1tom197

7. ELEKTRONIKA

396

Phase-Locked Loop). Miarą stabilności częstotliwości jest wartość względna odchyłki Af uśredniona w zadanym przedziale czasowym (np. doba, rok) od zadanej częstotliwości/

. _ A/

⁵f-~r    (⁷-46)

Jo

Zmiany częstotliwości są spowodowane wpływem temperatury, wahaniami napięć zasilających, starzeniem się elementów' generatora itp.

Zc względu na kształt drgań okresowych nietłumionych rozróżnia się generatory przebiegów: sinusoidalnych, prostokątnych, liniowych (trójkątnych) — symetrycznych niesymetrycznych (rys. 7.85). Zc względu na częstotliwość dzieli się generatory na bardzo malej i malej częstotliwości (mniej niż I Hz do 500 Hz) oraz częstotliwości akustycznych (16 Hz-4- 20 kHz) i częstotliwości dużych i bardzo dużych (kHz, MHz). Inżynier elektryk w praktyce posługuje się najczęściej generatorami o dolnym zakresie częstotliwości; generatory o górnym zakresie częstotliwości (4 — 20 MHz) są stosowane w mikroprocesorach sterujących (mikrokontrolery).

Rys. 7.85. Typowe przebiegi wyjściowe generatorów: harmoniczny (sinusoidalny), prostokątny, trójkątny symetryczny Ti = T₂, trójkątny niesymetyczny T, # T,, /= 1/T

Generatory przebiegów sinusoidalnych są to układy z dodatnim sprzężeniem zwrotnym spełniającym zarówno warunek amplitudy — wzmocnienie amplitudy w pętli sprzężenia zwrotnego powinno być równe jedności, jak i warunek fazy całkowite przesunięcie fazy w pętli sprzężenia zwrotnego powinno być wielokrotnością kąta pełnego 0±2nk. Częstotliwość, przy której warunki te są spełnione, jest częstotliwością generacji. Zasadniczą koncepcję i człony składowe generatora przedstawia rys. 7.86. Ze względu na możliwość narastania amplitudy drgań (dodatnie sprzężenie zw^:rotne) w układzie muszą być elementy ograniczające.

Wzmacniacz

Rys. 7.86. Zasadniczy układ generatora: wzmacniacz,

filtr w sprzężeniu zwrotnym, zasilanie (źródło), obciążenie R_L,

pętla sprzężenia zwrotnego (s.z.)

Jako filtry stosuje się albo obwody rezonansowe LC (generatory Hartleya, Colpittsa, Clappa, Meissnera lub ich modyfikację z rezonatorem piezoelektrycznym, najczęściej kwarcowym), albo filtry selektywne RC (filtr lub mostek Wiena, filtry podwójne T), służące jako przesuwnik fazy [7.2; 7.5; 7.16; 7.19].

Przykłady generatorów sinusoidalnych ze sprzężeniem zwrotnym przedstawiono na rys. 7.87 a,b,c, a na rys. 7.87d generator o częstotliwości przestrajanej przez R₃ w zakresie 315 Hz h-3,8 kHz.

Rys. 7.87. Schematy ideowe wybranych generatorów sinusoidalnych: a) Hartleya; b) kwarcowy Colpittsa-Pierce’a: A- B obwód drgający, suc — sprzężenie zwrotne; c) z filtrem Wicna; d) generator z mostkiem Wiena o częstotliwości nastawianej jednym potencjometrem R₃

W elektronice sygnałowej przemysłowej ważną rolę odgrywają generatory przebiegów niesinusoidalnych, zwane też relaksacyjnymi. Najważniejsze są generatory impulsów prostokątnych — przerzutniki astabilne, które wraz z innymi elementami, jak przerzutniki Schmitta i kondensatory dobrej jakości, służą także do generacji przebiegów liniowych trójkątnych symetrycznych, z których z kolei można wyfiltrować albo przez diodowy generator funkcji uzyskać przebieg sinusoidalny. Dalszym problemem jest zmiana częstotliwości regulowana napięciem (VCO), zmiana współczynnika wypełnienia impulsu (normalnie y = 0,5), zamiana trójkąta symetrycznego (równoramiennego) na niesymetryczny (przebieg piłokształtny). Zadania te można realizować stosując układy scalone cyfrowe i analogowe. Podano kilka przykładów:

1.    Monostabilny (astabilny) multiwibrator przerzutnik MCY 74047N (MSI-CMOS) Pozwala na generowanie przebiegu prostokątnego o wypełnieniu 0,5 i o częstotliwości czależnionej od dołączonych zewnętrznie R_Ext’ Cext (rys• 7.88a). Okres drgań Tas = ~ 4,4 R_ext C_ext. Bramkowanie pracy: stanem H — zacisk 5, stanem L — zacisk 4.

2.    Układ TTL SN74S124 — generator fali prostokątnej o częstotliwości sterowanej napięciem U_F (VCO). Napięcie U_RyG = 0—5 V pozwala na nastawienie częstotliwości centralnej /₀, wejście Enable = H — nie ma oscylacji. Na rysunku 7.88b przedstawiono Połączenia i przykład charakterystyki f[U_F), zakres regulacji 0,65 /₀ < F < 1,75 /₀, przy 'Sym/o (MHz) = 500/C_EXT (_PF).

3.    Układ generujący przebieg trójkątny symetryczny, zbudowany z dwóch WO ^w układzie przerzutnika Schmitta (jeden) oraz integratora (drugi) — rys. 7.88c. Potencjometr Pj ustala wartość RC integratora, a więc wpływa na nachylenie przebiegu liniowego ¹ na częstotliwość przy stałej szerokości pętli histerezy przerzutnika Schmitta. Potencjo-