ZN6087

УЭ ЮаОм

Z IB

---T=fO/ifc -

Время, мс

Рис. G. 12. Генератор пилообразного напряжения с тринистором в цепи разряда (с) и форма напряжения па его выходе (б).

ТОК анод-катод тринистора скачком замыкается и разряжает конденсатор С до напряжения ~ 1 В. Когда ток разряда конденсатора станет меньше тока удержания КУВ, последний мгновенно размыкается. К сожалению, КУВ не является идеальной короткозамк-нутой Цепью, поскольку напряжение на участке А - /С падает не до О В, а лишь до уровня прямого падения напряжения Unp, равного 1 В. Однако, увеличив, как показано на рис. 6.12, б, Спик приблизительно на 1 В с целью компенсации Lnp, мы можем получить схему, генерирующую пилообразное напряжение с частотой

О Гц. Обратите внимание на то, что (/вых изменяется теперь в диа-:ь130не от (/прЯй 1 В до (/пик 6 В. Частота генерации

(6.10)

f Двх

/вхС f/пик - 1

Г)Олее подробно мы исследуем это уравнение в разд. 6.7.

6.7. Преобразователи напряжение - частота

6.7.1. Генератор, управляемый напряжением (ГУН). Из уравнения (6.10) видно, что частота работы генератора пилообразного напряжения зависит от двух факторов: 1) от того, насколько быстро нарастает (/вых, т. е. от ЕхЦЯвхС), и 2) от напряжения ((/пик-1) В, до которого растет (/вых. Отсюда следует, что частоту можно регулировать любым из напряжений Евх и (/пик- Покажем это на двух примерах.

Пример 6.11. Если увеличить Е на рис. 6.12, а вдвое, то чему будет равна новая частота генерации?

Решение. Из выражения (6.10)

100кОм-0,1 мкФ (6-1) В

= 40 Гц.

Частота удвоилась, поскольку (/ ых растет в данном случае вдвое быстрее.

Пример 6.12. Если в схеме рис. 6.12, а уменьшить (/ ик приблизительно в два раза (до 3,5 В), то чему будет равна новая частота колебаний? £вх=1 В.

Решение. Из выражения (6.10)

IB 1 IB 1

100кОм-0,1 мкФ (3,5- I) В ~ 0,01 с 2,5В

IS = 40 Гц.

Частота удвоилась, так как (/ ых увеличивается теперь только на 2,5 В, а не на 5 В, как в исходной схеме.

Оба приведенных примера показывают, что генератор пилообразного напряжения может преобразовывать напряжения Евх или (пик в частоту; следовательно, он является преобразователем напряжение - частота.

6.7.2. Частотная модуляция и манипуляция сдвигом частоты. Примеры 6.11 и 6.12 указывают один из путей получения частотной модуляции (ЧМ). Действительно, если амплитуда Евх изменяется, то будет изменяться или модулироваться частота работы ГУН. При двухуровневом переключении напряжения Евх генератор пилообразного напряжения генерирует сигнал двух фиксированных частот. Такой тип работы называется манипуляцией сдвигом

частоты (МСЧ); она используется для передачи данных. Две фиксированные частоты при МСЧ соответствуют двоичным состояниям О и 1 (обычно они называются пробел и знак ).

6.8. Генератор синусоидальных колебаний

6.8.1. Теория генерации. Схема генератора синусоидальных колебаний должна генерировать синусоиду только одной частоты. Предположим, что в некоторой исходной точке схемы имеется сигнал, представляющий собой смесь гармонических колебаний разных частот (гармоник). Эти гармоники поступают на вход частотно-избирательной (селективной) цепи, которая в различной степени уменьшает их амплитуду и пропускает на выход с различными фазовыми сдвигами. Вслед за тем гармоники проходят через усилитель для компенсации амплитудных потерь, внесенных в них схемой селекции. Пусть только одна из этих гармоник на выходе усилителя будет точной копией исходной гармоники, совпадая с ней по амплитуде и фазе. Тогда, подав сигнал с выхода усилителя обратно в избранную нами исходную точку схемы, мы получим генератор, в котором создаются колебания только одной частоты.

Для детального исследования этого принципа обратимся к рис. 6.13, а, ограничившись рассмотрением трех представленных здесь гармоник. £0 - требуемая частота колебаний, fe и - колебания с частотами соответственно выше и ниже частоты Ео-На выходе частотного селектора напряжение £0 совпадает по фазе с входным сигналом £о, хотя его амплитудное значение меньше амплитуды последнего в три раза. (Обратите внимание на то, что масштабы входного и выходного напряжений на данной фигуре различны.) Фаза же £4 не совпадает с фазой £в. То же можно сказать о £н и £н.

Представим себе, что все три гармоники с выхода частотного селектора подаются на неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, равным 3. Из рис. 6.13,6 видно, что только одна гармоника £о будет выходить из усилителя точно с той же амплитудой и, что более важно, точно с той же фазой, что и исходная гармоника £о.

Замкнем контур обратной связи, подключив выход усилителя ко входу частотного селектора. При этом по всему замкнутому контуру без изменения амплитуды и фазы будут проходить сигналы только одной частоты. Иначе говоря, только на одной частоте петлевое усиление равно 1. Сигналы всех других частот после каждого прохождения замкнутого контура будут ослабляться и получать дополнительный фазовый сдвиг, что в результате приводит к их подавлению.

Еще один, последний вопрос: где первоначально возникает £о? Источником служат либо напряжение переходного процесса при

Рис. 6.13. Диаграммы, поясняющие теорию работы генератора синусоидальных

сигналов

о - частотный селектор пропускает сигнал только одной частоты Е, не изменяя его фазы; б - усилитель восстанавливает сигнал £ до получения его точной копии в исходной точке.

включении питания, либо шумы, неизбежно существующие в замкнутом контуре и содержащие бесконечное множество гармоник; среди них будет одна (£о), для которой петлевое усиление равно 1. Фактически петлевое усиление для возникновения генерации £о должно быть несколько больше 1. В разд. 6.8.3 будет показано, что мы должны принять меры к тому, чтобы £о не возрастало неограниченно и не вводило усилитель в насыщение.

6.8.2. Построение генератора. На рис. 6.14 представлена практическая схема, иллюстрирующая положения предыдущего раздела. Евх здесь напряжение с выхода генератора звуковой частоты; 7?С-цепь- частотный селектор по схеме моста Вина. Напряжение Е с выходаэтого моста поступает на неинвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого регулируется потенциометром 50 кОм. Если изменять частоту сигнала Евх, то только на одной частоте напряжение Е на выходе частотного селектора будет иметь фазовый сдвиг, равный 0°. Эта частота определяется выражением

(6.11)

Частотный селектор ослабляет сигнал с частотой /о в три раза, т. е. на частоте /о

Регулируя коэффициент усиления усилителя (потенциометром 50 кОм), можно усилить £ в 3 раза, так что напряжение на выходе усилителя Ubmx будет в точности равно вх на частоте /о.

Подключим теперь к выходу усилителя осциллограф и поставим переключатель в положение генерация . При этом замыкается контур обратной связи, общий коэффициент усиления которого равен 1-/з-3=1). На экране осциллографа будет наблюдаться один из двух возможных случаев: напряжение С/вых будет либо резко переключаться от + С/нас к -С/нас (и обратно) с частотой fo, либо оно примет одно из этих значений ( + t/ ac или -С/нас) и генерация не возникнет. Регулируя усиление потенциометром 50 кОм, мы будем наблюдать всплески синусоиды с очень хорощей формой; амплитуда этой синусоиды будет либо расти, либо затухать. Генератор почти работает, но ему необходима какая-нибудь регулировка амплитуды. В следующем разделе дан один из методов такой регулировки.

6.8.3. Мостовой генератор Вина. Опыт работы с испытуемой схемой рис. 6.14 показал, что выходное напряжение С/вых после начала генерации может неограниченно возрастать. Необходима схема, которая бы чувствовала амплитуду выходного напряжения и уменьшала коэффициент усиления усилителя, когда это напряжение превышает установленный уровень. Включим с этой целью в схему рис. 6.14 два встречно-включенных стабилитрона и один резистор и получим практическую схему генератора с мостом Вина, показанную на рис. 6.15. Когда напряжение на выходе генератора становится больше напряжения пробоя стабилитрона, тот или дру-

Проверт Генерирование

Рис. 6.14. Практическая схема для проверки теоретических положений и получения генерации на частоте /о= l/(2a;i?C).

С =0,015тФ в=ЮнОм 41-

0 = 0,015 шФ ЮкОм

5 нОм

-10 в

Рис. 6.15. Практическая схема мостового генератора Вина. fo l кГц.