Generatori elettronici

I generatori sono dispositivi elettronici che convertono l'energia di una sorgente di corrente continua in energia di corrente alternata (oscillazioni elettromagnetiche) con varie forme della frequenza e della potenza richieste.

I generatori elettronici utilizzati nelle trasmissioni radiofoniche, mediche, radar, fanno parte di convertitori analogico-digitali, sistemi a microprocessore, ecc.

Nessun sistema elettronico è completo senza generatori interni o esterni che determinano il ritmo del suo funzionamento. Requisiti di base per i generatori: stabilità della frequenza di vibrazione e capacità di rimuovere i segnali da essi per un ulteriore utilizzo.

Classificazione dei generatori elettronici:

1) in base alla forma dei segnali di uscita:

— segnali sinusoidali;

— segnali rettangolari (multivibratori);

— segnali di tensione a variazione lineare (CLAY) o detti anche generatori di tensione a dente di sega;

— segnali di forma speciale.

2) dalla frequenza delle oscillazioni generate (condizionatamente):

— bassa frequenza (fino a 100 kHz);

— alta frequenza (superiore a 100 kHz).

3) con il metodo di eccitazione:

— con eccitazione (esterna) indipendente;

— con autoeccitazione (autogeneratori).

Autogeneratore: un generatore autoeccitato, senza influenze esterne, che converte l'energia delle fonti di energia in una vibrazione continua, ad esempio un circuito vibrante.

Figura 1 — Schema a blocchi del generatore

I circuiti del generatore elettronico (Figura 1) sono costruiti secondo gli stessi schemi degli amplificatori, solo i generatori non hanno una sorgente del segnale di ingresso, è sostituito da un segnale di feedback positivo (PIC). Ti ricordiamo che il feedback è il trasferimento di parte del segnale di uscita al circuito di ingresso. La forma d'onda richiesta è fornita dalla struttura del loop di feedback. Per impostare la frequenza di oscillazione, i circuiti OS sono costruiti su circuiti LC o RC (la frequenza determina il tempo di ricarica del condensatore).

Il segnale generato nel circuito PIC viene applicato all'ingresso dell'amplificatore, amplificato di un fattore K e inviato all'uscita. In questo caso, parte del segnale proveniente dall'uscita viene restituito all'ingresso attraverso il circuito PIC, dove viene attenuato di un fattore K, che consentirà di mantenere un'ampiezza costante del segnale di uscita del generatore.

Gli oscillatori con eccitazione esterna indipendente (amplificatori selettivi) sono amplificatori di potenza con la corrispondente gamma parziale, il cui ingresso è un segnale elettrico da un oscillatore. Questi. viene amplificata solo una certa banda di frequenza.

Generatori RC

Per creare generatori a bassa frequenza, vengono solitamente utilizzati amplificatori operazionali, come un circuito PIC, vengono installati circuiti RC per fornire una data frequenza f0 di oscillazioni sinusoidali.

I circuiti RC sono filtri di frequenza, dispositivi che trasmettono segnali in un determinato intervallo di frequenza e non passano nell'intervallo sbagliato.In questo caso, attraverso il circuito di retroazione, l'amplificatore viene ricondotto all'ingresso dell'amplificatore, il che significa che viene amplificata solo una determinata frequenza o banda di frequenza.

La Figura 2 mostra i principali tipi di filtri di frequenza e la loro risposta in frequenza (AFC). La risposta in frequenza mostra la larghezza di banda del filtro in funzione della frequenza.

Figura 2 — Tipi di filtri di frequenza e loro risposta in frequenza

Tipi di filtri:

— filtri passa-basso (LPF);

— filtri passa-alto (HPF);

— filtri passa banda (BPF);

— filtri di frequenza di blocco (FSF).

I filtri sono caratterizzati da una frequenza di taglio fc al di sopra o al di sotto della quale si ha una forte attenuazione del segnale, le bande passanti ei filtri di reiezione sono anch'essi caratterizzati dalla larghezza di banda IFP (RFP non-pass).

La Figura 3 mostra uno schema di un generatore sinusoidale. Il guadagno richiesto viene impostato utilizzando il circuito OOS dei resistori R1, R2. In questo caso, il circuito PIC è un filtro passa-banda. La frequenza di risonanza f0 è determinata dalla formula: f0 = 1 / (2πRC)

Per stabilizzare la frequenza delle oscillazioni generate, i risonatori al quarzo vengono utilizzati come circuito di sintonizzazione della frequenza. Un risonatore al quarzo è una sottile lastra minerale montata in un supporto al quarzo. Come sai, il quarzo ha effetto piezoelettrico, che consente di utilizzarlo come un sistema equivalente a un circuito elettrico oscillante e dotato di proprietà risonanti. Le frequenze di risonanza delle lastre di quarzo vanno da pochi kilohertz a migliaia di MHz con instabilità di frequenza tipicamente dell'ordine di 10-8 e inferiore.

Figura 3 — Schema di un generatore di onde sinusoidali RC

I multivibratori sono generatori elettronici segnali ad onda quadra.

Il multivibratore nella maggior parte dei casi svolge la funzione di un oscillatore principale che genera impulsi di ingresso di trigger per nodi e blocchi successivi in ​​​​un sistema di impulso o di azione digitale.

La Figura 4 mostra un diagramma di un multivibratore simmetrico basato su IOU. Simmetrico: il tempo di impulso di un impulso rettangolare è uguale al tempo di pausa tpausa = tpausa.

L'IOU è coperto da feedback positivo: un circuito R1, R2 che agisce allo stesso modo a tutte le frequenze. La tensione all'ingresso non deviante è costante e dipende dalla resistenza dei resistori R1, R2. La tensione di ingresso del multivibratore viene generata utilizzando OOS attraverso il circuito RC.

Figura 4 — Schema di un multivibratore simmetrico

Il livello della tensione di uscita cambia da + Usat a -Us e viceversa.

Se la tensione di uscita Uout = + Usat, il condensatore si carica e la tensione Uc agente sull'ingresso invertente aumenta esponenzialmente (Fig. 5).

Con l'uguaglianza Un = Uc, ci sarà un brusco cambiamento nella tensione di uscita Uout = -Us, che porterà al sovraccarico del condensatore. Quando viene raggiunta l'uguaglianza -Un = -Uc, lo stato di Uout cambierà nuovamente. Il processo si ripete.

Figura 5 — Diagrammi di temporizzazione per il funzionamento del multivibratore

La modifica della costante di tempo del circuito RC comporta un cambiamento tempo di carica e scarica del condensatore, e quindi la frequenza di oscillazione del multivibratore. Inoltre, la frequenza dipende dai parametri PIC ed è determinata dalla formula: f = 1 / T = 1 / 2t e = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Se è necessario ottenere oscillazioni rettangolari asimmetriche per t e ≠ tp, vengono utilizzati multivibratori asimmetrici, in cui il condensatore viene ricaricato in circuiti diversi con costanti di tempo diverse.

Un singolo vibratore (multivibratori in attesa) è progettato per formare un impulso di tensione rettangolare della durata richiesta quando esposto a un breve impulso di trigger all'ingresso. I monovibratori sono spesso chiamati relè temporizzati elettronici.

C'è di più nella letteratura tecnica. il nome del one-shot è il multivibratore in attesa.

Un monovibratore ha uno stato stazionario a lungo termine, l'equilibrio in cui si trova prima che venga applicato l'impulso di trigger. Il secondo stato possibile è temporaneamente stabile. L'univibratore entra in questo stato sotto l'azione di un impulso di trigger e può rimanervi per un tempo limitato tv, dopodiché ritorna automaticamente allo stato iniziale.

I requisiti principali per i dispositivi single-shot sono la stabilità della durata dell'impulso di uscita e la stabilità del suo stato iniziale.

I generatori di tensione lineare (CLAY) formano segnali periodici che variano linearmente (impulsi a dente di sega).

Gli impulsi a dente di sega sono caratterizzati dalla durata della corsa di lavoro tp, dalla durata della corsa di ritorno to e dall'ampiezza Um (Figura 6, b).

Per creare una dipendenza lineare della tensione nel tempo, viene spesso utilizzata la carica (o scarica) di un condensatore con una corrente costante. Lo schema più semplice di CLAY è mostrato in figura 6, a.

Quando il transistor VT è chiuso, il condensatore C2 viene caricato dall'alimentatore Up attraverso il resistore R2. In questo caso la tensione nel condensatore e quindi in uscita aumenta linearmente.Quando un impulso positivo arriva alla base, il transistor si apre e il condensatore si scarica rapidamente attraverso la sua bassa resistenza, che fornisce una rapida riduzione della tensione di uscita a zero e viceversa.

L'ARGILLA viene utilizzata nei dispositivi di scansione del raggio nei CRT, nei convertitori analogico-digitale (ADC) e in altri dispositivi di conversione.

Figura 6 - a) Lo schema più semplice per la formazione di una tensione che cambia linearmente b) Diagramma temporale degli impulsi di trione.