Что такое релаксационные генераторы колебаний

Что такое релаксационные генераторы колебаний

Релаксационные генераторы

Релаксационными называют генераторы, у которых регулирующий (усилительный) элемент работает в переключательном (релейном) режиме. К ним относят автоколебательный и ждущий мультивибраторы, генераторы пилообразных и треугольных колебаний. Основой релаксационных генераторов на ОУ является обычно регенеративный компаратор, называемый также триггером Шмитта. Регенеративный компаратор представляет собой операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью (рисунок 1).

Рисунок 1 — Триггер Шмитта неинвертирующий (а) и инвертирующий (б)

Переходная характеристика компаратора имеет гистерезис, ширина которого равна удвоенному пороговому напряжению 2Uп, причем для схемы на рисунке 1а

а для схемы на рисунке 1б

где Uм – выходное напряжение насыщения усилителя.

Схема автоколебательного мультивибратора приведена на рисунке 2а. Он состоит из инвертирующего триггера Шмитта, охваченного отрицательной обратной связью с помощью интегрирующей RC-цепочки.

Рисунок 2 — Схема мультивибратора (а) и временная диаграмма его работы (б)

Когда напряжение uc достигает порога срабатывания триггера Шмитта, схема переключается и ее выходное напряжение скачком принимает противоположное значение. При этом конденсатор начинает перезаряжаться в противоположном направлении, пока его напряжение не достигнет другого порога срабатывания. Схема переключается в первоначальное состояние (рисунок 2б).

Анализ схемы мультивибратора позволяет записать дифференциальное уравнение:

При начальных условиях uc(0) = –Uп решение этого уравнения имеет вид:

Значение напряжения, равное порогу срабатывания триггера Шмитта (условие uc(t)=Uп), будет достигнуто спустя время

Период колебаний мультивибратора, таким образом, равен

Как видно из последней формулы, период колебаний мультивибратора не зависит от напряжения Uм, которое, в свою очередь определяется напряжением питания Uпит. Поэтому частота колебаний мультивибратора на ОУ мало зависит от питающего напряжения.

Ждущий мультивибратор (одновибратор)

Обычное назначение ждущего мультивибратора – получение одиночного импульса заданной длительности. Отсчет длительности импульса начинается от фронта (или уровня) специального запускающего импульса. Для того, чтобы перейти от схемы автоколебательного к схеме ждущего мультивибратора, необходимо ввести дополнительно цепь запуска и цепь “торможения”. Схема одновибратора приведена на рисунке 3а.

Рисунок 3 — Схема одновибратора (а) и временная диаграмма его работы (б)

Если выходное напряжение ОУ отрицательное максимальное, то диод VD1 открыт, и напряжение на времязадающем конденсаторе uc небольшое отрицательное, равное примерно 0,5 В. При правильном выборе параметров схемы напряжение на неинвертирующем входе ОУ

,

поэтому при отсутствии запускающего импульса Uзап схема находится в устойчивом состоянии. По приходе положительного запускающего импульса достаточной амплитуды операционный усилитель за счет положительной обратной связи переключается в такое состояние, при котором его выходное напряжение равно +Uм. Диод VD2 закрывается и на р-входе ОУ устанавливается напряжение .

К времязадающей цепи RC теперь приложено напряжение +Uм, под действием которого закрывается диод VD2 и начинается заряд конденсатора С. Когда, спустя время t1, напряжение uc достигнет порога Uп, операционный усилитель переключится и вернется в первоначальное состояние. Конденсатор С начнет разряжаться и, спустя промежуток времени tр, называемый временем релаксации, напряжение uc станет отрицательным, диод VD1 откроется и цикл закончится.

Процессы в схеме описываются тем же уравнением (38), но начальное условие иное, и его решение для одновибратора имеет вид:

где UД – падение напряжения на открытом диоде VD1.

Отсюда по условию uc(t1) = Uп найдем длительность импульса одновибратора:

Из последнего выражения видно, что длительность импульса одновибратора зависит от выходного напряжения насыщения ОУ, которое, в свою очередь определяется напряжением питания.

Другим недостатком рассмотренной схемы является значительное время релаксации, в течение которого на одновибратор нельзя подавать запускающий импульс (иначе будет сокращена длительность выходного импульса). Эти недостатки отсутствуют у одновибратора, выполненного на специализированных ИМС, называемых аналоговыми таймерами.

Дата добавления: 2016-01-18 ; просмотров: 2802 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Релаксационный генератор

Релаксационный генератор — генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме — включён/выключен.

Характерные особенности релаксационных генераторов:

• Не могут работать при отключенном источнике энергии.

• Являются только автогенераторами.

• Являются нелинейными системами, для описания требуют применения нелинейной теории колебаний.

Следует рассмотреть релаксационные генераторы не только электрических, но и механических колебаний.

Релаксационные генераторы механических колебаний

2. Различные дозирующие устройства.

3. Струна скрипки, возбуждаемая смычком.

4. Скрипящие тормоза автомобилей и ж/д вагонов.

Релаксационные генераторы электрических колебаний

1. Различные модификации мультивибраторов.

2. Генератор пилообразного напряжения (в том числе на неоновой лампе).

3. Генератор треугольного напряжения.

Литература

• Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение).
• Добавить иллюстрации.
• Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.
• Проставить интервики в рамках проекта Интервики.

• Рекшино (Нижегородская область)
• Религиозно-философское общество

Полезное

Смотреть что такое «Релаксационный генератор» в других словарях:

РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР — (генератор релаксационных колебаний) генератор электромагнитных колебаний, ни пассивные цепи к рого, ни активный нелинейный элемент не обладают резонансными свойствами. В отличие от генераторов, имеющих в своём составе резонаторы, в к рых за… … Физическая энциклопедия

РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР — (релаксатор) генератор, вырабатывающий негармонические электрические колебания (импульсы) в результате быстрого высвобождения энергии, запасенной от источника постоянного тока, напр. в электрическом конденсаторе или катушке индуктивности. К… … Большой Энциклопедический словарь

релаксационный генератор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN free running generatorrelaxation oscillator … Справочник технического переводчика

релаксационный генератор — (релаксатор), генератор, вырабатывающий негармонические электрические колебания (импульсы) в результате быстрого высвобождения энергии, запасённой от источника постоянного тока, например в электрическом конденсаторе или катушке индуктивности.… … Энциклопедический словарь

релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippgenerator, m; Kippschwinger, m; Kippschwingungsgenerator, m rus. релаксационный генератор, m pranc. oscillateur de… … Automatikos terminų žodynas

релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Autogeneratorius, kurio kuriamų virpesių pavidalas labai skiriasi nuo harmoninių. atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Neharmoninių elektrinių virpesių elektroninis generatorius. atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippgenerator, m; Kipposzillator … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippschwinger, m; Kippschwingungsgenerator, m; Kippschwingungsoszillator, m rus. релаксационный генератор, m pranc. générateur… … Fizikos terminų žodynas

Релаксационный генератор — релаксатор, генератор электрических негармонических колебаний, обычно обладающих широким спектром (см. Генерирование электрических колебаний). Основные элементы Р. г. реактивный накопитель энергии (ёмкостный или индуктивный) и нелинейный… … Большая советская энциклопедия

блокинг-генератор — генератор кратковременных (около 1 мкс) электрических импульсов, повторяющихся через сравнительно большие интервалы. Применяются в устройствах импульсной техники. * * * БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР, релаксационный генератор с… … Энциклопедический словарь

Релаксационный генератор

Принцип работы релаксационного генератора основан на поведении физической системы, возвращающейся к равновесию после того, как оно нарушится. То есть, динамическая система в виде генератора, непрерывно рассеивает свою внутреннюю энергию. Обычно система возвращается к своему естественному равновесию, однако, каждый раз, когда она достигает некоторого порога, находящегося достаточно близко к равновесному состоянию, механизм работы сообщает ей дополнительную энергию. Таким образом, поведение генератора характеризуется длительными периодами рассеивания энергии, со следующими за ними короткими импульсами. Период колебаний зависит от времени, который необходим системе, что бы успокоится после нахождения в возмущённом состоянии до порога, при котором произойдёт следующее возмущение.

Реализация

Многие электронные релаксационные генераторы запасают энергию в конденсаторе, а затем периодически рассеивают эту энергию, в результате чего возникают колебания. Например, конденсатор может заряжаться до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет некоторого порогового напряжения, достаточно близкого к напряжению питания. В этот момент конденсатор может быть быстро разряжен (например, короткозамкнут). Кроме того, каждый раз, когда конденсатор достигает порога, напряжение заряжающего источника может быть переключено из положительного в отрицательное, или наоборот. Во всех таких ёмкостных релаксационных генераторах период колебаний зависит от скорости разряда конденсатора. Реализации этих двух типов релаксационных генераторов будет рассмотрена далее, но релаксационные генераторы не обязательно могут быть электронными. Любой генератор, колебания которого приводятся в действие системой, которая почти всегда рассеивает энергию можно назвать релаксационным генератором.

Релаксационный генератор Пирсона-Ансона

Этот генератор может быть реализован с ёмкостной или резистивно-ёмкостной интегрирующей цепью, запитанной от источника постоянного тока или напряжения, и пороговым устройством с гистерезисом (неоновая лампа, тиратрон, динистор или однопереходный транзистор), подключённых параллельно с конденсатором. Конденсатор заряжается от источника напряжения, что вызывает рост напряжения на нём. Пороговое устройство не проводит ток до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигает порога переключения. Как только порог переключения достигнут, проводимость порогового устройства возрастает лавинообразно из-за присущей положительной обратной связи, в результате чего быстро разряжается конденсатор. Когда напряжение на конденсаторе падает до некоторого нижнего порога, устройство прекращает проводить ток и конденсатор начинает заряжаться вновь, и далее цикл повторяется до бесконечности.

Рис.1. Типичная схема релаксационного генератора Пирсона-Ансона

Если пороговым элементом является неоновая лампа, то схема также даёт вспышки света с каждым разрядом конденсатора. Пример с неоновой лампой изображён на рисунке 1 в классической схеме, описывающей эффект Пирсона-Ансона. Продолжительность времени разрядки может быть увеличена путём подключения дополнительного резистора последовательно с пороговым элементом. Два резистора образуют делитель напряжения, так что дополнительный резистор должен иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы неоновая лампа могла достичь нижнего порога переключения.

Когда в качестве триггера используется неоновая лампа или тиратрон, то часто последовательно с ними в схему добавляют второй резистор номиналом от десятков до сотен Ом для ограничения тока разряда конденсатора. Это предотвращает распыление покрытия электродов неоновых ламп и предохраняет тиратроны от повреждений в результате прохождения большого тока через электроды.

Альтернативная реализация генератора с помощью 555 таймера (КР1006ВИ1)

Аналогичный релаксационный генератор может быть построен с помощью 555 таймера (работающего в астабильном режиме), используемого вместо неоновой лампы, описанной выше. То есть, когда конденсатор заряжается до определённого значения, компаратор в 555 таймере переключается, чтобы активировать транзисторный ключ, который разряжает конденсатор через резистор на землю. Очень быстро напряжение на конденсаторе падает до достаточно низкого значения, и далее ключ закрывается, чтобы дать конденсатору зарядиться снова.

Рис.2. Внутренняя структура 555 таймера

Рис.3. Включение 555 таймера в астабильном режиме. Частота на выходе: F=1/(0.7*C*(R1+2R2))

Релаксационный генератор на основе компаратора

Каждый раз, когда напряжение на конденсаторе достигает одного из порогов, напряжение, подаваемое на конденсатор может быть переключёно из положительного в отрицательное или наоборот. Этот вариант показан на рисунке 4, в виде релаксационного генератора на основе компаратора.

Рис.4. Релаксационный генератор на основе компаратора

Это релаксационный генератор является генератором с гистерезисом, названный так из-за наличия гистерезиса, создаваемого положительной обратной связью, реализован на компараторе. Схема, в которой реализуется эта форма гистерезисного переключения, известна как триггер Шмитта. Сам по себе триггер является бистабильным мультивибратором. Однако отрицательная обратная связь, добавленная к триггеру с помощью RC цепи вынуждает схему работать автоматически. То есть, добавление RC цепи превращает гистерезисный бистабильный мультивибратор в астабильный мультивибратор.

Общая концепция

Система находится в неустойчивом равновесии, если входы и выходы компаратора находятся при напряжении около нуля. Появление какого-либо шума, будь то тепловой или электромагнитный, устанавливает на выходе компаратора некоторое положительное напряжение (так же возможно установление на выходе компаратора отрицательного напряжения), положительная обратная связь доводит напряжение на выходе компаратора до напряжения насыщения.

Другими словами, из-за того, что на выходе компаратора теперь положительное напряжение, неинвертирующий вход компаратора так же будет находиться при положительном напряжении, и напряжение на нём будет продолжать увеличиваться по мере увеличения выходного напряжения, поступающего на вход через делитель. Через некоторое время выход компаратора достигнет максимально возможного положительного напряжения, т.е. войдёт в насыщение.

Инвертирующие вход и выход компаратора связаны между собой через последовательно соединённую RC цепь. Из-за этого напряжение на инвертирующем входе компаратора асимптотически приближается к выходному напряжению компаратора с постоянной времени RC. В момент, когда напряжение на инвертирующем входе будет больше, чем на неинвертирующем, выходное напряжение компаратора быстро упадёт из-за положительной обратной связи.

Это происходит потому, что напряжение на неинвертирующем входе меньше, чем напряжение на инвертирующем, и по мере того, как выходное напряжение продолжает уменьшаться, разница между входными напряжениями становится всё более отрицательной. Опять же, напряжение на инвертирующем входе асимптотически повышается до выходного напряжение компаратора, и цикл повторяется раз напряжение на неинвертирующем входе больше, чем напряжение на инвертирующем входе, следовательно, система начинает генерировать

Практическое применение релаксационных генераторов

Эти генераторы были использованы в качестве времязадающих в ранних моделях осциллографов и телевизионных приёмников. Разновидности этих схемы находят применение в стробоскопах, используемых в автомастерских и ночных клубах. Электронные фотовспышки построены на моностабильный версии этой схемы, генерируя один пилообразный импульс, передней фронт которого заряжает конденсатор, а круто падающий задний фронт соответственно разряжает, производя вспышку после получения сигнала от кнопки спуска. Использование релаксационных генераторов в качестве цепей развёртки в осциллографах было прекращено после появления гораздо более линейной схемы Интегратора Миллера.

Генераторы релаксационных колебаний.

— генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме — включён/выключен.

1. Не могут работать при отключенном источнике энергии.
2. Являются только автогенераторами.
3. Являются нелинейными системами, для описания требуют применения нелинейной теории колебаний.

1. Различные модификации мультивибраторов.
2. Генератор пилообразного напряжения.
3. Генератор треугольного напряжения.

— релаксационный генератор сигналов электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Мультивибраторы могут быть настроены для работы в одном из трех режи­мов: .

Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью.

Отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при режиме его работы.

В режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают синхронизирующие сигналы.

Режим отличается от автоколебательного тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего (синхронизирующего) колебания удаётся подстроить частоту колебаний мультивибратора под частоту синхронизирующего напряжения или сделать кратной ей (захват частоты) для автоколебательных мультивибраторов.

• частота в Гц.
• и величины резисторов в Омах.
• и величины конденсаторов в Фарадах.
• — длительность периода

• Токостабилизирующий элемент (ТСЭ), обеспечивающий постоянный во времени ток заряда конденсатора C.
• Конденсатор С, на котором формируется линейно изменяющиеся напряжение.
• Ключевое устройство (КУ), с помощью которого осуществляется переключение формирования прямого и обратного хода выходного напряжения.
• Формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий импульсные сигналы управления ключевым устройством (задающий длительность рабочего хода и частоту следования выходных импульсов пилообразного напряжения).
• Эмиттерный повторитель, согласующий большое сопротивление нагрузки ОУ с малым сопротивлением нагрузки генератора.

Простейшая схема ГЛИН приведена на . Линейно изменяющееся напряжение образуется при заряде конденсатора С через резистор Rк от источника Ек. Транзистор , работающий в ключевом режиме, переключает конденсатор с заряда на разряд. Временные диаграммы, поясняющие работу простого ГЛИН, приведены на

В исходном состоянии до момента транзистор закрыт пороговым напряжением , конденсатор заряжен до напряжения . В момент на его вход поступают импульсы положительной полярности. При поступлении первого импульса транзистор открывается и конденсатор разряжается через открытый транзистор . Длительность импульсов, отпирающих транзистор, устанавливается такой, чтобы конденсатор мог разрядиться практически полностью. В момент действие импульса заканчивается, транзистор запирается и начинается заряд конденсатора в цепи с постоянной времени . В этом случае выходная цепь генератора представляет собой удлиняющую -цепь, в которой напряжение источника является входным. Напряжение на выходе такой цепи меняется по экспоненциальному закону, стремясь к напряжению источника .

• t пр -длительность прямого хода (время, в течение которого происходит заряд конденсатора С через резистор R k ;
• t о -длительность обратного хода (время восстановления) — время, в течение которого происходит разряд конденсатора С ;
• T = t пр + t о -период повторения пилообразных импульсов;
• Um -амплитуда пилообразных импульсов.

Параметром, характеризующим схему ГЛИН, является источника питания , под которым понимают отношение: .

Релаксационные генераторы

Релаксационные генераторы – это генераторы, усилительные элементы которых работают в релейном переключательном режиме. К релаксационным генераторам относятся генераторы треугольных и пилообразных колебаний, а также ждущий и автоколебательный вибраторы.

Основным элементом релаксационных генераторов считается триггер Шмитта, который по-другому называется регенеративным компаратором. Этот прибор изготовлен в виде операционного усилителя с резистивной положительной обратной связью.

В релаксационных генераторах колебания возбуждаются и поддерживаются в пассивных цепях. Цепи не обладают некоторыми колебательными свойствами. За каждый колебательный период в генераторе часть колебательной энергии теряется, но потом снова восстанавливается. Длительность периода генерируемых колебаний определяется процессом установления равновесия цепей, т. е. релаксации. Форма колебаний определяется свойствами активного элемента и колебательных цепей. Она может варьироваться от скачкообразных разрывных колебаний до гармонических колебаний. Способность изменять форму колебаний дает возможность применять релаксационный генератор при получении электрических колебаний определенной формы. Это могут быть прямоугольные импульсы, пилообразное напряжение и т. д. Кроме этого, генераторы используются для генерации гармонических колебаний сверхнизких и звуковых частот.

Релаксационным генератором электрических колебаний разрывного типа является мультивибратор. Название его произошло от латинского слова что означает «колеблю». Термин «мультивибратор» предложил голландский ученый-физик Ван дер Поль. В отличие от моновибратора, каковым является генератор синусоидальных колебаний, название мультивибратора указывает на многочисленность гармоник спектра генерируемых колебаний.

Мультивибраторы бывают симметричными и несимметричными.

В симметричных мультивибраторах длительность рабочих тактов одинакова, в несимметричных мультивибраторах длительность различна. Как правило, самыми распространенными мультивибраторами считаются мультивибраторы, основанные на транзисторах, электронных лампах, интегральных схемах, тиристорах. В устройствах на транзисторах усилители возбуждаются по очереди, такие мультивибраторы называются двухфазовые. В двух периодах времени возбуждается сначала один усилитель, затем другой. Динамическое состояние возбужденного усилителя определяет чередование фаз. Усилитель возбуждается при определенном достаточном количестве напряжения на входе, которое отпирает закрытый транзистор. При использовании усилителями мультивибратора транзисторов разного типа оба возбуждаются одновременно и одновременно в определенный момент времени переходят в невозбужденное состояние. Переход усилителей из возбужденного состояния и наоборот обуславливается соотношением определенных сил токов в базовой и коллекторных цепях. Принцип действия мультивибратора схож с механизмом работы блокинг-генератора.

Мультивибратор выполняет самые различные функции, он выступает в роли генератора или формирователя импульсов, бесконтактного переключателя, делителя частоты и т. д. Подобные устройства используются в вычислительной, измерительной технике, автоматике, реле времени и т. д.

Релаксационные генераторы, а среди них и мультивибратор, работают в ждущем и автоматическом режимах. Когда подается импульс запуска, который является управляющим сигналом, мультивибратор выходит из ждущего режима и генерирует рабочий импульс. После генерации импульса мультивибратор снова переходит в состояние покоя. Подобный режим чаще всего используется при генерировании импульсов, у которых строго обозначена форма. Наряду с двухфазными генераторами существуют также многофазные мультивибраторы. В состав подобных устройств входят резистивные усилители, которых охватывают связи. Одна из них является общей, другая междукаскадной обратной связью. В многофазном мультивибраторе с выходов усилителей получается последовательность сдвинутых импульсов в пространстве и времени. За счет этой характеристики мультивибратор применяется в многоканальных системах передачи, преобразования и отбора информации.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

7.3. Преобразователи энергии: двигатели-генераторы и выпрямители

7.3. Преобразователи энергии: двигатели-генераторы и выпрямители Преобразователь электрической энергии — это электротехническое изделие (устройство), преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и (или) показателей качества в электрическую

5.1. Генераторы

5.1. Генераторы 5.1.1. Турбо- и гидрогенераторы В зависимости от рода первичного двигателя синхронные генераторы делятся на турбогенераторы (с приводом от паровых или газовых турбин) и гидрогенераторы (с приводом от водяных турбин). Обозначения типов синхронных генераторов

Конструкции генераторов. Примеры схем

Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор гармонических или каких-либо других колебаний.
Самые очевидные использования генераторов, например, в качестве источников синусоидальных сигналов, каких-либо функций, импульсов.
Источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах, инициирующих измерения или технологические процессы. Вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими состояниями или периодическими колебаниями. Они присутствуют практически везде. Так, например, генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых мультиметрах, осциллографах, радиоприемниках, ЭВМ, в любом периферийном устройстве ЭВМ, почти в любом цифровом приборе (счетчики, таймеры, калькуляторы и любые приборы с «многократным отображением») и во множестве других устройств, слишком многочисленных, чтобы их здесь перечислять.

Устройство без генератора либо вообще ни на что не способно, либо предназначено для подключения к другому (которое скорее всего содержит генератор). Не будет преувеличением сказать, что генераторы являются таким же необходимым устройством в электронике, как регулируемый источник питания постоянного тока.

В зависимости от конкретного применения генератор может использоваться просто как источник регулярных импульсов («часы» в цифровой системе). От него может потребоваться стабильность и точность (например, опорный интервал времени в частотомере), регулируемость (гетеродин передатчика или приемника) или способность генерировать колебания в
точности заданной формы (как например, генератор горизонтальной развертки осциллографа).

Релаксационный генератор

Очень простой генератор можно получить несложными манипуляциями. Зарядим конденсатор через резистор (или источник тока), а затем, когда напряжение достигнет некоторого порогового значения, быстро его разрядим и начнем цикл сначала. Это можно сделать с помощью внешней цепи, обеспечивающей изменения полярности тока заряда при достижении некоторого порогового напряжения. Следовательно, будут генерироваться колебания треугольной формы, а не пилообразные. Генераторы, построенные на этом принципе, известны под названием «релаксационные генераторы». Они просты и недороги и при умелом проектировании могут обеспечивать удовлетворительную стабильность по частоте.

Раньше для создания релаксационных генераторов применялись устройства с отрицательным сопротивлением, такие, как однопереходные транзисторы или неоновые лампы. Теперь предпочитают ОУ или специальные интегральные схемы таймеров. На рисунке показан классический релаксационный RС-генератор.

Работает он просто. Допустим, что при начальном включении питания выходной сигнал ОУ выходит на положительное насыщение (каким образом это произойдет — неважно). Конденсатор начинает заряжаться до напряжения с постоянной времени, равной Когда напряжение на конденсаторе достигнет половины напряжения источника питания, ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения (он включен как триггер Шмитта). Конденсатор начинает разряжаться до самой постоянной времени. Этот цикл повторяется бесконечно, с периодом 2,2 не зависит от напряжения источника питания.

Применяя для заряда конденсатора источники тока, можно получить колебания хорошей треугольной формы. Пример удачной схемы (datasheet СА3160):

Иногда необходим генератор с очень низким уровнем шума (так называемый «низкий внеполосный шум»). В этом отношении хороша простая схема, показанная на рисунке:

В схеме используется пара КМОП-инверторов (в виде цифровых логических схем). Соединение инверторов между собой образует некоторую разновидность релаксационного генератора с выходным сигналом в виде прямоугольного колебания. Измерения, проведенные для этой схемы, работающей на частоте 100 кГц, показали, что плотность мощности шума в ближайшей боковой полосе ниже, по крайней мере, на 85 дБ уровня основного колебания. Иногда встречается аналогичная схема, в которой заменяют местами элементы и Хотя это и превосходный генератор, но он уже имеет крайне зашумленный выходной сигнал.

Представленная на рисунке ниже схема имеет даже более низкий уровень шума.

Кроме того, имеется возможность модулировать выходную частоту с помощью внешнего тока, прикладываемого к базе транзистора Т1. В этой схеме транзистор Т1 функционирует как интегратор. На коллекторе Т1 вырабатывается сигнал асимметричной треугольной формы. Сами же инверторы работают в качестве неинвертирующего компаратора. Изменяют полярность возбуждения на базе каждые полпериода. Эта схема имеет плотность шума — 90 дБД/Гц, измеренную на частоте 100Гц смещения от несущего колебания 150 кГц, и —100 дБД/Гц, измеренную при смещении 300 Гц. Эти схемы превосходны в отношении уровня бокового шума. Но генерируемая частота имеет большую чувствительность к колебаниям напряжения источника питания.

Источник: nevinka-info.ru