Temat : Generator z czwórnikiem RC i CR ( wyprowadzić warunki generacji drgań )

Generatorami nazywamy takie układy, których zadaniem jest wytworzenie sygnałów o określonym kształcie elektrycznych. Układy generujące napięcia zbliżone do sinusoidy nazywamy generatorami przebiegów sinusoidalnych często wykorzystuje się generatory o przebiegu niesinusoidalnym, np. prostokątnym, piłokształtnym itp.

W generatorach przebiegów sinusoidalnych musi być zastosowany układ określający częstotliwość drgań. W generatorach LC częstotliwość drgań zależy od obwodu rezonansowego o skupionych lub rozłożonych: ―indukcyjności L i pojemności C.

Generator RC ma obwód złożony z elementów rezystancyjnych R i elementów pojemnościowych C. W niektórych generatorach pobudza się elementy wykonujące drgania mechaniczne , w takim przypadku mówi się o generatorach elektromechanicznych.

Typowe układy generacyjne pracują samowzbudnie ( generatory astabilne ), czyli nie wymagają sterowania sygnałem zewnętrznym. Stosowane są także układy monostabilne (wymagają doprowadzenia sygnału wyzwalającego) oraz bistabilne (o dwóch stanach równowagi trwałej)przejście z jednego stanu do drugiego wymaga doprowadzenia impulsów sterujących .

Drgania układu generacyjnego mogą być wzbudzone w dwojaki sposób: za pomocą elementu o rezystancji ujemnej lub przez wykorzystanie sprzężenia zwrotnego.

1. 2.

1. Ilustracja działania generatora ze sprzężeniem zwrotnym.

2. Schemat wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym.

3. Generator ze sprzężeniem zwrotnym składa się ze wzmacniacza o wzmocnieniu K_u oraz czwórnika sprzężenia zwrotnego o współczynniku przenoszenia ( transmitancji ) β_u wzmocnienie i współczynnik przenoszenia czwórnika są funkcjami częstotliwości.

K_u = K_u(jω) =K_u exp( jφ_u )

β_u = β_u(jω) =β_u exp( jψ_u ).

Wyprowadzenie warunków generacji.

Współczynnik sprzężenia zwrotnego wzmocnienie bez sprzężenia

X_r ­― sygnał sterujący X_S ― sygnał sprzężenia zwrotnego

X_r = X_we+ X_s

Wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym.

Po uwzględnieniu że
otrzymujemy

.

Sprzężenie zwrotne zmienia wartość wzmocnienia, przy czym w zależności od rodzaju wprowadzonej zmiany rozróżnia się trzy przypadki:

1. 
   ,to
   ,czyli następuje zmniejszenie wzmocnienia, sprzężenie określa się jako ujemne.

2. Jeżeli 0<
   ,to
   , czyli następuje zwiększenie wzmocnienia. Sprzężeniem określa się jako dodatnie

3. Jeżeli
   , to układ będzie generował drgania, czyli stanie się generatorem ze sprzężeniem zwrotnym.

Generatory RC.

Generatory RC stosuje się w zakresie częstotliwości małych i średnich (10Hz ÷ 100Hz), gdyż w tym zakresie trudno realizować obwody LC o wymaganych parametrach(duża dobroć ,selektywność , małe wymiary). W generatorach RC można uzyskać szerszy zakres przestrajania niż w generatorach LC .cechuje je również dość dogra stałość częstotliwości (10^-3÷10^-5),oraz mała zawartość harmonicznych (0,1%÷1%).generator RC jest połączeniem wzmacniacza z czwórnikiem selektywnym sprzężenia zwrotnego. Stosuje się następujące czwórniki RC: mostkowe ― na ogół w postaci mostka Wiena ,typu T podwójne i zbocznikowane, łańcuchowe ― RC i CR . Charakterystyki amplitudowe β_u=f (ƒ)czwórników mostkowych typu T przy określonej częstotliwości zwanej quasi-rezonansową ,mają ekstrema natomiast charakterystyki czwórników łańcuchowych są monotoniczne wzrastające lub malejące. Dlatego pierwsze z tych układów mają typowe właściwości selektywne, a drugie właściwości przesuwników fazowych. Sposób dołączenia czwórnika do wzmacniacza wynika z warunków wzbudzenia.

Zasady połączenia wzmacniacza z czwórnikiem są następujące:

1. Czwórniki o przesunięciu fazowym
   przy częstotliwości quasi-rezonansowej muszą współpracować z wzmacniaczami o przesunięciu
   .

2. Czwórniki o przesunięciu fazowym
   i minimalnym tłumieniu przy częstotliwości quasi-rezonansowej (półmostek Wiena) muszą współpracować ze wzmacniaczami o przesunięciu fazowym 0 lub
   ,tzn. znajdować się w obwodzie dodatniego sprzężenia zwrotnego.

3. 
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Czwórniki o przesunięciu fazowym
   i maksymalnym tłumieniu przy częstotliwości quasi-rezonansowej (czwórniki T) powinny być włączone w obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Generatory RC mają niewielką dobroć zastępczą ,co wpływa m.in. na stałość częstotliwości. Celem zwiększenia stałości wprowadza się dodatkowe ujemne sprzężenie zwrotne, niezależne od częstotliwości.

Generator RC z mostkiem Wiena :a) schemat funkcjonalny ,b) schemat strukturalny.

Na rysunku przedstawiono schemat generatora z mostkiem Wiena. W generatorze tym jako układ sprzężenia zwrotnego zastosowano układ mostkowy przez dobór elementów mostka uzyskano spełnienie warunków generacji ( βK=1 i φ₁+φ₂=2nπ ).

Generatory RC czwórnikiem typu T są trudniejsze do realizacji ze względu na konieczność zmiany trzech elementów (C lub R). Zgodnie z podanymi zasadami czwórnik typu T lub 2T włącza się w obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego stanowią rezystory R2 i R3 współczynnik dodatniego sprzężenia zwrotnego nie zależy od częstotliwości i określa wzmocnienie wzmacniacza w układzie zamkniętym. Wzmocnienie to powinno wynosić dla generatora 2T co najmniej 11. Obwód sprzężenia zwrotnego można wykorzystać do automatycznej stabilizacji temperatury. W tym przypadku zamiast rezystora 0,5R należy zastosować tranzystor lub żarówkę.

.

Schematy generatorów z przesuwnikami fazowymi: a) z czwórnikiem 2T.

b)z czwórnikiem łańcuchowym CR.

Generatory RC z przesuwnikami fazowymi charakteryzują się małą stałością częstotliwości ,dużą zawartością harmonicznych , trudnością strojenia itp. Dlatego generatory te stanowią tanie układy miernej jakości o stałej częstotliwości . Wzmocnienie wzmacniacza z przesuwnikiem fazowym typu drabinkowego musi wynosić co najmniej 29.

K_u

β_u

K

U₂

U₁

Wy

β

X_we

X_r

X_wy

X_wy

X_wy

Σ

X_s

f

K_u

f₀

β_u

0

α

f

f

Człon dodatniego sprzężenia zwrotnego

0

0

Człon ujemnego sprzężenia zwrotnego

+

_

wzmacniacz

Wy

_

+

R4

R2

R1

R3

C2

C1

Wy

R3

R1

R2

0,5R

C

C

2C

R

R

_

+

+

_

C

C

C

R

R

R2

R11

Ogranicznik amplitudy

---