Temat: GENERATORY PRZEBIEGÓW SINUSOIDALNYCH
1. Generatory
Generatory są to układy elektroniczne które przetwarzają energię źródła przebiegu stałego na energię przebiegu zmiennego wyjściowego (impulsowego lub okresowego). W zależności od kształtu przebiegów wyjściowych spotykane są generatory przebiegów sinusoidalnych i niesinusoidalnych. Bez względu na kształt przebiegu wyjściowego, generator nie wymaga zewnętrznego źródła pobudzającego przetwarzającego energię pobieraną z zasilacza w energię drgań. W tym sensie generator jest układem samo wzbudnym – parametry wytwarzanych drgań zależą wyłącznie od budowy i właściwości układu generatora.
W zależności od mechanizmu powstawania drgań układy generacyjne dzielimy na:
układy z dodatnim sprzężeniem zwrotnym
układy z rezystancją ujemną
układy ze sprzężeniem elektronowym
Każdy generator m obwód elektryczny decydujący o częstotliwości wytwarzanych drgań. W zależności od charakteru tego obwodu rozróżniamy:
generatory LC, których częstotliwość drgań wyznacza obwód rezonansowy
Generatory LC, stosowane są najczęściej do wytwarzania drgań o częstotliwościach większych od 50 kHz, wykorzystują elementy reaktancyjne jako elementy obwodu sprzężenia zwrotnego oraz obwody rezonansowe wyznaczające częstotliwość drgań. Do podstawowych układów generatorów LC zaliczamy układy: Meissnera, Hartleya, i Colpittsa, prezentujące trzy rodzaje sprzężenia: transformatorowe, indukcyjne, pojemnościowe
Generatory LC:
generatory RC, których częstotliwość drgań wyznacza filtr RC
Generatory RC składają się ze wzmacniacza oraz obwodu RC, tworzącego gałąź sprzężenia zwrotnego tak dobraną by tylko dla jednej częstotliwości był spełniony warunek fazy powstawania drgań. Warunek amplitudy jest spełniony przez odpowiedni dobór wzmocnienia wzmacniacza. W generatorach RC stosuje się powszechnie kilka typów obwodów których część jest używana w układach napięciowych a część w układach prądowych. Rodzaje najczęściej stosowanych czwórników: przesuwniki fazowe RC, CR, gałąź selektywna mostka Wiena, układ podwójnego T.
Schemat blokowy generatora RC:
a) generator z obwodem dodatniego sprzężenia zwrotnego
b) generator z obwodami dodatniego i ujemnego sprzężenia zwrotnego
generatory elektromechaniczne, których częstotliwość drgań wyznaczają drgające elementy mechaniczne, np. widełki stroikowe w generatorze kamertonowym
2. Warunki generacji
Warunki generacji Barkhausena:
warunek amplitudy – określa zależność między współczynnikiem wzmocnienia wzmacniacza bez sprzężenia i współczynnikiem sprzężenia zwrotnego
warunek fazy - określa całkowite przesunięcie fazowe ϕ toru wzmacniacza i pętli sprzężenia zwrotnego ψ zapewniający dodatnie sprzężenie zwrotne
3. Przebieg Ćwiczeń Laboratoryjnych
Celem pierwszego ćwiczenia było wyznaczenie częstotliwości (połączenie - schemat 1) dla której przesunięcie fazowe między sygnałem wejściowym a wyjściowym wynosi 180°. Do obserwacji przebiegów wykorzystaliśmy oba kanały oscyloskopu wyświetlając sinusoidy jednocześnie, dzięki czemu można było zaobserwować przesunięcie fazowe pomiędzy nimi. Zmieniając wartość częstotliwości generatora dla zadanych pozostałych parametrów można było określić częstotliwość Do dokładnego ustalenia przesunięcia fazowego wykorzystaliśmy funkcję oscyloskopu wykorzystującą krzywe Lissajous’a.
Obraz uzyskany na oscyloskopie:
Szukana częstotliwość: = 528 Hz
Wartości częstotliwości i kątów przesuniecia w fazie przebiegów obliczonych na podstawie wskazań oscyloskopu przedstawia tabelka:
| Lp. | Częstotliwość f0 [Hz] | Kąt przesunięcia w fazie ϕ [0] |
|---|---|---|
| 1. | 200 | 129 |
| 2. | 350 | 150 |
| 3. | 528 | 180 |
| 4. | 700 | 201 |
| 5. | 900 | 216 |
Obliczanie częstotliwości generacji na podstawie okresu przebiegu napięciowego odczytanego z oscyloskopu:
Okres odczytany z oscyloskopu τ=1,8 ms
f=$\frac{1}{\tau}$=555Hz
Schematy połączeń wykorzystywane podczas laboratorium:
1) Schemat 1
2) Schemat 2
3) Schemat 3