Відповіді на контрольні запитання другого семестру

Змістовий модуль III

1. Що таке генератор? За якими ознаками можна класифікувати генератори?

Генератор – це певна схема, яка самовільно (чи за зовнішньою командою) формує послідовність сигналів, яка характеризується періодом повторення і формою.

За функціональними можливостями генератори поділяють на:

• автогенератори;

• затримані генератори (генератори, які запускаються зовнішнім сигналом).

За формою генерованого сигналу:

• генератори гармонійних сигналів;

• генератори прямокутних імпульсів;

• генератори сигналів спеціальної форми (пилкоподібної, прямокутної тощо)

2. Якої найвищої стабільності (за порядком величини) можна досягти, використовуючи кварцову стабілізацію?

Кварцова платівка є вельми досконалим механічним резонатором, має механічну міцність та твердість, високу пружність, мале внутрішнє тертя і дуже малий коефіцієнт теплового розширення. Це забезпечує мале значення згасання коливань і високу температурну стабільність власної частоти. Стабільність частоти автогенераторів з кварцом виявляється порядку 10^-5 – 10^-6. Якщо ж забезпечити стабільність джерел живлення, термостатування кварцу і всієї схеми в цілому, то стабільність може бути доведено до 10^-8 – 10^-9.

3. Чому на низьких (звукових) частотах краще застосовувати rc- автогенератори?

Для генерації коливань високих частот використовують LC коливальні контури. Але зі зменшенням частоти сильно ростуть номінали індуктивності та ємності в коливальному контурі ( ). Це призводить до збільшення розмірів пристрою, що не є гуд. Тому для генерації низькочастотних сигналів використовують RC-генератори, в яких замість коливального контуру використовуються RC-фільтри.

4. В чому полягає ідея створення RC- автогенератора?

Як казав Тичко: «Идея очень проста». У підсилювальному каскаді має бути створений позитивний зворотній зв'язок через чотириполюсник, що складається з резисторів та ємностей. На потрібній частоті цей чотириполюсник повинен обертати фазу сигналу на 180^о. Це забезпечить виконання фазової умови самозбудження саме на цій частоті. Крім того, на цій же частоті має виконуватись ще й амплітудна умова , де – коефіцієнт підсилення каскаду на частоті . Для цього робиться достатньо великим (але важливо не переборщити з , бо амплітуду генерованих коливань це збільшить не сильно, а форму нелінійні спотворення серйозно зіпсують).

5. Яким вимогам має задовольняти чотириполюсник зворотного зв’язку в RC- автогенераторі? В основному потрібно побудувати чотириполюсник з R і C елементів, який би обертав фазу гармонічного сигналу на 180^о на частоті .

Для схеми вище треба:

• Щоб вхід чотириполюсника мав великий опір, бо він шунтує вихід (розділяє струм, пропускаючи в землю частину корисного струму, а з ним і напруги).

• Узгодити вихід чотириполюсника із входом транзистора через емітерний повторювач, бо вхід транзистора шунтується вихідним резистором останньої комірки ланцюжка.

• Не перестаратися з коефіціентом підсилення і не перевиконати амплітудну умову (це призводить до нелінійних спотворень).

6. Поодинока диференціююча RC-комірка β обертає фазу гармонійного сигналу на кут ϕ. Чи можна при послідовному ввімкненні кількох таких комірок для підрахування загального повороту фази просто підсумувати кути кожної з них?

Ні. При послідовному ввімкненні комірок кожна наступна комірка буде шунтувати і навантажувати вихід попередньої, тому І_вих = 0 вже не буде правильним. Потрібно розв’язувати задачу одразу для всіх комірок (наприклад, методом контурних струмів) і розраховувати залежності і . В цьому випадку для трьох диференціюючих RC-комірок маємо w₀= / RC, β₀=1/29.

7. Чому форма коливань, генерованих RC-автогенераторами, звичайно відрізняється від гармонічної? Що треба робити щоб наблизитись до гармонічної форми генерованих коливань?

В RC-автогенераторах немає частотно-вибіркової ланки. Тому нелінійні спотворення колекторного струму будуть повністю відтворюватися у вигляді відповідних спотворень вихідної напруги. Отже, не рекомендується значно перевищувати амплітудну умову k*β>1, бо значного виграшу в амплітуді генерованих коливань не буде, а нелінійні спотворення зростуть.

У автогенераторі з мостом Віна можна ввімкнути замість резистора R₀ (або послідовно з ним) лампочку розжарювання, яка б збільшувала свій опір зі збільшенням струму через неї. Це не дасть сильно перевиконати амплітудну умову (з неї, у даному випадку, випливає нерівність R_зз > 2R₀)

8. Навіщо в RC-автогенераторі з мостом Віна потрібне коло негативного зворотного зв’язку RззR0?

Негативний зворотній зв'язок забезпечує тут коефіцієнт підсилення k=1+ Rзз/R₀.

9. Навіщо для покращення форми генерованих коливань в RC-автогенераторі з мостом Віна послідовно з резистором R₀ вмикають лампочку розжарення?

Форма генерованих коливань тим гірша, чим сильніше перевиконана амплітудна умова самозбудження. Тому після того, як автогенератор збудиться, умову Rзз>2R₀ слід зробити якомога слабшою. Це можна зробити автоматично, увімкнувши замість резистора R₀ (або послідовно з ним) елемент, опір якого зростав би зі збільшенням струму через нього. Тоді в міру збільшення амплітуди генерованих коливань опір R₀ збільшувався б і нерівність Rзз>2R₀ наближалась би до рівності. Тобто лампочка розжарювання застосовується для автоматичного встановлення рівня зворотного зв’язку і одержання задовільної форми генерованих коливань.

10. Чому навіть при повністю симетричній схемі мультивібратор не може перебувати в симетричному режимі?

Кожний із каскадів інвертує сигнал і тому випадкова флуктуація колекторного струму, пройшовши через обидва каскади, повернеться у вихідну точку з попередньою полярністю, але підсиленою у k² разів, де k-коефіцієнт підсилення кожного з каскадів.