СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Кафедра: Информационной безопасности
Шахайда В.М.
Сигналы и процессы в компьютерных системах
Методическое пособие по выполнению практических работ
Для студентов дневного и заочного обучения по направлению подготовки - 0701 специальности 6.170100 «Управление информационной безопасностью»
СЕВАСТОПОЛЬ
2014
АВТОГЕНЕРАТОРЫ
Учебно - методическое пособие
Учебно-методическое пособие
для студентов дневного и заочного обучения по специальностям
Рекомендовано к изданию кафедрой ИБ
Протокол № 1 от 27 августа 2009г.
Оглавление
Введение «Генераторы колебаний» 4
Раздел 1. RC-автогенераторы 7
Лабораторное занятие №1 RC – автогенератор с поворотом фазы на базе биполярного транзистора 9
Лабораторная занятие №2 RC – автогенератор с поворотом фазы на базе операционного усилителя 16
Лабораторное занятие №3 RC – автогенератор без поворота фазы на базе операционного усилителя 19
Раздел 2. RL и RLM - автогенераторы 22
Лабораторное занятие №4 RL – автогенератор без поворота фазы на базе операционного усилителя 23
Раздел 3. LC - автогенераторы 26
Лабораторное занятие №5 LС – автогенератор с трансформаторной связью 27
Лабораторное занятие №6 Трехточечная схема LС – автогенератора с емкостной связью 28
Раздел 4. Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты 30
Лабораторное занятие №7 Исследование кварцевого резонатора 35
Лабораторное занятие №8 Исследование генератора с кварцевым резонатором 38
Литература 40
Введение «Генераторы колебаний»
Генераторы служат для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию незатухающих колебаний. Генераторы включают в свой состав активный элемент и частотно-избирательный четырехполюсник. В качестве активных элементов могут использоваться диоды, имеющий участок отрицательного сопротивления на вольт-амперной характеристике, транзисторы или операционные усилители. В качестве частотно-избирательных четырехполюсников применяются резонансные LC-контуры, кварцевые резонаторы, RC-, RL- и RLM-цепи. По типу частотно-избирательного четырехполюсника генераторы делятся на LC-, RC-, RL-, RLM – генераторы.
По принципу возникновения колебаний различают генераторы с внешним (независимым) возбуждением (рис. 1а) и генераторы с самовозбуждением (автогенераторы, рис. 1б).
Рис.1. Структурные схемы генераторов (УС-усилитель, ИЧ - частотно-избирательный четырехполюсник)
В данном пособии будут рассматриваться автогенераторы. Кольцевая схема автогенератора выполняется таким образом, чтобы возникла положительная обратная связь. По критерию Найквиста, колебания в замкнутой системе возникают и существуют, если амплитудно-фазовая характеристика разомкнутой системы охватывает на комплексной плоскости критическую точку [1,0] (рис.2).
Рис.2. Амплитудно-фазовая характеристика автогенератора
Амплитудно-фазовая характеристика автогенератора
Для выполнения условия возникновения колебаний необходимо выполнение условия:
Это выражение, представляющее собой условие самовозбуждения генератора, распадается на два условия:
где n = 0, 1, 2….
Эти условия означают, что для существования автоколебаний необходимо, чтобы потери, вносимые частотно-избирательным четырехполюсником, компенсировались усилителем (баланс амплитуд), а создаваемый ими суммарный сдвиг фаз должен быть равен 0 или кратен 2 (баланс фаз). Последнее условие означает, что в кольцевой схеме реализована положительная обратная связь. Для генераторов гармонических колебаний условия баланса амплитуд и фаз должны выполняться только на одной частоте 0.
Для построения автогенераторов можно использовать как инвертирующие усилители (У = и ИЧ = ), так и не инвертирующие усилители (у = 0, ич = 2 n, где n =0,1,2… ).
Различают «мягкий» и «жесткий» режимы возбуждения генераторов. При «мягком» режиме петлевое усиление больше единицы (Ку()Кич()>1) в момент включения напряжения питания. Любые шумы или возмущения в системе, вызванные случайными факторами, усиливаются и через цепь обратной связи подаются на вход усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала, причем величина этого дополнительного сигнала больше того возмущения, которое вызвало его появление. Соответственно увеличивается выходное напряжение, что приводит к увеличению входного сигнала и т.д. В итоге случайно возникшее возмущение приведет к непрерывному возрастанию выходного сигнала. Коэффициент усиления начинает уменьшаться с увеличением амплитуды колебаний. При выполнении условия Ку()·Кич()= 1 амплитуда автоколебаний стабилизируется.
При «жестком» режиме возбуждения для возникновения автоколебаний необходимо подать на генератор внешний сигнал, не меньше определенного значения (это относится к генератором, коэффициент усиления усилительного каскада которых зависит от амплитуды входного сигнала).