Signal generator

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 19. juni 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Signalgenerator  - en enhed, der giver dig mulighed for at producere ( generere ) et signal af en bestemt karakter (elektrisk, akustisk osv.), der har specificerede karakteristika (form, energi eller statistiske karakteristika osv.). Generatorer er meget udbredt til signalbehandling, målinger og andre applikationer. Består af en kilde (en enhed med selv-excitering, såsom en forstærker dækket af et positivt feedback -kredsløb ) og en driver (såsom et elektrisk filter ).

Generatorer af elektriske svingninger

Der er også mere komplekse signalgeneratorer, såsom tv-testmønsteret .

De fleste generatorer er DC/AC-konvertere. Laveffektgeneratorer er bygget på enkelt-cyklus forstærkertrin. Kraftigere enfasede generatorer er bygget på push-pull (halvbro) forstærkertrin, som har en højere effektivitet og gør det muligt at bygge en generator med cirka dobbelt så meget effekt på transistorer med samme effekt. Enkeltfasede generatorer med endnu større effekt er bygget i henhold til et firetakts (fuldbro) skema, som giver dig mulighed for cirka fordoble generatoreffekten. Tofaset og trefaset totakts (halvbro) og firetakts (fuldbro) generatorer har endnu mere effekt.

Harmoniske generatorer

Den harmoniske oscillator er en positiv feedback-forstærker ( POS). Udtrykket positiv feedback betyder, at faseforskydningen i feedbacksløjfen er tæt på , dvs. feedbacksløjfen inverterer ikke signalet.

De nødvendige betingelser for forekomsten af ​​harmoniske udæmpede svingninger med små forvrængninger af sinusoiden er:

  1. loop faseforskydning er 360°,
  2. feedbacken er resonant eller kvasi-resonant, som for eksempel i en Wien-brooscillator, eller selve forstærkeren er frekvensselektiv (resonant).
  3. loop gain er præcis 1,
  4. arbejdspunktet for forstærkertrinnet er på dets lineære eller tilnærmelsesvis lineære snit.

Forklaring af behovet for 2. og 3. betingelser: hvis sløjfeforstærkningen er under 1, så dæmpes svingningerne. Hvis sløjfeforstærkningen er større end 1, så vokser oscillationerne til en fysisk grænse, så amplituden af ​​forstærkerens udgangsspænding kan ikke være større end forsyningsspændingen [4] , med en sådan grænse, formen af ​​den sinusformede spænding er forvrænget.

Et eksempel på positive feedback-strukturer er en multivibrator eller andre afspændingsoscillatorer, men sådanne kredsløb bruger frekvens-ikke-selektive feedbacks og forstærkere, så de oscillationer, de genererer, er langt fra sinusformede.

Historie

I 1887 opfandt og byggede Heinrich Hertz en gnistgenerator af elektromagnetiske bølger baseret på Ruhmkorff-spolen .

I 1913 opfandt Alexander Meissner (Tyskland) Meissners elektroniske oscillator på et lampetrin med en fælles katode med et oscillerende kredsløb i udgangskredsløbet ( anode ) med transformer positiv feedback til nettet. [5]

I 1914 patenterede Edwin Armstrong (USA) en elektronisk oscillator baseret på et rørtrin med en fælles katode med et oscillerende kredsløb i input (gitteret) kredsløbet med transformer positiv feedback til nettet.

I 1915 udviklede en amerikansk ingeniør fra Western Electric Company , Ralph Hartley , et rørkredsløb kendt som Hartley-oscillatoren , også kendt som et induktivt trepunktskredsløb ("induktiv trepunkts"). I modsætning til A. Meissners skema bruger den en autotransformer, der tænder for kredsløbet. Driftsfrekvensen for en sådan generator er normalt højere end kredsløbets resonansfrekvens.

I 1919 opfandt Edwin Colpitz Kolpitz- oscillatoren ved hjælp af et vakuumrør forbundet til et oscillerende kredsløb gennem en kapacitiv spændingsdeler, ofte kaldet en "kapacitiv trepunkt".

I 1932 udviklede amerikaneren Harry Nyquist stabilitetsteorien for forstærkere , som også er anvendelig til at beskrive stabiliteten af ​​generatorer. ( Nyquist-Mikhailov stabilitetskriterium ).

Senere blev mange andre elektroniske generatorer opfundet.

Stabilitet af generatorer

Stabiliteten af ​​generatorer består af to komponenter: stabiliteten af ​​forstærkertrinnet i jævnstrøm og generatorens stabilitet i vekselstrøm.

Faseanalyse af Meissner-oscillatoren

Generatorer "induktiv trepunkt" og "kapacitiv trepunkt" kan bygges både på inverterende trin (med en fælles katode, med en fælles emitter) og på ikke-inverterende trin (med et fælles gitter, med en fælles anode, med en fælles base, med en fælles samler).

Det fælles katodetrin (fælles emitter) skifter fasen af ​​indgangssignalet med 180°. Transformatoren, med konsonant inklusion af viklingerne, skifter fasen med omkring 180 °. Den samlede løkkefaseforskydning er ca. 360°. Fasestabilitetsmarginen er maksimal og lig med næsten ± 90°. Meissner-generatoren tilhører således, set fra teorien om automatisk styring (TAU), nærmest ideelle generatorer. I transistorteknologi svarer en kaskade med en fælles katode til en kaskade med en fælles emitter.

Faseanalyse af en LC-oscillator med CR positiv feedback

LC-oscillatorer på en kaskade med en fælles base er de mest højfrekvente, de bruges i kanalvælgerne på næsten alle tv'er, i de lokale oscillatorer af VHF-modtagere. Til galvanisk isolering i det positive feedback-kredsløb fra kollektoren til emitteren er der en CR-kæde, som skifter fasen med 60 °. Generatoren fungerer, men ikke ved frekvensen af ​​frie svingninger i kredsløbet, men ved frekvensen af ​​tvungne svingninger, på grund af dette udsender generatoren to frekvenser: en større ved frekvensen af ​​tvungne svingninger og en mindre ved frekvensen af frie svingninger af kredsløbet. Ved den første iteration danner to frekvenser fire: to initiale og to sum-difference. I den anden iteration producerer fire frekvenser et endnu større antal sum-differensfrekvenser. Som følge heraf opnås ved et stort antal iterationer et helt spektrum af frekvenser, som blandes med indgangssignalet i modtagerne og danner et endnu større antal samlede differensfrekvenser. Derefter føres alt dette ind i signalbehandlingsenheden. Desuden er fasestabilitetsmarginen for denne generator +30°. For at reducere shuntningen af ​​kredsløbet med kaskaden anvendes en delvis inklusion af kredsløbet gennem en kapacitiv deler, men i dette tilfælde opstår der en yderligere faseubalance. Med de samme kapaciteter er den ekstra faseubalance 45 °. Den samlede løkkefaseforskydning 60°+45°=105° viser sig at være mere end 90°, og enheden kommer fra generatorområdet til diskriminatorområdet , generation bryder sammen. Med en optimalt beregnet kapacitiv deler er fasestabilitetsmarginen mindre end 30°.

Meissner generator på en kaskade med fælles base, med delvis tænding af kredsløbet uden faseubalance.

Hvis der i en "kapacitiv trepunkts" på en kaskade med en fælles base i et positivt tilbagekoblingskredsløb i stedet for et CR-kredsløb tændes en transformer med viklinger tændt i den modsatte retning, så vil sløjfens faseforskydning være ca. 360°. Generatoren bliver næsten perfekt. For at reducere shuntningen af ​​kredsløbet med kaskaden og ikke indføre yderligere faseubalance, er det nødvendigt at anvende en delvis inklusion af kredsløbet uden yderligere faseforvrængning gennem to symmetriske udtag fra induktoren. En sådan oscillator udsender én frekvens og har den største fasestabilitetsmargin (± 90°).

Ansøgning

Langt fra en komplet liste over enheder, hvor signalgeneratorer bruges:

Elektromagnetisk kompatibilitet

Enheder, der har en signalgenerator i deres sammensætning, er potentielt i stand til at skabe elektromagnetisk interferens med andre elektroniske enheder, derfor skal elektromagnetiske kompatibilitetsproblemer tages i betragtning i deres udvikling og drift .

Se også


Litteratur

Links

Noter

  1. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Arkiveret 29. december 2009 på Wayback Machine Fig. 8.1. a ) Meissner-generatoren er vist , ikke Hartley-generatoren
  2. ↑ http://radiomaster.ru/stati/radio/gen.php Arkivkopi dateret 12. marts 2013 på Wayback Machine Fig. 1.7 RC transistor oscillator. Fig. 1.8 RC-oscillator med Wien-bro.
  3. ↑ http://logic-bratsk.ru/radio/ewb/ewb2/CHAPTER2/2-8/2-8-1/2-8-1.htm Arkiveret 29. december 2009 på Wayback Machine Fig. 8.9. RC-oscillator med en treleddet faseskiftende kæde (a) og et oscillogram af udgangssignalet (b)
  4. ↑ hvis der ikke er påsat transformer
  5. ↑ Arkiveret kopi (link ikke tilgængeligt) . Dato for adgang: 14. marts 2009. Arkiveret fra originalen 22. juni 2008.   Radioteknik og radiofysik
 Kigge på
Efter handlingsprincippet
Efter aftale
Type
Detaljer og mekanismer af ure
berømt ur
 Radio
Hoveddele
Sorter