Меню

Генератор напряжения управляемый током

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.

Конструкции генераторов. Примеры схем

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.

Конструкции генераторов. Примеры схем

Релаксационный генератор на базе операционного усилителя

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 U + с постоянной времени, равной RC. Когда напряжение на конденсаторе достигнет половины напряжения источника питания, ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения (он включен как триггер Шмитта). Конденсатор начинает разряжаться до U- с той же самой постоянной времени. Этот цикл повторяется бесконечно, с периодом 2,2 RС. Цикл не зависит от напряжения источника питания.

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

Конструкции генераторов. генератор, управляемый напряжением

Пример схемы генератора, управляемого напряжением

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

Конструкции генераторов. генератор с низким уровнем шума

Генератор с низким уровнем шума

В схеме используется пара КМОП-инверторов (в виде цифровых логических схем). Соединение инверторов между собой образует некоторую разновидность RC 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 R2 и С. Хотя это и превосходный генератор, но он уже имеет крайне зашумленный выходной сигнал.

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

Конструкции генераторов. малошумящий генератор

Малошумящий генератор

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

Генератор, управляемый напряжением — Voltage-controlled oscillator

Генератор , управляемый напряжением ( ГУН ) представляет собой электронный генератор которого колебаний частоты управляется с помощью напряжения входного сигнала. Приложенное входное напряжение определяет мгновенную частоту колебаний. Следовательно, ГУН может использоваться для частотной модуляции (FM) или фазовой модуляции (PM) путем подачи модулирующего сигнала на управляющий вход. ГУН также является неотъемлемой частью контура фазовой автоподстройки частоты .

Напряжения в частоту преобразователь ( ВКИ ) представляет собой особый тип VCO разработан , чтобы быть очень линейным контроль частоты в широком диапазоне входных напряжений управления.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Типы
  • 2 Регулировка частоты
    • 2.1 Уравнения в фазовой области
  • 3 Конструкция и схемы
    • 3.1 Генераторы LC
    • 3.2 Кварцевые генераторы
    • 3.3 Генераторы часов
    • 3.4 Синтезаторы частот
  • 4 Приложения
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

ГУН обычно можно разделить на две группы в зависимости от типа создаваемого сигнала.

  • Линейные или гармонические генераторы генерируют синусоидальную форму волны. Генераторы гармоник в электронике обычно состоят из резонатора с усилителем, который заменяет потери в резонаторе (чтобы предотвратить спад амплитуды) и изолирует резонатор от выхода (чтобы нагрузка не влияла на резонатор). Некоторыми примерами гармонических осцилляторов являются LC-осцилляторы и кварцевые осцилляторы .
  • Осцилляторы релаксации могут генерировать пилообразную или треугольную форму волны. Они обычно используются в интегральных схемах (ИС). Они могут обеспечить широкий диапазон рабочих частот с минимальным количеством внешних компонентов.
Читайте также:  Трансформатор тока как они работают

Частотный контроль

Конденсатор, управляемый напряжением, — это один из методов изменения частоты LC-генератора в ответ на управляющее напряжение. Любой полупроводниковый диод с обратным смещением отображает меру емкости, зависящей от напряжения, и может использоваться для изменения частоты генератора путем изменения управляющего напряжения, подаваемого на диод. Доступны специальные варакторные диоды с переменной емкостью и хорошо охарактеризованными значениями емкости в широком диапазоне. Варактор используется для изменения емкости (и, следовательно, частоты) резервуара LC. Варактор также может изменять нагрузку на кристаллический резонатор и изменять его резонансную частоту.

Для низкочастотной ГУН, других методов изменения частоты (например, изменяя скорость зарядки конденсатора с помощью управляемого напряжения источника тока ) используется (см функционального генератора ).

Частота кольцевого генератора регулируется путем изменения либо напряжения питания, тока, доступного для каждого каскада инвертора, либо емкостной нагрузки на каждом каскаде.

Уравнения фазовой области

ГУН используются в аналоговых приложениях, таких как частотная модуляция и частотная манипуляция . Функциональная зависимость между управляющим напряжением и выходной частотой для ГУН (особенно тех, которые используются на радиочастоте ) может быть не линейной, но в небольших диапазонах зависимость приблизительно линейна, и можно использовать линейную теорию управления. Преобразователь напряжения в частоту (VFC) — это особый тип ГУН, разработанный для очень линейной работы в широком диапазоне входных напряжений.

Моделирование ГУН часто не связано с амплитудой или формой (синусоида, треугольная волна, пилообразная волна), а скорее с ее мгновенной фазой. Фактически, основное внимание уделяется не сигналу временной области A sin ( ωt + θ ), а скорее аргументу синусоидальной функции (фазе). Следовательно, моделирование часто выполняется в фазовой области.

Мгновенная частота ГУН часто моделируется как линейная зависимость от его мгновенного управляющего напряжения. Выходная фаза генератора представляет собой интеграл от мгновенной частоты.

ж ( т ) знак равно ж 0 + K 0 ⋅ v в ( т ) θ ( т ) знак равно ∫ — ∞ т ж ( τ ) d τ <\ Displaystyle <\ begin f (t) & = f_ <0>+ K_ <0>\ cdot \ v _ <\ text > (t) \\\ theta (t) & = \ int _ <- \ infty>^ f (\ tau) \, d \ tau \\\ конец <выровнено>>><\ Displaystyle <\ begin <align data-lazy-src=

  • ж 0 <\ displaystyle f_ <0>>е_ <0 data-lazy-src=
  • v в ( т ) <\ displaystyle v _ <\ text > (т)><\ displaystyle v _ <\ text <in data-lazy-src=