Signalgenerator

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 19 juni 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Signalgenerator  - en enhet som låter dig producera ( generera ) en signal av en viss karaktär (elektrisk, akustisk, etc.) som har specificerade egenskaper (form, energi eller statistiska egenskaper, etc.). Generatorer används ofta för signalbehandling, mätningar och andra applikationer. Består av en källa (en enhet med självexcitering, till exempel en förstärkare som täcks av en positiv återkopplingskrets ) och en drivrutin (som ett elektriskt filter ).

Generatorer av elektriska svängningar

Det finns också mer komplexa signalgeneratorer, som TV-testmönstret .

De flesta generatorer är DC/AC-omvandlare. Lågeffektgeneratorer är byggda på encykelförstärkarsteg. Kraftfullare enfasgeneratorer är byggda på push-pull (halvbrygga) förstärkarsteg, som har högre verkningsgrad och gör det möjligt att bygga en generator med ungefär dubbelt så mycket effekt på transistorer med samma effekt. Enfasgeneratorer med ännu större effekt är byggda enligt ett fyrtakts (helbrygga) schema, vilket låter dig ungefär fördubbla generatoreffekten. Tvåfas och trefas tvåtakts (halvbrygga) och fyrtakts (helbrygga) generatorer har ännu mer kraft.

Övertonsgeneratorer

Den harmoniska oscillatorn är en positiv återkopplingsförstärkare ( POS). Termen positiv återkoppling betyder att fasförskjutningen i återkopplingsslingan är nära , dvs återkopplingsslingan inverterar inte signalen.

De nödvändiga villkoren för förekomsten av harmoniska odämpade svängningar med små distorsioner av sinusoiden är:

  1. slingfasförskjutningen är 360°,
  2. återkopplingen är resonant eller kvasi-resonant, som till exempel i en Wien-brooscillator, eller så är förstärkaren i sig frekvensselektiv (resonant).
  3. loop gain är exakt 1,
  4. arbetspunkten för förstärkarsteget är på dess linjära eller ungefär linjära sektion.

Förklaring av behovet av 2:a och 3:e villkoren: om slingförstärkningen är under 1 dämpas svängningarna. Om slingförstärkningen är större än 1, så växer svängningarna till en fysisk gräns, så amplituden för utspänningen från förstärkaren kan inte vara större än matningsspänningen [4] , med en sådan gräns, formen på den sinusformade spänningen är förvrängd.

Ett exempel på positiva återkopplingsstrukturer är en multivibrator eller andra relaxationsoscillatorer, men sådana kretsar använder frekvens-icke-selektiva återkopplingar och förstärkare, så svängningarna de genererar är långt ifrån sinusformade.

Historik

1887 uppfann och byggde Heinrich Hertz en gnistgenerator av elektromagnetiska vågor baserad på Ruhmkorff-spolen .

År 1913 uppfann Alexander Meissner (Tyskland) Meissners elektroniska oscillator på ett lampsteg med en gemensam katod med en oscillerande krets i utgångs ( anod ) kretsen med transformator positiv återkoppling till nätet. [5]

1914 patenterade Edwin Armstrong (USA) en elektronisk oscillator baserad på ett rörsteg med en gemensam katod med en oscillerande krets i ingångskretsen (nät) med transformatorns positiva återkoppling till nätet.

År 1915 utvecklade en amerikansk ingenjör från Western Electric Company , Ralph Hartley , en rörkrets känd som Hartley-oscillatorn , även känd som en induktiv trepunktskrets ("induktiv trepunkts"). Till skillnad från A. Meissners schema använder den en autotransformator som slår på kretsen. Driftsfrekvensen för en sådan generator är vanligtvis högre än kretsens resonansfrekvens.

1919 uppfann Edwin Colpitz Kolpitz- oscillatorn med hjälp av ett vakuumrör kopplat till en oscillerande krets genom en kapacitiv spänningsdelare, ofta kallad en "kapacitiv trepunkts".

1932 utvecklade amerikanen Harry Nyquist stabilitetsteorin för förstärkare , som också är tillämplig för att beskriva stabiliteten hos generatorer. ( Nyquist-Mikhailov stabilitetskriterium ).

Senare uppfanns många andra elektroniska generatorer.

Stabilitet för generatorer

Generatorernas stabilitet består av två komponenter: stabiliteten hos förstärkarsteget i likström och generatorns stabilitet i växelström.

Fasanalys av Meissner-oscillatorn

Generatorer "induktiv trepunkts" och "kapacitiv trepunkts" kan byggas både på inverterande steg (med en gemensam katod, med en gemensam emitter) och på icke-inverterande steg (med ett gemensamt nät, med en gemensam anod, med en gemensam bas, med en gemensam samlare).

Det gemensamma katodsteget (gemensam emitter) förskjuter fasen för insignalen med 180°. Transformatorn, med konsonantinkluderingen av lindningarna, skiftar fasen med cirka 180 °. Den totala slingfasförskjutningen är ungefär 360°. Fasstabilitetsmarginalen är maximal och lika med nästan ± 90°. Således tillhör Meissner-generatorn, ur teorin om automatisk styrning (TAU), närmast idealiska generatorer. Inom transistorteknik motsvarar en kaskad med en gemensam katod en kaskad med en gemensam emitter.

Fasanalys av en LC-oscillator med CR-positiv återkoppling

LC-oscillatorer på en kaskad med en gemensam bas är de mest högfrekventa, de används i kanalväljarna på nästan alla TV-apparater, i lokala oscillatorer av VHF-mottagare. För galvanisk isolering i den positiva återkopplingskretsen från kollektorn till emittern finns en CR-kedja, som skiftar fasen med 60 °. Generatorn fungerar, men inte med frekvensen av fria svängningar i kretsen, utan med frekvensen av forcerade svängningar, på grund av detta avger generatorn två frekvenser: en större med frekvensen av forcerade svängningar och en mindre vid frekvensen fria svängningar i kretsen. Vid den första iterationen bildar två frekvenser fyra: två initiala och två summaskillnader. I den andra iterationen producerar fyra frekvenser ett ännu större antal summa-skillnadsfrekvenser. Som ett resultat, med ett stort antal iterationer, erhålls ett helt spektrum av frekvenser, som blandas med insignalen i mottagarna och bildar ett ännu större antal totala skillnadsfrekvenser. Sedan matas allt detta in i signalbehandlingsenheten. Dessutom är fasstabilitetsmarginalen för denna generator +30°. För att minska shuntningen av kretsen genom kaskaden används en partiell inkludering av kretsen genom en kapacitiv delare, men i detta fall uppstår en ytterligare fasobalans. Med samma kapacitet är den extra fasobalansen 45 °. Den totala slingfasförskjutningen 60°+45°=105° visar sig vara mer än 90° och enheten tar sig från generatorområdet till diskriminatorområdet , generationen bryter ner. Med en optimalt beräknad kapacitiv delare är fasstabilitetsmarginalen mindre än 30°.

Meissner generator på en kaskad med en gemensam bas, med partiell påslagning av kretsen utan fasobalans.

Om i en "kapacitiv trepunkts" på en kaskad med en gemensam bas i en positiv återkopplingskrets istället för en CR-krets, en transformator med lindningar påslagen i motsatt riktning slås på, så kommer slingfasskiftet att vara ca. 360°. Generatorn kommer att bli nästan perfekt. För att minska shuntningen av kretsen genom kaskaden och inte införa ytterligare fasobalans, är det nödvändigt att applicera en partiell inkludering av kretsen utan ytterligare fasförvrängning genom två symmetriska uttag från induktorn. En sådan oscillator avger en frekvens och har den största fasstabilitetsmarginalen (± 90°).

Applikation

Långt ifrån en komplett lista över enheter där signalgeneratorer används:

Elektromagnetisk kompatibilitet

Enheter som har en signalgenerator i sin sammansättning är potentiellt kapabla att skapa elektromagnetiska störningar med andra elektroniska enheter, därför måste elektromagnetisk kompatibilitetsproblem beaktas vid utveckling och drift .

Se även


Litteratur

Länkar

Anteckningar

  1. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Arkiverad 29 december 2009 på Wayback Machine Fig. 8.1. a ) Meissner-generatorn visas , inte Hartley-generatorn
  2. ↑ http://radiomaster.ru/stati/radio/gen.php Arkivkopia daterad 12 mars 2013 på Wayback Machine Fig. 1.7 RC-transistoroscillator. Fig. 1.8 RC-oscillator med en Wien-bro.
  3. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Arkiverad 29 december 2009 på Wayback Machine Fig. 8.9. RC-oscillator med en trelänkad fasförskjutningskedja (a) och ett oscillogram för utsignalen (b)
  4. ↑ om ingen transformator används
  5. ↑ Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Tillträdesdatum: 14 mars 2009. Arkiverad från originalet 22 juni 2008.   Radioteknik och radiofysik
 Kolla på
Enligt handlingsprincipen
Enligt överenskommelse
Typ
Detaljer och mekanismer för klockor
berömd klocka
 Radio
Huvuddelar
Olika sorter