Генератори коливань

1.4 Генератори коливань

Електронні ланцюги, в яких періодичні зміни напруги та струму виникають без прикладення до них додаткових періодичних сигналів, називаються автономними автоколивальними ланцюгами, а пристрої, виконані на їх основі, – автогенераторами або генераторами коливань відповідної форми. Ці ланцюги треба розглядати як перетворювачі енергії джерела живлення постійного струму в енергію періодичних коливань.

Автогенератори можна розділяти на генератори імпульсів і генератори синусоїдальних коливань. Генератори імпульсів в залежності від форми вихідної напруги ділять на генератори: напруги прямокутної форми (ГПН); напруги експоненціальної форми; напруги, що лінійно змінюється (ГЛЗН); напруги трикутної форми; ступінчастої напруги; імпульсів, вершина яких має дзвіноподібну форму (блокінг–генератор).

Генератори синусоїдальних коливань класифікують по типу коливальної системи і ділять на: автогенератори; автогенератори; генератори з кварцовою стабілізацією частоти; генератори з електромеханічними резонансними системами стабілізації частоти.

Для отримання незатухаючих коливань у всіх названих автогенераторах використовуються компоненти електроніки, на вольт–амперних характеристиках яких мається або створена за допомогою ланцюга додатного ЗЗ ділянка з від’ємним диференціальним опором. В більшості автогенераторів використовуються електронні підсилювачі з додатнім ЗЗ.

При додатному ЗЗ, коли фазовий зсув по петлі підсилювач–ланцюг зворотного зв’язку  рівний нулю та , підсилювач втрачає стійкість. Якщо в ланцюгу підсилювача або ланцюгу ЗЗ нема елементу накопичуючого електричну енергію, то підсилювач з додатнім ЗЗ перетворюється в тригер і має стійкі стани.

При наявності в петлі підсилювач–ланцюг зворотного зв’язку елементу, накопичуючого енергію, наприклад конденсатора, підсилювач з додатнім ЗЗ не має жодного стійкого стані генерує періодично змінюючюся напругу. Генератори імпульсів, що складаються з широкосмугових електронних підсилювачів, охоплених додатнім зворотнім зв’язком, глибина котрого залишається майже постійною у широкій смузі частот, і мають в петлі зворотного зв’язку елементи, що накопичують енергію, називаються мультивібраторами.

2. Розрахункова частина

 

2.1 Підсилювальні каскади на біполярних транзисторах

 

2.1.1 Завдання

Таблиця 2.1

Номер варіанту	Схема включення	,	,	()	,	,	Тип транзистора
5	ЗЕ, ЗК	250	120	1,2	20	1,5	МП39

Напруга живлення схеми .

Схеми підсилювальних каскадів зображені на рис. 2.1.

2.1.2 Методика розрахунку

2.1.2.1 Транзистор обирається з вимоги забезпечення необхідної амплітуди вихідного сигналу  і смуги пропускання  при заданій вихідній напрузі та коефіцієнті частотних спотворень  в області верхніх частот :

; ,

де  – максимально допустима напруга на колекторі.

В табл. 2.2 наведені параметри обраного транзистора МП39.

Таблиця 2.2

Параметр	Значення
	12
,
,
,
,	25
,
,
,	10
,
,
,
,
,	20
,	150
,	150

2.1.2.2 Опір резисторів , ,  і допустима ємність конденсатора навантаження  обираються з умови:

;

,

де  – максимально допустимий струм колектора у режимі підсилення. В даному випадку треба взяти таке значення , щоб струм робочої точки не перевищив максимально допустимого значення постійного струму колектора для даного транзистора.

Таким чином:

,

; ,

обираємо

, .

Тоді можна розрахувати ємність конденсаторів

;

.

2.1.2.3 На родині вихідних характеристик транзистора будується лінія навантаження по постійному струму і визначається положення точки спокою (, , , ) для режиму класу  (рис. 2.2). На родині вхідних характеристик транзистора по ,  визначається напруга початкового зміщення ,  (рис. 2.3).

Робоча точка :

; ; ; , ; ; .

При розрахунках необхідно брати значення не враховуючи знак.

2.1.2.4. Опір резисторів , , , що забезпечують початкове зміщення фіксованим струмом бази (емітера для ЗБ)

,

 ;

,

.

2.1.2.5 Ємність роздільних конденсаторів ,  визначається з умови забезпечення заданого коефіцієнту частотних спотворень  на нижніх частотах :

; ; ;

,

де  , .

Розрахунок ємностей роздільних конденсаторів. Спочатку необхідно виконати розрахунок допоміжних параметрів:

, ; , ;

, ; ;

.

Розрахунок ємностей:

, ;

, ;

, ;

, .

2.1.3 Кінцеві схеми з вказаними номіналами елементів.

Схеми зображені на рис. 2.4.

2.1.4 Висновки

Дані схеми є досить простими: в них немає стабілізації режиму транзисторів та іншого. Через це вони мають обмежене застосування в підсилювачах.

2.2 Активні RC–фільтри нижніх частот

2.2.1 Завдання

Частота зрізу .

Схеми фільтрів наведені на рис. 2.5.

2.2.2 Методика розрахунку

Параметри компонентів схеми для фільтрів нижніх частот 1–го порядку

, обираємо ;

, ;

.

Для фільтрів нижніх частот 2–го порядку

, обираємо ;

, ;

, ;

; , .

В якості операційного підсилювача можна взяти модель К140УД9.