Что такое генераторы импульсных сигналов - NEVINKA-INFO.RU

Что такое генераторы импульсных сигналов

Рассказываем, для чего нужны генераторы сигналов и в каких областях применяются. Описываем различные виды приборов, приводим их схемы.

Что такое генераторы импульсных сигналов

Генераторы сигналов

Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).

Историческая справка

Первый генератор был создан в 1887 году немецким физиком Германом Герцем. Прибор разрабатывался на основе индукционной катушки (или катушки Румкорфа). Он был искровым и вырабатывал электромагнитные волны. Потом история развивалась так:

  • 1913 г. Другой немецкий ученый, Александр Мейснер, создал электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом.
  • 1915 г. Появилась ламповая (или индуктивная) схема. Включение контура было автотрансформаторным, что отличало его от ранних изобретений. Идея принадлежала американскому физику Ральфу Хартли.
  • 1919 г. На этот раз идея снова принадлежит американцам. Ученый Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, подключаемое к колебательному контуру посредством емкостного разделителя напряжения.

Это было лишь начало. Позже инженерами разных стран было создано множество вариаций электронных генераторов.

Как устроен генератор сигналов?

Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.

Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:

  1. Экран на передней панели. Нужен для отслеживания колебаний и управления ими.
  2. Редактор. Расположен в верхней половине экрана. Позволяет выбрать функцию.
  3. Секвенсор. Размещён чуть ниже редактора, дает информацию о частоте колебаний.
  4. Регулятор. Контролирует и настраивает частоту изменений.
  5. Выходы сигналов. Обычно располагаются под экраном в самом низу прибора. Рядом – кнопка включения оборудования.

Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.

Принцип действия

Рассмотрим схему действия на примере простейшего электронного генератора. Есть проводник и магнитное поле, по которому он движется. В качестве проводника обычно используют рамку.

Принцип действия таков:

  1. Рамка крутится внутри поля и пересекает линии магнитной индукции, отчего образуется электродвижущая сила.
  2. Электродвижущая сила воздействует на ток, который начинает двигаться по рамке.
  3. Электроток проникает в наружную цепь за счет контактных колец.

Схема генератора похожа на схему усилителя. Разница в том, что у первого нет источника входного сигнала. Он заменяется сигналом положительной обратной связи (ПОС).

В процессе обратной связи (ОС) часть выходного сигнала направляется на входную цепь. Структура такого импульса задается спецификой цепи обратной связи. Чтобы обеспечить нужную периодичность колебаний, цепи ОС создают на базе LC или RC-цепей. Частота будет зависеть от времени перезарядки конденсатора.

После формировки в цепи ПОС сигнал отправляется на вход усилителя. Там он умножается в несколько раз и поступает на выход. Оттуда часть отправляется на вход посредством цепи ПОС и снова ослабляется, возвращаясь к исходному значению. Благодаря такой схеме внутри устройства поддерживается постоянная амплитуда выходного сигнала.

Как устроен генератор смешанных сигналов?

Принцип действия генератора смешанных импульсов направлен на то, чтобы ускорить образование сигналов и воспроизводить их с максимальной точностью. Передняя панель прибора снабжена органами управления для контроля самых важных и часто изменяемых параметров. Менее востребованные и редко используемые функции можно найти в меню на основном экране.

Регулятором уровня устанавливается амплитуда движения выходного сигнала. Амплитуду и смещение можно регулировать без входа в многоуровневую систему меню.

Отдельный регулятор также позволяет изменить частоту дискретизации путем изменения периодичности выходного сигнала. При этом форму последнего этот настройщик изменить не сможет. Такая функция есть лишь в меню на основном экране редактирования. Форму выбирают при помощи сенсорной панели или мышки. Пользователь открывает нужную страницу и просто заполняет бланк с цифровой клавиатуры или поворотной ручкой.

Виды генераторов сигналов

Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.

Синусоидальный

Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.

Генератор низкочастотный

Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.

Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.

Генератор звуковой частоты

Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).

Импульсы произвольной формы

Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.

Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.

Контроллеры сложных сигналов

В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).

Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.

Генератор цифрового сигнала

Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.

Области применения

Генераторы сигналов используют современные лаборатории разработчиков электронных и измерительных приборов. Одинаковые генераторы могут применяться в кабинетах от начального до продвинутого уровня.

Однако эти функциональные устройства применяют для настройки и тестирования оборудования и в областях, более доступных обывателю. Вот лишь неполный список устройств, которые используют генераторы:

  • мобильные телефоны, техника для передачи данных, радио- и телеприемники;
  • вычислительные приборы;
  • инверторы, источники бесперебойного питания от электричества или импульсов;
  • бытовые приборы (СВЧ-печи, стиральные и посудомоечные машины);
  • измерительные приборы (амперметры, вольтметры, осциллографы);
  • медицинская аппаратура (томографы, электрокардиографы, аппараты УЗИ).

Находчивые пользователи применяют устройства и для иных целей. Например, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а RStamp SMA100A хорошо показал себя в регулировке аэронавигационных систем.

Генераторы импульсов

Генераторы импульсов используют во многих радиотехнических устройствах (электронных счетчиках, реле времени), применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц. Здесь приводятся простые схемы генераторов, в том числе на элементах цифровой «логики», которые широко используются в более сложных схемах как частотозадающие узлы, переключатели, источники образцовых сигналов и звуков.

На рис. 1 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки S1 (то есть он не является автогенератором, схемы которых приводятся далее). На логических элементах DD1.1 и DD1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки S1, показанном на схеме, на выходе 1 будет напряжение высокого уровня, на выходе 2 — напряжение низкого уровня; при нажатой кнопке — наоборот. Этот генератор удобно использовать при проверке работоспособности различных счетчиков.

На рис. 2 показана схема простейшего генератора импульсов на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К 1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К 1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор — цикл повторяется.

Читайте также  Что такое генератор пикселя

Частота переключении электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использовании реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно один раз в секунду. Такой генератор можно использовать, например, для коммутации гирлянд на новогодней елке, для получения других световых эффектов. Его недостаток — необходимость использования конденсатора значительной емкости.

На рис. 3 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обеспечивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора в 10 раз меньшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя некоторое время откроется стабилитрон VD1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора VT1VT2. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов VT1 и VT2 по схеме составного транзистора повышает входное сопротивление каскада. Реле К 1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15. 17 В и токе 20. 50 мА.

В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 4, использованы логические элементы микросхемы DD1 и полевой транзистор VT1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и R3 генерируются импульсы частотой от 0,1 Гц до 1 МГц. Такой широкий диапазон получен благодаря использованию полевого транзистора, что позволило применить резисторы R2 и R3 сопротивлением в несколько мегаом. С помощью этих резисторов можно изменять скважность импульсов: резистор R2 задает длительность напряжения высокого уровня на выходе генератора, а резистор R3 — длительность напряжения низкого уровня. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1. 2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 — 10. 15 МОм. Транзистор VT1 может быть любым из серий КП302, КП303. Микросхема — К155ЛА3, ее питание составляет 5В стабилизированного напряжения. Можно использовать КМОП микросхемы серий К561, К564, К176, питание которых лежит в пределах 3 … 12 В, цоколевка таких микросхем другая и показана в конце статьи.

При наличии микросхемы КМОП (серия К176, К561) можно собрать широкодиапазонный генератор импульсов без применения полевого транзистора. Схема приведена на рис. 5. Для удобства установки частоты емкость конденсатора времязадающей цепи изменяют переключателем S1. Диапазон частот, формируемых генератором, составляет 1. 10 000 Гц. Микросхема — К561ЛН2.

Если нужна высокая стабильность генерируемой частоты, то такой генератор можно сделать «кварцованным» — включить кварцевый резонатор на нужную частоту. Ниже показан пример кварцованного генератора на частоту 4,3 МГц:

На рис. 6 представлена схема генератора импульсов с регулируемой скважностью.

Скважность – отношение периода следования импульсов (Т) к их длительности (t):

Скважность импульсов высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3, резистором R1 может изменяться от 1 до нескольких тысяч. При этом частота импульсов также незначительно изменяется. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, усиливает импульсы по мощности.

Генератор, схема которого приведена на рисунке ниже, вырабатывает импульсы как прямоугольной, так и пилообразной формы. Задающий генератор выполнен на логических элементах DD 1.1-DD1.3. На конденсаторе С2 и резисторе R2 собрана дифференцирующая цепь, благодаря которой на выходе логического элемента DD1.5 формируются короткие положительные импульсы (длительностью около 1 мкс). На полевом транзисторе VT2 и переменном резисторе R4 выполнен регулируемый стабилизатор тока. Этот ток заряжает конденсатор С3, и напряжение на нем линейно возрастает. В момент поступления на базу транзистора VT1 короткого положительного импульса транзистор VT1 открывается, разряжая конденсатор СЗ. На его обкладках таким образом формируется пилообразное напряжение. Резистором R4 регулируют ток зарядки конденсатора и, следовательно, крутизну нарастания пилообразного напряжения и его амплитуду. Конденсаторы С1 и СЗ подбирают исходя из требуемой частоты импульсов. Микросхема — К561ЛН2.

Цифровые микросхемы в генераторах взаимозаменяемы в большинстве случаев и можно использовать в одной и той же схеме как микросхемы с элементами «И-НЕ», так и «ИЛИ-НЕ», или же просто инверторы. Вариант таких замен показан на примере рисунка 5, где была использована микросхема с инверторами К561ЛН2. Точно такую схему с сохранением всех параметров можно собрать и на К561ЛА7, и на К561ЛЕ5 (или серий К176, К564, К164), как показано ниже. Нужно только соблюдать цоколевку микросхем, которая во многих случаях даже совпадает.

Если требуется повысить нагрузочную способность какого либо узла (чтобы, например, подключить динамик или другую нагрузку), можно применить на выходе усилитель на транзисторе, как в схеме на рис. 6, или же включить несколько элементов микросхемы параллельно, как показано на рисунке ниже:

Универсальная печатная макетная плата для двух микросхем. На таких платах удобно собирать несложные схемы с небольшим количеством деталей, как, например, приведенные в этой статье. Детали паяются к контактным площадкам и при необходимости соединятся перемычками. Размеры платы 100 х 55 мм.

На рисунке ниже приводится цоколевка некоторых широко применяемых цифровых логических микросхем КМОП — технологии с элементами «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ» и инверторов. Микросхемы серий К564, К176 имеют аналогичную цоколевку, цоколевка же микросхем серии К155 отличается от указанной (но такие уже давно не применяются). Питание указанных микросхем, как уже говорилось выше, может быть от 3 до 15 В (кроме серии К176, которая более критична к напряжению питания и нормально работает при 9В).

Классификация генераторов импульсов (импульсных генераторов)

Генератор импульсов (ГИ), или импульсный генератор, – это прибор (устройство), преобразующие энергию постоянного или переменного источника напряжения в энергию электрических импульсов, которые обычно имеют прямоугольную форму.

ГИ используются в большом количестве схем и устройств, а также применяются для наладки и ремонта разнообразных цифровых устройств в области измерительной техники.

Генератор импульсов: классификация

По выходной последовательности основных импульсов различают приборы, генерирующие:

  • одиночные импульсы;
  • парные импульсы;
  • кодовые пакеты;
  • кодовые комбинации;
  • псевдослучайные последовательности импульсов программного и ручного управления параметрами.

По числу каналов выделяются генераторы:

  • одноканальные;
  • многоканальные.

Понятие импульса

Импульс электрической величины – кратковременное (от секунд до наносекунд) воздействие данных величин на нагрузку.

Импульсными устройствами называются устройства, которые используют и формируют импульсные сигналы.

Параметры прямоугольного импульса идеальной и реальной форм

Для прямоугольного импульса идеальной формы различают два параметра:

  • амплитуда – U;
  • длительность – t.

В реальности же форма такого импульса отличается от идеальной:

Параметры реального импульса представлены:

  • Постоянной составляющей напряжения в импульсе
  • Амплитудой – максимальным значением напряжения, силы тока или мощности в импульсе
  • Длительностью фронта – промежутком времени, за который напряжение в импульсе возрастает от 0,1 до 0,9 от амплитудного значения
  • Длительностью среза – промежутком времени, за который напряжение в импульсе убывает от 0,9 до 0,1 от амплитудного значения
  • Длительностью импульса – измеряется на уровне 0,1 от амплитудного значения
  • Активной длительностью импульса – измеряется на уровне 0,5 от амплитудного значения

Импульс считается прямоугольным, если равны длительности фронта и среза.

Классификация импульсов

  • По форме импульсы бывают:

  • По полярности различают импульсы:

Серия прямоугольных импульсов

Графическое отображение последовательности прямоугольных импульсов:

Параметр Ти представляет собой период следования импульсов, то есть промежуток времени, который считается от начала одного условно выбранного импульса и до начала второго импульса.

ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

Наиболее распространены генераторы прямоугольных и линейно изменяющихся (пилообразных) импульсов напряжения.

Генераторы импульсных сигналов (импульсные генераторы) могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем и синхронизации.

В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал лишь по приходе внешнего (запускающего) сигнала. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.

Генераторы прямоугольных импульсов делятся на мультивибраторы и блокинг-генераторы. И те и другие могут работать как в автоколебательном, так и в ждущем режимах.

Автоколебательные мультивибраторы могут быть построены на дискретных, логических элементах или операционных усилителях. Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ представлен на рис. 18.12.

Рис. 18.12 . Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ

В данной схеме с помощью резисторов R1 и R2 введена положительная обратная связь, что является необходимым условием для возникновения электрических колебаний. В зависимости от напряжения на выходе (которое может быть равно либо +Епит, либо –Епит, где Епит – напряжение питания ОУ) на неинвертирующем входе ОУ устанавливается или напряжение U+1, или напряжение U+2. Емкость С, входящая в цепь отрицательной обратной связи, перезаряжается с постоянной времени τ=RC. Период следования импульсов Т определяется выражением

Читайте также  Щетки генератора лада гранта 2012

.

Таким образом, данный мультивибратор формирует прямоугольные импульсы напряжения.

Блокинг-генераторы используют для получения мощных прямоугольных импульсов малой длительности (от долей микросекунды до долей миллисекунды) и скважностью до нескольких десятков тысяч. Основным элементом таких генераторов является импульсный трансформатор (рис. 18.13).

Рис. 18.13. Автоколебательный блокинг-генератор

Блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режимах или в режиме синхронизации. Во время паузы (выходное напряжение отсутствует) происходит перезаряд конденсатора по цепи E–R–W2 с постоянной времени τ1=RC. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе С (и, следовательно, на базе транзистора) становится равным нулю, транзистор начинает открываться (выходить из режима отсечки), начинает протекать ток коллектора, что вызывает появление сигнала положительной обратной связи (через обмотку трансформатора W2), под действием которой транзистор скачкообразно переходит в режим насыщения. При этом конденсатор С перезаряжается по цепи W2–C – входное сопротивление транзистора rвх с постоянной времени τ2=rвх·С. При увеличении напряжения на конденсаторе С ток базы начинает уменьшаться и в конце заряда транзистор выходит из насыщения и закрывается. После этого энергия, запасенная в индуктивности, разряжается на нагрузку. Так как rвх

Рис. 18.14. Линейно изменяющееся напряжение

На рис. 18.14 приняты следующие обозначения: U–начальный уровень, Um–амплитуда ЛИН, Тр–время рабочего хода, Т –время обратного хода.

Устройства, предназначенные для формирования ЛИН, называют генераторами ЛИН (ГЛИН). Генераторы ЛИН часто называют генераторами пилообразного напряжения.

Принцип построения генераторов ЛИН основан на заряде емкости постоянным током. Основой ГЛИН (рис. 18.15) является емкость, через которую от источника постоянного тока ИТ протекает постоянный ток, благодаря чему при разомкнутом ключевом устройстве КУ напряжение на емкости определяется выражением

, (при iс=I=const), т.е. изменяется по линейному закону.

ГЛИН могут работать либо в ждущем (рис. 18.15,а), либо в автоколебательном режиме (рис. 18.15,б). ГЛИН в автоколебательном режиме формирует ЛИН регулярно, а для получения ЛИН в ГЛИН в ждущем режиме необходим внешний импульс напряжения Uвх.

Рис. 18.15. Генераторы линейно изменяющихся напряжений,

работающих в ждущем (а) и автоколебательном (б) режимах

Все ГЛИН можно разделить на три типа:

а) с интегрирующей RC-цепочкой (рис. 18.15);

б) с токостабилизирующим двухполюсником (рис. 18.16);

в) с компенсирующей обратной связью (ОС) (рис. 18.17).

Рис. 18.16. ГЛИН на основе транзисторного ключа

(с интегрирующей RC-цепочкой)

До момента времени t1 транзисторный ключ находится в режиме насыщения, т.е. напряжение Uкэ, а значит, и напряжение Uвых, равны нулю. При подаче в момент времени t1 запирающего импульса напряжения транзистор входит в режим отсечки, и емкость С заряжается от источника Ек через резистор Rк, причем напряжение на емкости стремится к уровню Ек. В момент времени t2 транзистор вновь входит в режим насыщения, и емкость через малое сопротивление промежутка коллектор–эмиттер транзистора разряжается.

Рассмотрим принцип построения ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником, обеспечивающим протекание через него постоянного тока независимо от приложенного напряжения (рис. 18.17). Простейшим токостабилизирующим элементом является транзистор. При постоянном токе базы (например, iбэ), даже при значительном уменьшении напряжения uэк между эмиттером и коллектором (например, от U2 до U1) коллекторный ток транзистора уменьшается незначительно.

Рис. 18.17. ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником

Недостатком данной схемы является то, что при подключении к выходу (т.е. к емкости С) сопротивления нагрузки искажается линейность выходного напряжения.

Рассмотрим ГЛИН с компенсирующей ОС (на основе ОУ) (рис. 18.18). В момент времени t1 ключ К размыкается и осуществляется и осуществляется прямой ход, а в момент времени t2 ключ замыкается, емкость С разряжается и на выходе устанавливается нулевое напряжения. Емкость С заряжается постоянным током, а значит, напряжение на ней (как и напряжение Uвых) изменяется по линейному закону (рис. 18.18,б). Компенсирующее напряжение Uк повторяет напряжение на емкости Uc при размыкается ключа и заряде емкости от источника U. Поскольку компенсирующее напряжение включено встречно по отношению к напряжению на емкости, то напряжение, приложенное к резистору R, все время постоянно и равно U.

Рис. 18.18. ГЛИН с компенсирующей обратной связью

Протекающий через резистор R ток определяется выражением

Если ОУ близок к идеальному, (К→ ∞, Uвх→ 0, i→ 0), то iR=E/R=const. Тогда выходное напряжение определяется выражением

.

Общие характеристики и принципы построения генераторов импульсных сигналов

ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Генераторы импульсных сигналов, или генераторы импульсов, предназначены для получения от источника питания постоянного напряжения электрических колебаний резко несинусоидальной формы, называемых релаксационными. Для таких колебаний характерно наличие участков сравнительно медленного изменения напряжения и участков, на которых напряжение изменяется скачкообразно. В этом случае закон изменения напряжения (тока) приближенно описывается функцией с разрывом первого рода.

Для импульсных генераторов характерно наличие внешней или внутренней положительной обратной связи, обусловливающей возможность их самовозбуждения и скоротечный (лавинообразный, регенеративный) процесс перехода активных элементов генератора из одного крайнего (закрытого, открытого) в другое (открытое, закрытое) состояние. Во время такого лавинообразного процесса происходит быстрое (скачкообразное) изменение напряжения (тока) на некоторых элементах генератора.

Импульсные генераторы делятся на генераторы прямоугольных, трапецеидальных, треугольных, пилообразных импульсов и импульсов некоторых других форм (рис. 1. ). В импульсной технике вычислительных устройств и устройств автоматики чаще всего используются генераторы прямоугольных и пилообразных импульсов, а также их разновидности, с разными соотношениями длительности импульсов и их фронтов — трапецеидальные и треугольные.

Импульсные генераторы могут работать в трех основных режимах: автоколебательном, ждущем и в режиме синхронизации.

Автоколебательные генераторы импульсов после самовозбуждения генерируют последовательность импульсов, параметры которых (амплитуда, частота повторения, длительность, скважность) определяются только параметрами элементов схемы генератора.

Ждущие (заторможенные) генераторы генерируют импульсы, период повторения которых определяется периодом повторения запускающих импульсов, а параметры каждого импульса (амплитуда, длительность, форма) зависят только от параметров схемы генератора.

В режиме синхронизации генератор вырабатывает импульсы, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала. Поэтому такие генераторы часто используются в качестве делителей частоты. Наряду с генераторами импульсов, вырабатывающими одну или две последовательности импульсов, находящихся в противофазе, применяются генераторы, предназначенные для получения нескольких импульсных последовательностей, сдвинутых по фазе друг относительно друга на некоторую произвольную величину, в общем случае не равную 180°. Такие генераторы называются генераторами многофазных импульсов или просто многофазными

Принцип построения генераторов импульсов основан на использовании усилителей-четырехполюсников с положительной обратной связью или двухполюсников, вольт-амперная характеристика которых имеет падающий участок, обусловливающий отрицательное дифференциальное сопротивление двухполюсника. При этом быстропротекающие (лавинообразные, регенеративные) процессы формирования фронта и среза импульсов определяются параметрами активного четырехполюсника или двухполюсника, а сравнительно медленные процессы, связанные с формированием длительности импульсов и паузы между импульсами (для автоколебательных генераторов импульсов), определяются в основном параметрами специально используемых времязадающих (хронирующих) цепей. В четырехполюсниках эти цепи служат одновременно элементами внешней положительной обратной связи и включаются между входами и выходами активных элементов, составляющих эти четырехполюсники. В качестве времязадающих можно использовать емкостно-резисторные или индуктивно-резисторные линейные формирующие цепи, линии задержки и колебательные контуры. В большинстве генераторов импульсов в качестве времязадающих используются — цепи, что объясняется их простотой и технологичностью изготовления. Индуктивно-резисторные цепи и колебательные LC-контуры используются существенно реже и в основном в генераторах импульсов на активных двухполюсниках, что объясняется плохой технологичностью катушек индуктивности.

Кроме времязадающих цепей, структура генераторов импульсов, как правило, содержит источник постоянного напряжения, пороговые элементы и ключи.

В однофазных генераторах (генераторах с одним выходом) времязадающая цепь используется для формирования, как импульса, так и паузы. В парафазных генераторах (генераторах с двумя взаимоинверсными выходами, импульсные последовательности на которых сдвинуты друг относительно друга на 180°) применяются две времязадающие цепи, одна из которых используется для формирования импульса на одном выходе и соответственно паузы на втором выходе, а вторая, наоборот, для формирования импульса на втором выходе и соответственно паузы на первом выходе.

Читайте также  Штекер для генератора лансер 9

Процессы, протекающие в однофазном генераторе, можно представить в следующем виде. Под действием источника питания происходит запасание энергии (заряд) времязадающей цепи. Когда напряжение на ней или ток, проходящий через нее, достигнет порогового значения, срабатывает пороговый элемент и ключ переходит из одного состояния в другое, противоположное первоначальному. Начинается перезаряд накопительного элемента времязадающей цепи и, когда величина заряда достигнет нового порогового значения, установившегося в момент изменения состояния ключа, схема возвращается в первоначальное состояние. После этого процесс повторяется.

В парафазных генераторах времязадающие цепи работают поочередно. В то время, как в одной из времязадающих цепей происходит изменение заряда, определяющее формирование импульса на первом выходе генератора и соответственно паузы на втором, накопительный элемент второй времязадающей цепи подготавливается к рабочему циклу в следующем такте работы. Когда заряд по первой времязадающей цепи достигает порогового значения, происходит опрокидывание схемы и начинается изменение заряда во второй времязадающей цепи, а первая в это время восстанавливает свое исходное состояние.

Различные типы генераторов отличаются друг от друга видами времязадающих цепей, пороговых и ключевых элементов, а также видами медленных переходных процессов во времязадающих цепях, от которых зависит длительность импульсов или их период следования. Эти переходные процессы можно разделить на следующие основные виды:

заряд предварительно разряженного конденсатора через резистор до порогового напряжения Uпор; остаточное (начальное) напряжение на конденсаторе при этом может быть как нулевым, так и отличным от нуля (рис. 5.1.1, а и б);

разряд предварительно заряженного конденсатора через резистор до порогового напряжения Uпор, величина которого близка к нулю, конденсатор при разряде стремится разрядиться до нулевого напряжения или перезарядиться до напряжения противоположного знака, но не перезаряжается, так как в момент уменьшения напряжения на нем до Uпор происходит изменение состояния схемы и на конденсаторе быстро восстанавливается первоначальное напряжение (рис. 5.1.1, в);

перезаряд конденсатора через резистор под действием напряжений Еи (рис. 5.1.1, г); при этом в моменты, когда напряжение на конденсаторе достигает величины Uпор1илиUпор2, происходит изменение состояния схемы и конденсатор подключается к источнику напряжения противоположного знака.

Так как переходные процессы во времязадающих цепях во всех рассмотренных случаях описываются дифференциальными уравнениями первого порядка, для определения длительности переходных процессов tии tn можно пользоваться известным уравнением

(5.1)

где τ — постоянная времени времязадающей цепи; U (0) — напряжение на конденсаторе в момент коммутации; U ( ) — напряжение, к которому заряжается (или перезаряжается) конденсатор; Unop — пороговое напряжение.

В качестве времязадающих цепей используются классические -цепи, изображенные на рис. 1.14, а, б, или мостовая цепь (рис. 5.1.2, а).

Принцип работы мостовой времязадающей цепи иллюстрируется временными диаграммами (рис. 5.1.2, б). Вход активного элемента, например диод VD, которым можно заменить эмиттерный переход п-р-п транзи стора, включается в плечо моста. Напряжения на его аноде uA (t) и катоде uБ (t) таковы, что в течение времени t1он обратно смещен. В точке t1 напряжение на диоде uVD = , а в момент, когда рабочая точка смещается на линейный участок вольт-амперной характеристики диода, он полностью откроется, формируя условия переключения схемы.

Мостовые времязадающие цепи применяются в генераторах повышенной стабильности, частота работы которых практически не зависит от изменения напряжения источника питания Е. В любой из обычных времязадающих цепей (рис. 5.1.1) при изменении Е величина tи изменяется. В мостовой времязадающей цепи (рис. 5.1.2, б) при увеличении Е до величины Е’переходные процессы в точках а и б изменяются а (t) и и΄б (t), однако момент их равенства t1 остается прежним.

В зависимости от функционального назначения генераторы импульсов, применяемые в автоматике, можно подразделить на два основных класса: генераторы прямоугольных импульсов и генераторы пилообразных, или линейно изменяющихся импульсов.

Генераторы прямоугольных импульсов, в свою очередь, делятся на автоколебательные мультивибраторы (MB), ждущие мультивибраторы (ЖМВ), или одновибраторы (ОВ), и блокинг-генераторы (БГ) (автоколебательные и ждущие). В мультивибраторах используются положительные обратные связи через -цепи. Блокинг-генераторы отличаются тем, что в них обратные связи организуются с помощью импульсных трансформаторов, что обусловливает специфику их работы и область применения.

Генераторы пилообразных импульсов составляют особый класс устройств, отличающихся тем, что в своей структуре содержат стабилизаторы тока перезаряда накопительных элементов времязадающих цепей, для чего в их состав входят активные элементы, работающие в линейном режиме.

Для чего нужен генератор сигналов

Генераторы сигналов – это приборы, позволяющие получать электрические, акустические и т.д. импульсы. Устройство может быть различного типа, но, обычно, прибор выбирают под какую-то определённую цель. При выборе решающую роль может играть форма, статические функции и энергетические показатели прибора. Устройство используют в медицинской сфере, а также в быту.

Цифровые генераторы https://digamma.by/katalog/generatory-signalov/ весьма популярны, так как являются приборами высокой точности. Первый генератор появился в 1887 году, его создал немецкий физик по имени Герман Герц. Он работал на основе индукционной катушки, был искровым и производил электромагнитные волны. В 1913 году другой немецкий учёный по имени Александр Мейснер произвёл электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом. В 1915 году учёным Ральфом Хартли была разработана ламповая или индуктивная система. А в 1919 году американский учёный Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, которое подключалось к колебательному контуру при помощи ёмкостного разделителя напряжения. Позже учёными многих стран было произведено большое количество других вариантов электронных генераторов.

Виды генераторов сигналов

Приборы можно различить по форме сигнала. Они бывают синусоидальные, прямоугольные и в виде пилы. Помимо этого, они различаются по частоте. Бывают низкочастотные, либо высокочастотные. Устройства классифицируются также по принципу возбуждения, и делятся на независимые и самовозбуждение.

Генераторы синусоидального импульса, преимущественно, применяют во время проверки блоков питания, инверторов, а также других типов высокочастотной техники, в том числе, и радиоаппаратуры.

В низкочастотных генераторах присутствуют переменные резисторы. Они нужны для корректирования формы и частоты сигнала. Данный низкочастотный прибор подходит для настройки аудиоаппаратуры. Это может быть звуковой усилитель, проигрыватель и т.д. Ярким примером низкочастотного генератора является примитивный компьютер. Необходимо скачать драйверы, а затем подключить его к аппаратуре посредством переходника.

Стандартная система генератора звуковой частоты с микросхемами внутри. Напряжение подаётся в селектор, а сигнал генерируется в микросхеме, либо в нескольких микросхемах. Частота, при этом, настраивается с помощью модуляционного регулятора. Устройство отличается достаточно обширным диапазоном частоты, в отличие от аналогов.

Самыми точными приборами принято считать генераторы с импульсами произвольной конструкции. Прибор способен вырабатывать частоту от 70 Гц. Устройство подразделяют по степени синхронизации. Она зависит от вида коннектора, установленного в приспособление. Поэтому сигнал может быть усилен за 20-35 ньютон-секунд. Определённые виды генераторов работают в линейном и логарифмическом режимах одновременно. Режим можно поменять с помощью переключателя.

Контроллеры сложных сигналов получают импульсы сложной формы, поэтому в сборке имеются только многоканальные селекторы. Сигналы периодически усиливаются, а режим можно поменять с помощью регулятора. Примером такого прибора можно считать DDS (устройство по принципу прямого цифрового синтеза). Базовая плата оборудована микроконтроллерами, которые легко снимаются и устанавливаются на место. В некоторых типах генераторов такого рода микроконтроллер заменяется одним движением. В случае монтированного редактора, установить ограничители невозможно.

Чтобы пользоваться устройством, особых усилий прилагать не придётся, но важно заметить, что главное, тщательно и правильно его настроить. Принцип действия генератора сигнала основан на ускорении образования сигналов и воспроизведении их с максимальной точностью.

Практическое применение генераторов сигнала

Эти устройства используют в современных лабораториях разработчики электронных и измерительных приборов. Одни и те же генераторы могут быть применены в кабинетах от начального до продвинутого уровня. Генераторы используются в мобильном телефоне, технике для передачи данных, в радиоприёмниках, телеприёмниках, вычислительных машинах, инверторах, бытовых приборах, измерительных устройствах, медицинской аппаратуре. Находчивые обыватели нашли применение для иных целей. К примеру, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а для регулировки аэронавигационных систем использовали RStamp SMA100A.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: