Цель работы: Изучить назначение, принципы построения и основные характеристики генераторов сигналов
Генератор — это электронная схема, преобразующая энергию источника питания постоянного тока в энергию переменного сигнала. В основном генераторы подразделяются на три категории: генераторы синусоидальных сигналов, генераторы прямоугольных импульсов и генераторы сигналов другой формы.
На рисунке 1 представлен типичный импульсный сигнал и показаны его основные параметры. Рассмотрим их на примере сигнала имеющего форму «меандра» (прямоугольные импульсы).
Рисунок 1 – Типичные параметры импульсного сигнала
Частота повторения импульсов f импульсного сигнала характеризует число импульсов, приходящихся на заданный временной интервал, обычно на 1 с. Сигнал с частотой 1 кГц соответствует 1000 импульсам в секунду.
Период импульсов t импульсного сигнала — это время одного полного цикла импульса: T = 1/f Период указанного выше импульсного сигнала составляет 1/1000 с, или 1 мс.
Коэффициент заполнения (КЗ), %, импульсного сигнала равен отношению tвкл (высокий уровень) к сумме tвкл и tвыкл .(низкий уровень), т.е.
tввк
КЗ
= 
(tввк+ tввык)
Сигнал, у которого tвкл=1 мс и tвыкл=1 мс, имеет коэффициент заполнения 50 %, т. е. собственно импульс действует в течение половины периода.
Коэффициент формы (КФ) импульсного сигнала равен отношению tвкл (высокий уровень) к tвыкл .(низкийуровень).
Ширина импульса прямоугольной формы равна временному интервалу, измеренному на уровне 50 % амплитуды в течение которого сигнал имеет высокий уровень (включен).
Время нарастания (фронта) tф импульса равно временному интервалу между точками 10 и 90 % его амплитуды. Время нарастания «идеального» импульса равно нулю.
Время спада (среза) tc импульса равно временному интервалу между точками 90 и 10 % его амплитуды. Время спада «идеального» импульса равно нулю.
Для поддержания колебаний в электрической схеме должны выполняться следующие условия: коэффициент усиления при замкнутой петле ОС должен быть равен (или превышать) единице, сдвиг фазы сигнала в петле обратной связи должен равняться нулю (или быть кратным 360°).
В генераторах сигналов используют резонансные свойства индуктивно-емкостных цепочек или пьезоэлектрические свойства кристалла кварца, а искусственный сдвиг фазы сигнала получают, используя RС-цепочки. Эти методы позволяют создавать генераторы сигналов различной формы с частотой от 0.1 Гц до свыше 400 МГц.
Генератор с фазовым сдвигом состоит из усилителя с обратной связью, благодаря которой появляется сдвиг фазы. На некоторой конкретной частоте полный фазовый сдвиг будет кратным 360°, и если коэффициент петлевого усиления превышает единицу, возникает генерация.
Обычно сдвиг фазы вносится RС-цепочкой, что позволяет создавать дешевые схемы. На частотах свыше 100 кГц большой проблемой становится паразитная емкость, поэтому для таких частот больше подходят индуктивно-емкостные генераторы, описанные ранее.
Сдвиг фазы при передаче сигнала с базы на коллектор в простом транзисторном генераторе с общим эмиттером составляет 180° на любой частоте. Чтобы выполнялось условие возникновения колебаний, т.е. общий сдвиг должен быть 360°, нужно соединить коллектор с базой через цепочку, которая вносит дополнительный фазовый сдвиг, равный 180°.
Схема трехкаскадного фильтра, изображенного на рисунке 2а, построена таким образом, что каждый каскад осуществляет сдвиг сигнала по фазе на 60°, следовательно, общий фазовый сдвиг составляет 180°.
Рисунок 2 – Схема генератора с трехкаскадным
фильтром
Необходимый сдвиг в 60 градусов в каждом каскаде возникает на частоте:
1
f
= 
4πRC
Реактивное сопротивление последовательности каскадов будет иметь несколько другой вид, и для трех последовательно включенных каскадов сдвиг в 180° возникает на частоте-
f =
Схема реального генератора с фазовым сдвигом показана на рисунке 2б. Резисторы Rb1 Rb2 вместе с входным сопротивлением транзистора Rin параллельны друг другу и составляют некое сопротивление. Поскольку входное сопротивление транзистора может варьироваться в достаточно широких пределах, реальная частота генератора зачастую отличается от расчетной теоретической частоты.
Трехкаскадный фильтр ослабляет сигнал, поступающий с коллектора обратно на базу транзистора, но это ослабление компенсируется усилением по напряжению транзистора. Амплитуда выходного сигнала ограничивается теми пределами, при которых транзистор может войти насыщение или перейти в режим отсечки. За счет этого имеют место некоторые искажения формы выходного сигнала.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.