Конспект_СвСУ. Конспект лекций для студентов специальности 153 01 07 Информационные технологии и управление в технических системах
![]()
|
4.21 Генератор импульсов, стабилизированный кварцемНа рисунке 4.59 представлена схема генератора импульсов, стабилизированная кварцем. ![]() Рисунок 4.59 — Генератор импульсов, стабилизированный кварцем За основу схемы принимают логические элементы с открытым коллектором. Здесь используются ЛА7 ТТЛ логики с четырьмя входами. Их разделяют друг от друга конденсатором С3 для того, чтобы режимы по постоянному току каскадов &1 и &1 не накладывались друг на друга. В цепях ООС каждой логики вводят резисторы, наподобие резисторов в цепях ООС ОУ. Они снижают коэффициенты усиления каскадов &1,&2, удовлетворяя баланс амплитуд. Для того, чтобы образовать фильтр нижних частот, создать условия для самовозбуждения только на первой гармонике вводим в эти частные цепи конденсаторы С1, С2. Получаем эквивалент интегратора на логическом элементе. Весь контур охватываем кварцем. В контуре два логических элемента, инвертора, каждый из них образует 180–градусный фазовый сдвиг (в сумме 360°), следовательно, получается ПОС, что является одним из необходимых условий генерации (удовлетворяется баланс фаз). Так как здесь открытый коллектор, то подводим напряжение питания + 5 В через резисторы R4, R6. Для того, чтобы выставить режим, близкий к активной области, вводим смещающие резисторы R3, R5. Кварц – это чрезвычайно узкополосный прибор, поэтому через него проходит в сущности одна синусоида почти без искажений, в итоге здесь в действительности не генератор импульсов, а генератор синусоиды, из которой путем введения дополнительных логических элементов, обрезания вершин и оснований синусоиды формируются импульсы. 5 Генераторы синусоидальных колебаний5.1 Общие определенияВ радиотехнике имеют в виду удовлетворение баланса фаз, удовлетворение баланса амплитуд. В автоматике вместо баланса фаз подразумевают положительную обратную связь, как показано на рисунке 5.1, а). Здесь знак + означает суммирование входного сигнала Xвх и сигнала обратной связи Xос. Это, в прямом смысле, частный случай ПОС. Но и в обычных системах автоматики с отрицательной обратной связью (а таких большинство), кроме отрицательной обратной связи может образовываться ПОС. Причина в том, что прямая часть передаточной функции W рисунка 5.1, а), а также обратная связь ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Балансу амплитуд в радиотехнике также есть соответствие в автоматике. Под балансом амплитуд в радиотехнике понимают удовлетворение условия генерирования неизменной амплитуды XВЫХ во времени на рисунке 5.1, а). В автоматике этому условию соотносят тождественность произведения ![]() ![]() Рисунок 5.1 — ПОС, а); фазо–частотная характеристика, б) а) ![]() б) ![]() в) ![]() В случае а) электронный усилитель по–прежнему работает как усилитель, но с ПОС. Его коэффициент усиления увеличивается, однако линейные и нелинейные искажения возрастают, нестабильность тоже возрастает, полоса пропускания сужается. В случае б) это генератор колебаний, в том числе и синусоидальных. Для синусоидальности должны быть удовлетворены еще два условия: 1 Введены цепи (обычно пассивные), которые описываются математически таким образом, что в их решении есть комплексные корни (иногда их называют колебательными). Именно они формируют синусоиду. 2 Электронные схемы с ПОС нестабильны, и вследствие дрейфа условие тождества нарушается. Поэтому вводят нелинейность (обычно насыщение), которая стабилизирует тождество. Схемы получаются несложные, но нелинейности искажают синусоиду, вводят в нее дополнительные гармоники. Физический смысл баланса амплитуд заключается в том, что сигнал ξ усиливается передаточной функцией W, поступает на выход и на β, через устройство сравнения вновь на W, при этом амплитуда на выходе должна быть той же. Условие баланса фаз: тот же сигнал проходит через W, β, элемент сравнения, при этом фазы выходного и входного сигналов должны совпадать. Т.о. в схемах генераторов синусоидальных колебаний должны быть удовлетворены следующие условия 1 ![]() 2 ПОС – баланс фаз; 3 Комплексные корни; 4 Стабилизирующая нелинейность. Выделяют мягкое и жесткое возбуждение. Мягкое возбуждение заключается в том, что при подаче напряжения питания колебания возрастают до точки устойчивости равновесия. Известны два способа пояснения физического смысла возникновения генерации: 1 После включения напряжения питания образуется толчок, скачок от нуля до уровня напряжения питания (см. рисунок 5.2, а), который создает в колебательных цепях переходной колебательный процесс. Он, вследствие области неустойчивости (заштрихованная область на рисунке 5.2, а), нарастает до точки устойчивого равновесия. ![]() Рисунок 5.2 — Мягкое возбуждение, а); жесткое возбуждение, б) 2 Пусть в схеме уже есть напряжение питания. Замыкаем ПОС. В сущности скачка нет, но есть наводки, флюктуация, они образуют в цепях колебательные процессы, усиливающиеся до установившихся. При жестком возбуждении необходимо дать толчок, превзойти положение первой неустойчивой точки равновесия ![]() Выделяют генераторы синусоидальных колебаний с LC контурами (обычно для частот свыше 1 кГц) и RC цепями для частот до 1 кГц, при этом габариты цепей получаются приемлемыми. Различают генераторы синусоидальных колебаний: – с трансформаторной связью; – с индуктивной трехточкой; – с емкостной трехточкой; – на транзисторах; – на ОУ; – на микросхемах. Выделяют генераторы с RCL цепями, стабилизированные кварцем. |