Кристалл – параллельный резонансный контур цепи. Импеданс кристалла максимален при параллельном резонансе → максимальное напряжение на конденсаторах. Напряжение на выходе подается обратно на вход.
Режимы колебаний кристалла
•На основной частоте самой низкой, на которой возможен резонанс,
зависит от размеров кристалла, типа среза и др. Обратно пропорциональна толщине кристаллической пластины. Слишком тонкий срез невозможен → верхний предел основной частоты (<20
МГц).
•На частоте обертонов приблизительно целые кратные основной частоты, часто, но не всегда являются нечетными гармониками
основной частоты (3,5,7…).
Кварцевые генераторы доступны в ИС.
Релаксационные генераторы
= Мультивибраторы.
Двухкаскадное устройство с использованием времязадающей RC-цепи устройства с изменяемым состоянием для генерации периодической формы волны. Для генерации несинусоидальных сигналов.
Типовые схемы:
•Генератор треугольного сигнала
•Функциональный генератор
•Генератор, управляемый напряжением (пилообразного сигнала)
•Генератор прямоугольного сигнала
Базовая схема генератора треугольного сигнала
41
Интегратор на ОУ + двойная полярность на переключаемом входе:
•Переключатель в 1 → -V, выходной сигнал нарастает
•Переключатель в 2 → +V, выходной сигнал падает
При переключении из 1 в 2 и т.п. с фиксированными интервалами на выходе треугольная волна.
Функциональный генератор
•Компаратор на ОУ с гистерезисом для переключения.
•Выход компаратора подключен к инвертирующему входу интегратора.
R2 и R3 определяет амплитуду треугольного сигнала:
R1 определяет частоту:
42
Генератор упраляемый напряжением
Частота имзеняется переменным напряжением упрвления посоянного тока:
•Интегратор на ОУ
•Однопереходный транзистор с управляемым порогом (PUT),
соединенный параллельно с C в ОС для перезаряда цепи.
PUT напряжение на аноде > напряжения на затворе на 0,7В → смещенный
вперед диод, < 0,7В, → выключается.
Генерация пилообразного сигнала
Генератор прямоугольного сигнала
43
Циклы заряда-разряда С. Инвертирующий вход ОУ = напряжение на С, а
неинвертирующий вход = часть выхода, возвращаемого через R2 и R3 и
обеспечивающего гистерезис. При запуске конденсатор не заряжен, на инвертирующем входе 0В.
•Выход → максимальное положительное состояние, С заряжается через R1 от Vout до Vc вплоть до напряжения в цепи ОС VF на неинвертирующем входе.
•ОУ → максимальное отрицательное состояние, С разряжается +VF до - VF, ОУ переходит обратно в максимальное положительное состояние.
•На выходе прямоугольный сигнал
Классификация мультивибраторов
• Астабильный (нестабильный, автоколебательный) устройство
непрерывно генерирует колебания и самопроизвольно переходит из одного состояние в другое (внешний сигнал синхронизаций не обязателен)
•Моностабильный (одновибраторы, ждущие мультивибраторы) – одно из состояний является стабильным, но другое состояние неустойчиво на некоторое время, в которое мультивибратор переходит под воздействием запускающего импульса.
44
•Бистабильный мультивибратор устойчив в любом из двух состояний и может быть переключен из одного состояния в другое подачей внешних импульсов.
Использование таймера 555 в качестве генератора
•2 компаратора (низкого и высокого уровней)
•Резистивный делитель напряжения с двумя опорными напряжениями для сравнения
•RS-триггер с входом сброса
•Транзитивный ключ с открытым коллектором
•Выходной усилитель мощности для увеличения нагрузочной способности
→Устройство с 2-мя состояниями выхода:
•На высоком уровне (установка, S)
•На низком уровне напряжения (сброс, R)
Состояние выхода изменяется выходными сигналами.
45
Астабильный режим работы таймера 555
•Порог ввода (THRESH) подключен к триггерному входу (TRIG)
•Внешние компоненты R1, R2, и Cext формируют RC-цепь, которая устанавливает частоту колебаний
•Конденсатор 0,01 мкФ, подключенный к входу управления (CONT),
предназначен для развязки и не влияет на работу
Таймер 555 в астабильном режиме
Выводы
• Рассмотрели распространенные базовые схемы генераторов с ПОС и релаксационных генераторов
46
•Отметили их достоинства, недостатки и возможные усовершенствования базовых схем
47
Лекция 9
Вторичные источники электропитания
Первичные источники электропитания (ИЭП) – устройства,
вырабатывающие электрическую энергию (электростанции, генераторы,
аккумуляторы, батареи и т.п.). 
Вторичные источники электропитания – устройства для получения
напряжения, необходимого для работы схемы.
~ преобразование переменного напряжения сети 220 В / 50 Гц в постоянное
напряжение необходимого уровня.
Структурная схема ИЭП (без преобразования частоты)
На входе сети напряжение 220 В / 50 Гц –> Трансформатор (преобразование до необходимого уровня) –> Напряжение на выходе трансформатора –>
Выпрямитель –> Однополупериодное выпрямленное напряжение –> Фильтр
(сглаживание пульсаций) –> Напряжение на выходе фильтра –>
Стабилизатор –> Постоянное напряжение –> Нагрузка
Элементы ИЭП без преобразования частоты
1. Трансформатор: гальваническая развязка + снижение уровня напряжения
(уравнение идеального трансформатора: |
2 |
= |
2 |
= |
2 |
= ). |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
48 |
|
|
|
|
|
|
2.Выпрямитель: переменное напряжение –> пульсирующее одной полярности.
3.Сглаживающий фильтр: снижение пульсаций до идеального постоянного.
4.Стабилизатор: фиксация напряжения на требуемом уровне при изменении напряжения в первичном источнике электропитания и тока, потребляемого нагрузкой.
«-» ИЭП без преобразования частоты: при частоте 50 Гц большие размеры Трансформатора и Сглаживающего фильтра.
Структурная схема ИЭП с преобразованием частоты
Напряжение от сети подается на Выпрямитель 1. На выходе Сглаживающего фильтра 1 создается постоянное напряжение, вновь преобразуемое в переменное с частотой ~ 10 кГц в Инверторе. Напряжение передается через
Трансформатор, выпрямляется (Выпрямитель 1) и фильтруется
(Сглаживающего фильтра 2).
«+» ИЭП с преобразованием частоты: снижаются вес и габариты
Трансформатора и Сглаживающего фильтра 2.
Конвертор: Инвертор + Трансформатор + Выпрямитель 2.
Однополупериодный выпрямитель
Положительная фаза: диод открыт (смещен прямо), проводит ток.
Отрицательная фаза: диод закрыт, подавление. => получаем полупериоды.
49
При измерении вольтметром зависимость среднего напряжения от пикового:
= / (≈ 31.8 % от ). Смотрим на рисунок:
Влияние характеристик диода
1. Потенциальный барьер диода
Во время смещения диода в прямом направлении необходимо преодолеть
потенциальный барьер диода (0,7 В). В результате пиковое выходное напряжение однополупериодного выпрямления снижается.
( ) = ( ) − 0,7В
2. Пиковое обратное напряжение
50