ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРОВ

Для генерирования импульсных сигналов используются так называемые релаксационные генераторы, создающие разрывные (дискретные) несинусоидальные сигналы.

Генераторы импульсов преобразуют постоянную энергию источника питания в электрические импульсы различной длительности и формы.

Принцип их работы основан на применении в усилителях положительной обратной связи (ПОС) в широком диапазоне частот.

Релаксационные и гармонические генераторы отличаются способом обмена энергии в процессе зарядки–разрядки реактивных хронирующих (времязадающих) элементах.

Релаксация – это кратковременный лавинный процесс перехода (переключения) схемы из одного состояния в другое связанное с перезарядкой реактивных элементов.

Если в гармонических генераторах зарядка или разрядка конденсатора (или накопление энергии в индуктивности) осуществляется в течение нескольких периодов (колебательный контур), то в релаксационных генераторах этот процесс обмена энергии происходит в течение только одного периода.

Структурная схема генератора приведена на рис. 4.1.

Коэффициент усиления усилителя с ПОС будет равен:

.

Условием самовозбуждения генератора является неравенство , которое представляется в виде двух условий:

- баланса амплитуд, показывающего, что ослабление сигнала вносимого цепью ПОС должно компенсироваться усилителем, то есть .

- баланса фаз, показывающего, что сумма фазовых сдвигов на входе усилителя и цепи ПОС должна быть равна 360⁰ или 2π, то есть сигнал ПОС должен приходить в одной фазе с входным:

,

где – модуль коэффициента усиления усилителя, комплексное значение которого равно: ;

– коэффициент передачи цепи обратной связи и его комплексное значение: ;

и - фазы сигналов на входе усилителя и на выходе цепи обратной связи.

Если основное условие самовозбуждения выполняется для одной частоты, то получим генератор синусоидальных колебаний, если - для ряда частот, то выходной сигнал у такого генератора будет иметь несинусоидальную форму. При этом ограничение амплитуды колебаний определяется нелинейностями динамических характеристик активных элементов (транзисторов).

В релаксационных генераторах цепь прямой передачи представляет собой коэффициент усиления широкополосного усилителя К_U, а цепь положительной обратной связи æ_ОС может быть выполнена в виде импульсного трансформатора или с применением RС-цепей. Примером первых генераторов являются блокинг-генераторы, а вторых, – мультивибраторы (МВ).

Если в гармонических генераторах стабильна частота колебаний, но нестабильна амплитуда, то в релаксационных генераторах имеет место обратное положение: нестабильна частота сигналов при их постоянной амплитуде.

Схемы релаксационных генераторов работают в одном из ниже перечисленных режимов:

- автоколебательном, когда при подаче питающего напряжения происходит генерация сигналов импульсной формы;

- ждущем, когда при подаче внешнего сигнала запуска на выходе схемы имеет место сигнал, отличающийся как по амплитуде, так и по длительности от параметров сигнала запуска;

- синхронизации, когда на схему, работающую в автоко-лебательном режиме, подается внешний синхронизирующий стабильный сигнал. Частота работы такого релаксационного генератора определяется частотой внешнего сигнала;

- кратной синхронизации, или деления частоты, в этом случае частота внешнего синхронизирующего сигнала в несколько раз (кратное) превышает частоту сигнала, генерируемого релаксационным генератором.

Схемы мультивибраторов (МВ) определяются типом активных элементов и могут быть выполнены как на дискретных компонентах, так и интегральных микросхемах (ИМС).

Применение МДП-транзисторов (большое R_ВХ) позволяет увеличивать длительность выходных импульсов в схемах МВ.

Улучшение формы импульсов и сокращение времени восстановления в МВ на ИМС, в отличие от МВ на дискретных компонентах, достигаются схемотехническими решениями с применением методов интегральной технологии.

Рассмотрим основные принципы работы различных МВ и основные соотношения для генерируемых ими импульсов.