- •Основы электроники Курс лекций
- •1. Введение
- •Историческая справка
- •Области, основные разделы и направления электроники
- •Перспективы развития электроники
- •2. Элементы электронных схем
- •Полупроводниковые диоды
- •Примеры обозначения приборов:
- •3. Биполярные транзисторы
- •4. Полевые транзисторы
- •5. Тиристоры
- •Классификация и система обозначений тиристоров
- •6. Оптоэлектронные приборы
- •Излучающий диод (светодиод)
- •Фоторезистор
- •Фотодиод
- •Оптрон (оптопара)
- •Фототранзистор и фототиристор
- •7. Операционные усилители
- •8. Интегральные микросхемы
- •9. Аналоговые электронные устройства Усилители
- •Обратная связь в усилителях
- •Усилители на биполярных транзисторах
- •Усилители на полевых транзисторах
- •10. Линейные схемы на основе операционных усилителей
- •Инвертирующий усилитель на основе оу
- •Неинвертирующий усилитель на основе оу
- •Повторитель напряжения на основе оу
- •Сумматор напряжения (инвертирующий сумматор)
- •Вычитающий усилитель (усилитель с дифференциальным входом)
- •Схемы с диодами и стабилитронами на основе оу
- •11. Усилители постоянного тока
- •Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах
- •Усилитель постоянного тока с модуляцией и демодуляцией (усилитель типа мдм)
- •Услители мощности (мощные выходные усилители)
- •Трансформаторные усилители мощности
- •Бестрансформаторные усилители мощности
- •12. Электронные фильтры
- •Классификация фильтров по виду их амплитудно-частотных характеристик
- •Классификация фильтров по передаточным функциям
- •Активные фильтры
- •13. Генераторы гармонических колебаний
- •14. Вторичные источники питания
- •15. Цифровая и импульсная электроника
- •Транзисторные ключи
- •Логические элементы
- •16. Комбинационные цифровые устройства
- •Последовательностные цифровые устройства
- •17. Цифровые запоминающие устройства
- •18. Устройства для формирования и аналого-цифрового преобразования сигналов
- •Цифроаналоговые преобразователи
- •Аналого-цифровые преобразователи
- •Генераторы импульсных сигналов
- •Литература
13. Генераторы гармонических колебаний
Генератором гармонических колебаний называют устройство, создающее переменное синусоидальное напряжение при отсутствии входных сигналов. Генератор преобразует энергию источника постоянного напряжения в энергию переменного входного сигнала.
Различают два режима возбуждения генератора: самовозбуждение (мягкий режим) и с внешним начальным сигналом (жесткий режим).
RC-генераторы с мостом Вина. Мостом Вина обычно называют схему, приведенную на рис. 13.1.
Рис. 13.1. Мост Вина
При частоте входного сигнала, равной резонансной частоте f0, напряжение на выходе uвых равно нулю (при ненулевом входном напряжении uвх). Резонансная частота определяется выражением
.
В реальных схемах генераторов для поддержания колебаний необходимо, чтобы на частоте колебаний напряжение uвых несколько отличалась от нуля. Поэтому реально мост работает с некоторым рассогласованием, когда отношение сопротивлений R1/R2 несколько отличается от 2 (более точно R1/R2>2).
Схема генератора на операционном усилителе с очень простой схемой автоматической стабилизации амплитуды, которую обеспечивают диоды, представлена на рис. 13.2. Пунктиром показан усилитель, представляющий из себя ОУ, охваченный цепью отрицательной обратной связью (ООС) и имеющий коэффициент усиления К. С помощью частотно-зависимой RC-цепи (упрощенный мост Вина) этот усилитель охвачен цепью положительной обратной связи.
Рис. 13.2. Генератор на ОУ с мостом Вина и стабилизатором
амплитуды на диодах
На частоте f0 коэффициент передачи упрощенного моста Вина β=1/3. Для соблюдения условия баланса амплитуд необходимо, чтобы К·β≥1, т.е. R1+R2≥2R3.
При практическом применении подобных генераторов нагрузку часто желательно подключать через дополнительный буферный усилительный каскад.
Кварцевые генераторы. Основой генераторов составляют кварцевые резонаторы. Кварцевый генератор – это пластинка кварца, закрепленная определенным образом в кварцедержателе и представляющая собой электромеханическую колебательную систему. Эти резонаторы относятся к пьезоэлектрическим элементам, принцип действия которых основан на использовании прямого и обратного пьезоэффекта. При анализе схемы с кварцевым резонатором (рис. 13.3,а) его удобно заменить эквивалентной схемой (рис. 13.3,б).
Рис. 13.3. Схема кварцевого резонатора (а) и его эквивалентная схема (б)
В эквивалентной схеме могут иметь место и параллельный, и последовательный резонанс. На практике используют оба вида резонанса.
На частоте последовательного резонанса
резонатор имеет минимальное сопротивление RК. Частота параллельного резонанса
.
В диапазоне частот между ωк и ω0 резонатор ведет себя как некоторая индуктивность.
Кварцевые резонаторы характеризуются высокой стабильностью и добротностью (Qк=104 ÷ 105). Использование кварцевых резонаторов позволяет снизить относительное изменение частоты генераторов до очень малых значений (10–6 ÷ 10–9).
Упрощенная схема кварцевого генератора на основе операционного усилителя при использовании последовательного резонанса (рис. 13.4).
Рис. 13.4. Кварцевый генератор с ОУ с последовательным резонансом
На частоте последовательного резонанса в схеме имеет место сильная положительная обратная связь, что и поддерживает автоколебания.