Введение в электронику

Рис. 29–13. Генератор на основе моста Вина на интегральной микросхеме.

29-2. Вопросы

Генераторы несинусоидальных колебаний генерируют несинусоидальные колебания. Это не какая-то особая форма колебаний. Несинусоидальные колебания могут иметь прямоугольную, пилообразную или треугольную форму или комбинацию этих форм. Общей характеристикой для всех генераторов несинусоидальных колебаний является то, что все они — релаксационные генераторы. Релаксационный генератор запасает энергию в реактивной компоненте в течение одной фазы цикла колебаний и постепенно отдает ее в течение релаксационной фазы цикла.

Релаксационными генераторами являются блокинг-генераторы и мультивибраторы. На рис. 29–14 изображена схема блокинг-генератора.

Рис 29–14. Блокинг-генератор.

Причиной названия является то, что транзистор легко переводится в режим блокирования (запирания). Условие блокирования определяется разрядом конденсатора C₁. Конденсатор C₁ заряжается через переход эмиттер-база транзистора Q₁. Однако когда конденсатор C₁ заряжен, у него есть только один путь разряда — через резистор R₁. Величина постоянной времени RC цепочки из резистора и конденсатора С₁, устанавливает, как долго транзистор будет заперт (блокирован), а также определяет частоту колебаний. Большая постоянная времени соответствует низкой частоте, а маленькая постоянная времени — высокой частоте.

Если выходное напряжение взять с RC цепочки в эмиттерной цепи транзистора, то оно будет иметь пилообразную форму (рис. 29–15).

Рис. 29–15. Напряжение пилообразной формы, генерируемое блокинг-генератором.

RC цепочка определяет частоту колебаний и создает пилообразное напряжение. На транзистор подано напряжение смещения в прямом направлении через резистор R₁. Как только транзистор Q₁ начинает проводить, конденсатор С₁ быстро заряжается. Положительный потенциал на верхней обкладке конденсатора С₁ смещает эмиттерный переход в обратном направлении, запирая транзистор Q₁. Конденсатор С₁ разряжается через резистор R₂, образуя задний фронт пилообразного импульса. Когда конденсатор С₁ разряжается, транзистор опять смещается в прямом направлении и начинает проводить, повторяя процесс.

Конденсатор С₁ и резистор R₂ определяют частоту колебаний. Сделав резистор R₂ переменным, можно изменять частоту колебаний. Если резистор R₂ имеет высокое сопротивление, постоянная времени RC цепочки велика и частота колебаний низка. Если резистор R₂ имеет низкое сопротивление, постоянная времени RC цепочки уменьшится и частота колебаний возрастет.

Мультивибратор — это релаксационный генератор, который может находиться в одном из двух временно стабильных состояний, и быстро переключаться из одного состояния в другое.

На рис. 29–16 изображена основная схема автоколебательного мультивибратора.

Рис. 29–16. Автоколебательный мультивибратор.

Основой генератора являются два каскада, связанные между собой таким образом, что на вход каждого каскада подается сигнал с выхода другого каскада. Когда один каскад открыт, другой заперт до тех пор, пока эти условия не поменяются местами. Цепь самовозбуждается благодаря наличию положительной обратной связи.

Частота колебаний определяется параметрами цепи связи.

Астабильный мультивибратор является разновидностью автоколебательных мультивибраторов. Астабильный мультивибратор вырабатывает прямоугольные импульсы. Изменением постоянной времени RC цепочки цепей связи можно получить прямоугольные импульсы любой желаемой ширины. Изменением значений резистора и конденсатора может быть изменена рабочая частота. Стабильность частоты мультивибратора выше, чем у типового блокинг-генератора.

Интегральной микросхемой, которая может быть использована в качестве астабильного мультивибратора является таймер 555 (рис. 29–17). Эта интегральная микросхема может выполнять много функций. Она состоит из двух компараторов, триггера, выходного каскада и разрядного транзистора.

Рис. 29–17.Блок-схема интегральной микросхемы таймера 555.

На рис. 29–18 изображена схема, в которой таймер 555 используется в качестве астабильного мультивибратора. Частота колебаний определяется резисторами R_А и R_B и конденсатором С₁. Эта цепь находит широкое применение в промышленности.

Рис. 29–18. Астабильный мультивибратор на основе таймера 555.

29-3. Вопросы

РЕЗЮМЕ

• Генератор — это невращающееся устройство, вырабатывающее переменный ток.

• Выходное напряжение генератора может быть синусоидальным, прямоугольным или пилообразным.

• Основное требование к генератору — его выходное напряжение должно иметь постоянную частоту или амплитуду.

• Когда конденсатор и катушка индуктивности соединяются параллельно, образуется колебательный контур.

• Когда к колебательному контуру прикладывается напряжение от внешнего источника, в нем возникают колебания.

• Колебания в колебательном контуре затухают из-за потерь, обусловленных наличием сопротивления.

• Для поддержания колебаний в колебательном контуре требуется положительная обратная связь.

• Генератор состоит из трех основных частей: частотоопределяющего устройства, усилителя и цепи обратной связи.

• Тремя основными типами генераторов синусоидальных колебаний являются LC генераторы, кварцевые генераторы и RC генераторы.

• Тремя основными типами LC генераторов являются генератор Хартли, генератор Колпитца и генератор Клаппа.

• Кварцевые генераторы обеспечивают большую стабильность частоты выходного сигнала, чем LC генераторы.