времени. Однако было обнаружено, что если генератор настроен на определенную частоту, он не поддерживает ее в течение длительного периода. Причина изменения частоты колебаний или факторы, влияющие на стабильность генератора, указаны ниже.

  1. Рабочая точка

    Рабочая точка активного устройства, то есть биполярного транзистора, выбирается таким образом, чтобы его работа была нелинейной, изменяла значения параметров устройства, что, в свою очередь, влияло на стабильность частоты генератора.

  2. Компоненты цепи

    Значения компонентов схемы (т. Е. Резистора, катушек индуктивности и конденсаторов) изменяются с изменением температуры. Поскольку такие изменения происходят медленно, они также вызывают дрейф частоты генератора.

  3. Напряжение питания

    Изменения напряжения питания постоянного тока, приложенного к активному устройству, смещают частоту генератора. Этой проблемы можно избежать, используя источник питания с высокой степенью стабилизации

    .
  4. Выходная нагрузка

    Изменение выходной нагрузки может вызвать изменение добротности контура резервуара, тем самым вызывая изменение выходной частоты генератора.

  5. Межэлементные емкости

    Любое изменение межэлементных емкостей транзистора (особенно емкости коллектор-эмиттер) вызывает изменения частоты генератора и, таким образом, влияет на стабильность частоты.

  6. Паразитная емкость

    Паразитные емкости также влияют на частую стабильность генератора. Влияние изменений межэлементных емкостей можно нейтрализовать, подключив к соответствующим элементам дополнительный конденсатор. Однако трудно избежать влияния паразитных емкостей.

Принципиальная схема генератора Колпитца Работа и применение

Электронная схема, которая генерирует периодически колеблющийся электронный сигнал, такой как синусоидальная волна, прямоугольная волна или любая другая волна, называется электронным генератором.Генераторы можно разделить на разные типы, в основном, в зависимости от их выходной частоты. Электронные генераторы можно назвать генераторами, управляемыми напряжением, поскольку их частота колебаний может контролироваться их входным напряжением. Основные электронные генераторы, управляемые напряжением, можно разделить на два типа, а именно: линейный осциллятор и нелинейный осциллятор.

Электронный осциллятор

Нелинейные генераторы используются для создания несинусоидальных выходных сигналов. Линейные генераторы используются для создания синусоидальных выходных сигналов и далее подразделяются на многие типы, такие как генератор обратной связи, генератор отрицательного сопротивления, генератор Колпитца, генератор Хартли, генератор Армстронга, генератор фазового сдвига, генератор Клаппа, генератор линии задержки, генератор Пирса, Генератор моста Вина, генератор Робинсона и т. Д.В этой конкретной статье мы обсуждаем один из многих типов схем линейного генератора, а именно осциллятор Колпитца.


Генератор Колпитса

Генератор – это усилитель с положительной обратной связью, который преобразует входной сигнал постоянного тока в выходной сигнал переменного тока с определенным частотным преобразователем и определенной формой выходного сигнала (например, синусоидальной или прямоугольной волны и т. обратная связь вместо входного сигнала. Генераторы, в цепи которых используются катушка индуктивности L и конденсатор C, называются LC-генератором, который является разновидностью линейного генератора.Осциллятор

Colpitts Осциллятор

LC может быть сконструирован с использованием различных методов. Хорошо известными LC-осцилляторами являются осциллятор Хартли и осциллятор Колпитца. Среди этих двух наиболее часто используемой конструкцией является осциллятор Колпитса, разработанный и названный в честь американского инженера Эдвина Колпитса в 1918 году.

Теория осциллятора Колпитса

Он состоит из контура резервуара, который представляет собой подсхему резонанса LC, состоящую из двух последовательных конденсаторов подключены параллельно катушке индуктивности, и частота колебаний может быть определена с помощью номиналов этих конденсаторов и индуктора цепи резервуара.

Этот осциллятор почти во всех отношениях похож на осциллятор Хартли; следовательно, он называется двойным электрическим генератором Хартли и предназначен для генерации высокочастотных синусоидальных колебаний с радиочастотами, обычно в диапазоне от 10 кГц до 300 МГц. Основное различие между этими двумя генераторами состоит в том, что он использует ответвленную емкость, тогда как генератор Хартли использует ответвленную индуктивность.


Схема осциллятора Колпитца

Каждая другая схема осциллятора, генерирующая синусоидальные сигналы, использует LC-резонансный контур, за исключением нескольких электронных схем, таких как RC-генераторы, генератор Вина-Робинсона и несколько кварцевых генераторов, которым для этой цели не требуются дополнительные индуктивности.

Принципиальная схема генератора Колпитса

Это может быть реализовано с помощью устройства усиления, такого как биполярный переходный транзистор (BJT), операционный усилитель и полевой транзистор (FET), как и в других генераторах LC. Конденсаторы C1 и C2 образуют делитель потенциала, и эта отводимая емкость в цепи резервуара может использоваться в качестве источника для обратной связи, и эта установка может использоваться для обеспечения лучшей стабильности частоты по сравнению с генератором Хартли, в котором для установки обратной связи используется отводимая индуктивность.

Резистор Re в приведенной выше схеме обеспечивает стабилизацию схемы от колебаний температуры. Конденсатор Ce, включенный в цепь, параллельную Re, обеспечивает низкий реактивный путь усиленному сигналу переменного тока, действуя как шунтирующий конденсатор. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения для схемы и обеспечивают смещение транзистора. Схема состоит из RC-связанного усилителя с транзистором с общим эмиттером. Конденсатор связи Coutblocks DC, обеспечивая путь переменного тока от коллектора к цепи резервуара.

Генератор Колпитца работает

При включении источника питания конденсаторы C1 и C2, показанные в приведенной выше схеме, начинают заряжаться, а после того, как конденсаторы полностью заряжены, конденсаторы начинают разряжаться через катушку индуктивности L1 в цепи, вызывая затухающие гармонические колебания в цепи. контур резервуара.

Цепь резервуара с конденсаторами и индукторами

Таким образом, переменное напряжение создается между C1 и C2 колебательным током в цепи резервуара. В то время как эти конденсаторы полностью разряжены, электростатическая энергия, накопленная в конденсаторах, передается в виде магнитного потока на индуктор, и, таким образом, индуктор заряжается.

Точно так же, когда индуктор начинает разряжаться, конденсаторы снова начинают заряжаться, и этот процесс зарядки и разрядки конденсаторов и индуктора продолжается, вызывая генерацию колебаний, и частота этих колебаний может быть определена с помощью резонансной частоты контура резервуара. состоящий из индуктора и конденсаторов. Этот контур резервуара считается резервуаром энергии или накопителем энергии. Это происходит из-за частой зарядки и разрядки индуктора, конденсаторов, которые являются частью LC-сети, образующей контур резервуара.

Непрерывные незатухающие колебания могут быть получены из критерия Баркгаузена. Для устойчивых колебаний общий фазовый сдвиг должен быть 3600 или 00. В приведенной выше схеме, поскольку два конденсатора C1 и C2 соединены по центру и заземлены, напряжение на конденсаторе C2 (напряжение обратной связи) равно 1800 с напряжением на конденсаторе C1 (выходное напряжение ). Транзистор с общим эмиттером обеспечивает сдвиг фазы на 1800 между входным и выходным напряжением. Таким образом, из критерия Баркгаузена можно получить незатухающие непрерывные колебания.
Резонансная частота равна

ƒr = 1 / (2П√ (L1 * C))

Где ƒr – резонансная частота

C – эквивалентная емкость последовательной комбинации C1 и C2 контура резервуара

Он задается как

C = (C1 * C2) / ((C1 + C2))

L1 представляет собой собственную индуктивность катушки.

Применение осциллятора Колпитса
  • Он используется для генерации синусоидальных выходных сигналов с очень высокими частотами.
  • Генератор Колпитца, использующий устройство SAW, может использоваться в качестве датчиков другого типа, таких как датчик температуры. Поскольку устройство, используемое в этой схеме, очень чувствительно к возмущениям, оно воспринимает непосредственно с его поверхности.
  • Часто используется в приложениях, в которых задействован очень широкий диапазон частот.
  • Используется для приложений, в которых требуются незатухающие и непрерывные колебания.
  • Этот генератор предпочтительнее в ситуациях, когда он предназначен для частой выдержки высоких и низких температур.
  • Комбинация этого генератора с некоторыми устройствами (вместо резервуарного контура) может быть использована для достижения высокой температурной стабильности и высокой частоты.
  • Используется для развития мобильной и радиосвязи.
  • Имеет множество приложений, используемых в коммерческих целях.

Таким образом, в этой статье вкратце обсуждается осциллятор Колпитца, теория, работа и приложения осциллятора Колпитса вместе с его контуром, используемым в бесплатных электронных проектных наборах.Для получения дополнительной информации об осцилляторе Колпиттса, пожалуйста, разместите свои запросы, оставив комментарий ниже.

Кредиты на фото:

Как построить схему генератора | Как попасть в Wiki



В этом руководстве кратко описаны различные схемы генератора.

Генераторы на основе индуктора-конденсатора.

Осциллятор Колпитса

Упрощенная версия формулы следующая:

Осциллятор Хартли


Плюсы:

  • Частота изменяется с помощью переменного конденсатора
  • Выходная амплитуда остается постоянной во всем диапазоне частот
  • Коэффициент обратной связи катушки индуктивности остается неизменным

Минусы:

  • Не подходит для чистой синусоиды

Осциллятор Клаппа

Осциллятор Армстронга

на основе схемы регенеративного ресивера

Блокирующий осциллятор

Использует любой операционный усилитель и сдвигает фазу обратной связи.Приступить к работе очень просто.

Полные уравнения

Критерии колебаний:

Упрощенные уравнения

Чтобы использовать эти уравнения и

на цифровом языке: нестабильный мультивибратор

Мультивибратор

Схема имеет два состояния:

Состояние 1 ‘:

  • Q1 включен
  • Коллектор Q1 при 0 В
  • C1 тестовая зарядка через R2 (и Q1)
  • Напряжение на базе Q2 – это напряжение на C1.Первоначально он низкий, но увеличивается по мере зарядки C1.
  • Q2 выключен (при базовом напряжении <0,6 В)
  • C2 выпускается через R3 и R4
  • Высокое выходное напряжение (хотя и немного ниже, чем напряжение питания из-за тока разряда C2 через R4)
  • Это состояние является самоподдерживающимся, пока напряжение на базе Q2 не достигнет 0,6 В, после чего Q2 включится, и схема переходит в следующее состояние.

Состояние 2

  • Q2 включен
  • Коллектор Q2 (выходное напряжение) идет с + V на 0V
  • Это ступенчатое изменение на C2 вызывает отрицательный импульс на базе Q1, который быстро его выключает.
  • Q1 выключен, его коллектор поднимается примерно до + V.
  • C1 разряжается через R1 и R2
  • C2 заряжается через R3 от -V до 0 В до +0,6 В (это можно рассматривать как разряд, а не заряд)
  • Напряжение на базе Q1 – это напряжение на C2. Первоначально он низкий, но увеличивается по мере зарядки C2.
  • Это состояние является самоподдерживающимся, пока напряжение на базе Q1 не достигнет 0,6 В, после чего Q1 включится, и схема вернется в состояние 1.

Первоначальное включение

При первом включении схемы ни один транзистор не включается. Однако это означает, что на этом этапе оба они будут иметь высокое базовое напряжение и, следовательно, склонность к включению, а неизбежная небольшая асимметрия будет означать, что один из транзисторов будет включаться первым. Это быстро переведет схему в одно из вышеуказанных состояний, и возникнут колебания.

Период колебаний

Грубо говоря, длительность состояния 1 (высокий выход) будет связана с постоянной времени R2.C1, поскольку это зависит от заряда C1, а продолжительность состояния 2 (низкий выход) будет связана с постоянной времени R3.C2, поскольку это зависит от заряда C2 – и эти постоянные времени не обязательно должны быть одинаковыми, поэтому может быть достигнут пользовательский рабочий цикл.

Однако продолжительность каждого состояния также зависит от начального состояния заряда рассматриваемого конденсатора, а это, в свою очередь, будет зависеть от величины разряда во время предыдущего состояния, которое также будет зависеть от резисторов, используемых во время разряда ( R1 и R4), а также от продолжительности предыдущего состояния, и т. Д. .В результате при первом включении этот период будет довольно продолжительным, поскольку конденсаторы изначально полностью разряжены, но этот период быстро сократится и стабилизируется.

Период также будет зависеть от тока, потребляемого на выходе.

Из-за всех этих неточностей на практике обычно используются более сложные микросхемы таймера, как описано выше.

Кольцевой генератор инверторный

Требуется нечетное количество инверторов. Использование минимального количества каскадов в генераторе позволяет достичь максимальных частот, однако это будет чувствительно к колебаниям напряжения.За счет использования большего количества каскадов шум из-за колебаний напряжения сводится к минимуму. Частота неточная из-за различий во времени перехода. Это компенсируется контролем тока, проходящего через транзисторы. Это также позволяет сделать его генератором, управляемым напряжением (ГУН).

КМОП-кварцевый осциллятор

Триггер Шмитта инвертор Осциллятор

Это может быть построено из микросхемы TTL серий 7414, 74ls14 … или из серии 4000 cmos (например.г.:4093).

Может использоваться вместо других генераторов.

Т = 1,7 * RC

Стабильный RC-генератор

Это, вероятно, самый распространенный генератор для любителей электроники, потому что это обычная ИС и хорошо задокументирована.

  • широкополосные усилители
  • буферные усилители
  • кварцевые генераторы
  • излучатель вырождение
  • осциллятор хартли
  • отрицательный отзыв
  • Генераторы, управляемые напряжением
  • дрейф осциллятора
  • Генератор Армстронга
  • Мультивибратор нестабильный
  • Блокирующий осциллятор
  • Генератор Клаппа
  • Генератор Колпитца
  • Кварцевый генератор
  • Электронный генератор
  • Генератор Хартли
  • Осциллятор релаксации
  • Схема RLC
  • Генератор Вакара
  • Генератор Ройера
  • OCXO (сокращение от Oven Controlled X-tal (Crystal) Oscillator) – это метод, используемый для предотвращения изменений температуры, которые влияют на резонансную частоту пьезоэлектрического кристалла.

В электронике генератор – это схема, которая генерирует сигнал определенной частоты. Вы можете сделать простой генератор с катушкой индуктивности и конденсатором (две параллельные пластины). Схема будет попеременно накапливать энергию в конденсаторах (электрическая энергия) и в индукторе (магнитная энергия). Электроны, выходящие из одной пластины, проходят через индуктор. Когда заряд на пластинах становится постоянным, ток умирает. Падение тока создает в катушке индуктивности электродвижущую силу, которая заставляет электроны двигаться в том же направлении, заряжая, таким образом, другую пластину конденсатора.Вам понадобиться:

  • 2 рулона пленки Saran
  • Рулон алюминиевой фольги
  • 2 оголенных провода
  • Тонкий изолированный медный провод
  • Картонная трубка
  • Батарея

Шаг 1. Создайте конденсатор следующим образом, если у вас его нет удобно. Разверните два рулона саранской пленки на несколько футов. Поместите несколько квадратных футов алюминиевой фольги на каждую развернутую область, чтобы обертка Saran выходила дальше (покрывала большую площадь), чем алюминиевые листы. Это дополнительное удлинение обеспечит электрическую изоляцию между «пластинами», когда два листа Saran Wrap и алюминий снова скатываются вместе.Теперь отрежьте пленку Saran Wrap по краю одного из рулонов Saran Wrap и поместите только что отрезанный бутерброд Saran Wrap с алюминием прямо на другой сэндвич Saran Wrap с алюминием. Это делает бутерброд Saran-Wrap-foil-Saran-Wrap-foil. Нижний слой саранской пленки все еще связан с рулоном саранской пленки. Вставьте два оголенных провода в сэндвич в разных слоях, чтобы они соприкасались с двумя алюминиевыми листами. Затем сверните все это в рулон Saran Wrap, который все еще прикреплен к нижнему слою Saran Wrap.Слой Saran Wrap между двумя слоями фольги защищает их друг от друга, как воздух в обычном конденсаторе.
Шаг 2: Приклейте провода конденсатора к противоположным концам батареи изолентой. Это зарядит конденсатор. Дайте ему зарядиться в течение часа, как если бы вы заряжали аккумулятор. http://www.ehow.com/how_5652134_make-simple-oscillator.html

Осциллятор частоты ударов

| Блок-схема

Генератор частоты биений:

В этом генераторе частоты биений выходные сигналы двух ВЧ-генераторов подаются на детектор с квадратичным законом, и результирующая разностная частота усиливается.Основное преимущество этого типа генератора состоит в том, что стабильный непрерывный выходной сигнал, охватывающий весь диапазон AF, может быть реализован простым изменением настроечного конденсатора в одном из генераторов.

Блок-схема генератора частоты биений

:

В схеме, представленной на рис. 8.21, напряжения, полученные от двух ВЧ-генераторов, работающих на немного разных частотах, объединяются и подаются на схему смесителя. Ток переменной разности частот, равный Freq.Полученный таким образом представляет собой желаемые колебания генератора частоты биений на рис. 8.21 мг. Практическая ценность генератора биений частоты возникает из того факта, что небольшое или умеренное процентное изменение частоты одного из отдельных генераторов (например, может быть получено путем вращения вала, управляющего конденсатором переменной настройки) изменяет биение или разность вывода непрерывно от нескольких импульсов в секунду до всего диапазона частот AF или видео. В то же время амплитуда выходной разностной частоты в значительной степени постоянна при изменении частоты.

Основными факторами, влияющими на работу генератора частоты биений, являются стабильность частоты отдельных генераторов, тенденция генераторов к синхронизации на очень низких разностных частотах, форма волны на выходе разностной частоты и склонность к ложным нотам биений. быть произведенным. Стабильность частоты отдельных генераторов важна, потому что небольшое изменение их относительной частоты вызовет относительно большое изменение разностной частоты.

Чтобы свести к минимуму дрейф разностной частоты во времени, отдельные генераторы должны иметь высокую стабильность частоты в отношении изменений температуры и напряжения питания, и они должны быть как можно более похожими электрически, механически и термически. Таким образом, изменения частоты сводятся к минимуму, а происходящие изменения частоты имеют тенденцию быть одинаковыми в каждом из отдельных осцилляторов и поэтому мало влияют на разницу в их частотах.

Два радиочастотных генератора должны быть полностью изолированы друг от друга. Если между ними существует связь любого типа, они будут синхронизироваться, когда разница будет небольшой. Следовательно, невозможно получить низкие значения разностной частоты, и, кроме того, они вызывают взаимодействие между осцилляторами, которое приводит к сильно искаженной форме волны. (Чтобы гарантировать низкие искажения, одно из напряжений, подаваемых на смеситель, предпочтительно то, которое получается от генератора с фиксированной частотой, должно быть значительно меньше, чем напряжение, полученное от другого генератора, и предпочтительно без гармоник.) На осциллятор частоты ударов обычно влияют ложные ноты ударов, иногда называемые свистом. Эти эффекты обычно являются результатом кросс-модуляции в усилителе AF между высокочастотными гармониками, генерируемыми смесителем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.