29. 3. Вопросы

1. Нарисуйте наиболее часто встречающиеся виды несину­соидальных колебаний.

2. Что такое релаксационный генератор?

3. Приведите два примера релаксационных генераторов.

4. Нарисуйте схему блокинг-генератора.

5. Нарисуйте схему астабильного мультивибратора на ос­нове таймера 555.

РЕЗЮМЕ

• Генератор — это невращающееся устройство, вырабаты­вающее переменный ток.

• Выходное напряжение генератора может быть синусо­идальным, прямоугольным или пилообразным.

• Основное требование к генератору — его выходное на­пряжение должно иметь постоянную частоту или амп­литуду.

• Когда конденсатор и катушка индуктивности соединя­ются параллельно, образуется колебательный контур.

• Когда к колебательному контуру прикладывается напря­жение от внешнего источника, в нем возникают коле­бания.

• Колебания в колебательном контуре затухают из-за потерь, обусловленных наличием сопротивления.

• Для поддержания колебаний в колебательном контуре требуется положительная обратная связь.

• Генератор состоит из трех основных частей: частотооп­ределяющего устройства, усилителя и цепи обратной связи.

• Тремя основными типами генераторов синусоидальных колебаний являются LC генераторы, кварцевые генера­торы и RC генераторы.

• Тремя основными типами LC генераторов являются ге­нератор Хартли, генератор Колпитца и генератор Клаппа.

• Кварцевые генераторы обеспечивают большую стабиль­ность частоты выходного сигнала, чем LC генераторы.

• RC генераторы используют резистивно-емкостные цепи для задания частоты генератора.

• Генераторы несинусоидальных колебаний вырабатыва­ют несинусоидальные колебания.

• Генераторы несинусоидальных колебаний генерируют колебания прямоугольной, пилообразной или треуголь­ной формы или комбинацию этих форм.

• Релаксационный генератор — это основа всех генерато­ров несинусоидальных колебаний.

• Релаксационный генератор запасает энергию в реактив­ной компоненте в течение части цикла колебаний.

• Примерами релаксационных генераторов являются бло- кинг-генераторы и мультивибраторы.

Глава 29. Самопроверка

1. Перечислите части генератора и объясните, какой вклад в работу генератора вносит каждая часть.

2. Объясните, как можно поддерживать колебания в ко­лебательном контуре?

3. Каковы главные типы генераторов синусоидальных ко­лебаний?

4. Как используются кварцы в схемах генераторов?

5. Чем генератор несинусоидальных колебаний отличает­ся от генератора синусоидальных колебаний?

6. Из каких компонентов состоят генераторы несинусои­дальных колебаний?

Глава 30. Цепи формирования сигнала

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в со­стоянии:

• Перечислить способы, с помощью которых можно из­менить форму сигнала.

• Объяснить зависимость формы сигнала от вида частот­ных характеристик формирующих цепей.

• Дать определения длительности импульса, скважнос­ти, времени нарастания и времени спада амплитуды сигнала, отрицательного и положительного выбросов, а также «звона».

• Объяснить, как работают дифференцирующие и интег­рирующие цепи.

• Описать цепи фиксации и ограничения.

• Описать различия между моностабильным и бистабиль­ным мультивибраторами.

• Нарисовать схемы цепей формирования сигналов.

В электронике иногда бывает нужно изменить форму сигнала. Синусоидальный сигнал превратить в прямоуголь­ный, прямоугольный в импульсный, а импульсный в пря­моугольный. "Форму сигнала можно проанализировать с помощью двух методов. Анализ формы сигнала посредством анализа его амплитуды в каждый момент времени, назы­вается анализом временных характеристик. Анализ фор­мы сигнала посредством разложения его на составляющие синусоиды, называется анализом частотных характери­стик. Частотный анализ предполагает, что все периодичес­кие сигналы могут быть разложены на сумму синусоид.

29. 1. НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ

На рис. 30-1 изображены три основные формы сигна­лов, представленные в виде функций времени. Этими тре-

(ОСНОВНАЯ)

Рис. 30-1. Три основные формы периодического сигнала: (А) синусоидаль­ная, (Б) прямоугольная, (В) пилообразная.

1000 Гц 2000 Гц 3000 Гц 4000 Гц 5000 Гц

Рис. 30-2. Основная частота 1000 герц и некоторые ее гармоники.

Рис. 30-3. Сигнал пря­моугольной формы.

1. я гармоника

2. я гармоника

3. я гармоника

4. я гармоника

5. я гармоника

мя формами являются: синусоидальная, прямоугольная и пилообразная. Хотя все эти три формы различны, они имеют одинаковый период или частоту. С помощью различ­ных электронных цепей эти формы могут быть превраще­ны одна в другую.

Периодичность — это главное свойство всех колебаний. Согласно концепции частотных характеристик все перио­дические сигналы состоят из синусоид. Другими словами, любой периодический сигнал может быть сформирован путем сложения некоторого количества синусоид, имею­щих различные амплитуды, фазы и частоты. Важность си­нусоид в том, что только они не могут быть искажены RC, RL и LC цепями.

Частота синусоиды, равная частоте периодического сиг­нала, называется частотой основной гармоники. Частоту основной гармоники также называют первой гармоникой. Частоты высших гармоник кратны частоте основной гар­моники. Частота второй гармоники вдвое выше частоты ос­новной гармоники, частота третьей гармоники втрое выше частоты основной гармоники и т.д. На рис. 30-2 приведе­на основная частота 1000 герц и несколько ее гармоник.

Гармоники могут комбинироваться бесконечным числом способов и составлять любое периодическое колебание. Тип и число гармоник, необходимых для составления сигнала, зависит от формы этого сигнала.

Рис. 30-4. Формирование

1-я + 2-я + З-я + 4-я гармоники

З-я

1-я + 2-я гармоники

1-я + 2-я + З-я гар­моники

сигнала прямоугольной фор- Рис. 30-5. Формирование сигнала мы методом сложения его пилообразной формы методом сложе- частотных составляющих, ния его частотных составляющих.

Например, на рис. 30-3 изображен сигнал прямоуголь­ной формы. Рис. 30-4 показывает, как прямоугольный сиг­нал может быть сформирован из комбинации основной гармоники и бесконечного числа нечетных гармоник, пе­ресекающих ось координат в фазе с основной частотой.

Рис. 30-5 показывает формирование пилообразного сиг­нала. Он состоит из основной частоты и четных и нечет­ных гармоник, пересекающих ось координат со сдвигом по фазе на 180 градусов относительно основной частоты.

Осциллограф выводит на экран временные характери­стики сигналов. Анализатор спектра (рис. 30-6) выводит на экран частотные характеристики сигнала. Анализ час­тотных характеристик может быть использован для опре­деления влияния цепей на форму сигнала.

Периодические сигналы — это сигналы, повторяющие­ся через определенные промежутки времени. Период сиг­нала измеряется интервалом времени от любой точки цик­ла до такой же точки следующего цикла (рис. 30-7).

■ Период•

Рис. 30-7. Период сигнала.

Длительность

импульса

Рис. 30-8. Длительность __j импульса сигнала.

Длительность импульса — это длина импульса по оси времени. Скважность — это отношение длительности им­пульса к его периоду. Скважность может быть представ­лена как процентное отношение времени существования импульса в течение каждого периода к периоду.

_ Длительность импульса

Скважность = —

Период

Все импульсы имеют время нарастания и время спада. Время нарастания — это время, требуемое для увеличения импульса от 10% до 90% от величины максимальной ам­плитуды. Время спада — это время, за которое импульс уменьшается от 90% до 10% от величины максимальной амплитуды (рис. 30-9).

Форма отрицательных и положительных выбросов и «звон», т.е. возникновение высокочастотных затухающих

/Г

_w - I ипца | слопош \ ; v

ныи выброс, отрицатель- выброс 1

ный выброс и «звон». '

колебаний, показаны на рис. 30-10. Положительный выб­рос наблюдается, когда передний фронт импульса превы­шает его максимальное значение. Отрицательный выброс имеет место, когда задний фронт импульса превышает его минимальное значение. Оба эти явления наблюдаются при возникновении затухающих колебаний (при ударном воз­буждении), и известны, как «звон». Явления эти нежела­тельны, но существуют вследствие несовершенства цепей.

1. Дайте определение концепции частотных характерис­тик.

2. Как конструируются следующие колебания согласно концепции частотных характеристик?

а. Прямоугольные колебания

б. Пилообразные колебания.

3. Что такое периодическое колебание?

4. Что такое скважность?

5. Нарисуйте примеры положительного выброса, отрица­тельного выброса и «звона» в применении к реальному сигналу.

30-1. Вопросы

Рис. 30-9. Время нарас­тания импульса и время спада импульса измеря­ются на уровнях 10% и 90% от максимальной амплитуды сигнала.

Положит*

выброс

Время нарастания Время спада

«Звон»

Рис. 30-10. Положитель-