Generátor signálu

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 19. června 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Generátor signálu  - zařízení, které umožňuje produkovat ( generovat ) signál určité povahy (elektrický, akustický atd.), který má stanovené charakteristiky (tvar, energetická nebo statistická charakteristika atd.). Generátory jsou široce používány pro úpravu signálu, měření a další aplikace. Skládá se ze zdroje (zařízení se samobuzením, jako je zesilovač krytý obvodem s kladnou zpětnou vazbou ) a budiče (jako je elektrický filtr ).

Generátory elektrických kmitů

Existují také složitější generátory signálu, jako je testovací obrazec TV .

Většina generátorů jsou DC/AC měniče. Nízkoenergetické generátory jsou postaveny na jednocyklových zesilovacích stupních. Výkonnější jednofázové generátory jsou postaveny na push-pull (půlmůstkových) zesilovacích stupních, které mají vyšší účinnost a umožňují na tranzistorech stejného výkonu postavit generátor s přibližně dvojnásobným výkonem. Jednofázové generátory ještě většího výkonu jsou stavěny podle čtyřtaktního (full-bridge) schématu, což umožňuje přibližně zdvojnásobit výkon generátoru. Dvoufázové a třífázové dvoudobé (poloviční můstky) a čtyřdobé (plnomůstkové) generátory mají ještě větší výkon.

Harmonické generátory

Harmonický oscilátor je zesilovač s kladnou zpětnou vazbou ( POS). Termín kladná zpětná vazba znamená, že fázový posun ve zpětnovazební smyčce je blízký , tj. zpětnovazební smyčka neinvertuje signál.

Nezbytné podmínky pro vznik harmonických netlumených kmitů s malými zkresleními sinusoidy jsou:

  1. fázový posun smyčky je 360°,
  2. zpětná vazba je rezonanční nebo kvazi-rezonanční, jako např. u oscilátoru Wien můstku, nebo samotný zesilovač je frekvenčně selektivní (rezonanční).
  3. zisk smyčky je přesně 1,
  4. pracovní bod zesilovacího stupně je na jeho lineárním nebo přibližně lineárním úseku.

Vysvětlení potřeby 2. a 3. podmínky: pokud je zesílení smyčky pod 1, pak jsou oscilace tlumeny. Pokud je zesílení smyčky větší než 1, pak oscilace rostou na fyzikální mez, takže amplituda výstupního napětí zesilovače nemůže být větší než napájecí napětí [4] , s takovou mez, tvar sinusového napětí je zkreslený.

Příkladem struktur pozitivní zpětné vazby je multivibrátor nebo jiné relaxační oscilátory, ale takové obvody používají frekvenčně neselektivní zpětné vazby a zesilovače, takže oscilace, které generují, nejsou ani zdaleka sinusové.

Historie

V roce 1887 Heinrich Hertz vynalezl a postavil jiskrový generátor elektromagnetických vln založený na Ruhmkorffově cívce .

V roce 1913 vynalezl Alexander Meissner (Německo) Meissnerův elektronický oscilátor na lampovém stupni se společnou katodou s oscilačním obvodem ve výstupním ( anodovém ) obvodu s transformátorovou kladnou zpětnou vazbou do sítě. [5]

V roce 1914 si Edwin Armstrong (USA) nechal patentovat elektronický oscilátor na bázi elektronkového stupně se společnou katodou s oscilačním obvodem ve vstupním (mřížkovém) obvodu s transformátorovou kladnou zpětnou vazbou do sítě.

V roce 1915 americký inženýr z Western Electric Company , Ralph Hartley , vyvinul elektronkový obvod známý jako Hartleyův oscilátor , také známý jako indukční tříbodový obvod ("indukční tříbodový"). Na rozdíl od schématu A. Meissnera využívá zapínání obvodu autotransformátorem. Pracovní frekvence takového generátoru je obvykle vyšší než rezonanční frekvence obvodu.

V roce 1919 Edwin Colpitz vynalezl Kolpitzův oscilátor pomocí elektronky připojené k oscilačnímu obvodu přes kapacitní dělič napětí, často nazývaný „kapacitní tříbodový“.

V roce 1932 vyvinul Američan Harry Nyquist teorii stability zesilovačů , která je také použitelná pro popis stability generátorů. ( Kritérium stability Nyquist-Michajlov ).

Později bylo vynalezeno mnoho dalších elektronických generátorů.

Stabilita generátorů

Stabilita generátorů se skládá ze dvou složek: stability zesilovacího stupně ve stejnosměrném proudu a stability generátoru ve střídavém proudu.

Fázová analýza Meissnerova oscilátoru

Generátory "indukční tříbodové" a "kapacitní tříbodové" lze postavit jak na invertujících stupních (se společnou katodou, se společným emitorem), tak na neinvertujících stupních (se společnou mřížkou, se společnou anodou, se společnou základnou, se společným kolektorem).

Stupeň se společnou katodou (společný emitor) posouvá fázi vstupního signálu o 180°. Transformátor se souhlasným zahrnutím vinutí posouvá fázi asi o 180 °. Celkový fázový posun smyčky je přibližně 360°. Rozpětí stability fáze je maximální a rovná se téměř ± 90°. Meissnerův generátor tak patří z pohledu teorie automatického řízení (TAU) k téměř ideálním generátorům. V tranzistorové technologii kaskáda se společnou katodou odpovídá kaskádě se společným emitorem.

Fázová analýza LC oscilátoru s kladnou zpětnou vazbou CR

LC-oscilátory na kaskádě se společnou bází jsou nejvíce vysokofrekvenční, používají se v kanálových voličích téměř všech televizorů, v lokálních oscilátorech VKV přijímačů. Pro galvanické oddělení v obvodu kladné zpětné vazby od kolektoru k emitoru je zde CR-řetězec, který posouvá fázi o 60°. Generátor pracuje, ale ne na frekvenci volných kmitů obvodu, ale na frekvenci vynucených kmitů, proto generátor vysílá dvě frekvence: větší na frekvenci vynucených kmitů a menší na frekvenci volných kmitů obvodu. Při první iteraci tvoří dvě frekvence čtyři: dvě počáteční a dvě součtové diference. Ve druhé iteraci produkují čtyři frekvence ještě větší počet součtových rozdílových frekvencí. Díky tomu se při velkém počtu iterací získá celé spektrum frekvencí, které se v přijímačích mísí se vstupním signálem a tvoří ještě větší počet celkových rozdílových frekvencí. To vše se pak přivádí do jednotky pro zpracování signálu. Kromě toho je rezerva fázové stability tohoto generátoru +30°. Pro snížení bočníku obvodu kaskádou se používá částečné zahrnutí obvodu přes kapacitní dělič, ale v tomto případě dochází k dodatečné nevyváženosti fáze. Při stejných kapacitách je dodatečná fázová nevyváženost 45°. Celkový fázový posun smyčky 60°+45°=105° je více než 90° a zařízení se dostane z oblasti generátoru do oblasti diskriminátoru , generování se rozpadne. S optimálně vypočítaným kapacitním děličem je rozpětí stability fáze menší než 30°.

Meissnerův generátor na kaskádě se společnou bází, s částečným zapnutím obvodu bez fázové nerovnováhy.

Pokud je v "kapacitním tříbodovém" na kaskádě se společnou bází v obvodu s kladnou zpětnou vazbou místo obvodu CR zapnutý transformátor s vinutími zapnutými v opačném směru, pak fázový posun smyčky bude asi 360 °. Generátor bude téměř dokonalý. Aby se snížilo bočníkování obvodu kaskádou a nezavádělo se další fázové nevyvážení, je nutné použít částečné zahrnutí obvodu bez dodatečného fázového zkreslení přes dva symetrické odbočky z induktoru. Takový oscilátor vyzařuje jednu frekvenci a má největší rezervu stability fáze (± 90°).

Aplikace

Daleko od úplného seznamu zařízení, ve kterých se používají generátory signálu:

Elektromagnetická kompatibilita

Zařízení, která mají ve svém složení generátor signálu, jsou potenciálně schopna vytvářet elektromagnetické rušení s jinými elektronickými zařízeními, proto je při jejich vývoji a provozu třeba vzít v úvahu problémy s elektromagnetickou kompatibilitou .

Viz také


Literatura

Odkazy

Poznámky

  1. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Archivováno 29. prosince 2009 na Wayback Machine Obr. ) je zobrazen Meissnerův generátor , nikoli Hartleyho generátor
  2. ↑ http://radiomaster.ru/stati/radio/gen.php Archivní kopie ze dne 12. března 2013 u Wayback Machine Obr. 1.7 RC tranzistorový oscilátor. Obr. 1.8 RC oscilátor s Wienovým můstkem.
  3. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Archivováno 29. prosince 2009 na Wayback Machine Obr. 8.9. RC-oscilátor s tříčlánkovým fázovým posuvným řetězcem (a) a oscilogramem výstupního signálu (b)
  4. ↑ pokud není použit transformátor
  5. ↑ Archivovaná kopie (odkaz není dostupný) . Datum přístupu: 14. března 2009. Archivováno z originálu 22. června 2008.   Radiotechnika a radiofyzika
 Hodinky
Podle principu jednání
Po domluvě
Typ
Detaily a mechanismy hodinek
slavné hodiny
 Rádio
Hlavní části
Odrůdy