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.

При геометричних розмірах, менших за один сантиметр, власні частоти механічних коливань кварцових платівок бувають порядку 10⁵ – 10⁷ Гц, і лежать у діапазоні частот, широко застосовуваних у комп’ютерній електроніці.

Але, окрім перелічених вище властивостей, кварц має ще і властивість п’єзоелектрика (хоча і не дуже сильно виражену). При механічній деформації на гранях кварцової платівки з’являється поверхневий заряд, який може бути зафіксований за допомогою електродів, притулених до платівки.

Тому при механічних коливаннях кварцового резонатора у колі електродів виникає змінний струм з частотою коливань кварцу.

Навпаки, прикладаючи до електродів напругу з частотою власних коливань кварцової платівки, можна збудити в ній інтенсивні механічні коливання. Таким чином, кварцова платівка, з притуленими до неї електродами, є всокоякісним електричним резонатором з унікальними властивостями.

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 ростуть номінали індуктивності та ємності в коливальному контурі ( ). Це призводить до збільшення розмірів пристрою. 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 перевиконати амплітудну умову самозбудження, бо амплітуду генерованих коливань це не сильно збільшить, а форму генерованих імпульсів 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 потужносні).

• 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 . 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.