Функціональний генератор

    Астабільний генератор не має довгостійкого стану рівноваги.

      Кожний з двох можливих станів рівноваги є квазистійким. Після включення джерел живлення ці стани періодично чергуються (рисунок 4).  

    

    Рисунок 4. Квазистійкий стан астабільного генератора.

    Період  коливань ,де — час перебування генератора в першому і другому станах рівноваги. Такий генератор є автоколивальним. Для його роботи не потрібно надходження зовнішніх запускаючи імпульсів. Зовнішні імпульси можуть подаватися тільки в особливому режимі, який називається режимом синхронізації, коли запускаючий імпульс викликає щоразу передчасне перекидання генератора.

    Генератори прямокутних імпульсів, як і інші типи генераторів електричних сигналів, є системами з позитивно-зворотнім зв’язком. В залежності від способу створення позитивно-зворотного зв'язку розрізняють двокаскадні генератори з RC-ланцюгами зворотного зв'язку і генератори з трансформаторним зворотнім зв'язком. Прикладами перших є мультивібратори, других — блокінг-генератори. Окремим різновидом розглянутих генератором є генератори, виконані на приладах з негативним опором. У цих пристроях зворотний зв'язок є „внутрішнім”, визначається особливостями ВАХ використаного приладу з негативним опором.

    По  типу використовуваних активних елементів  імпульсні генератори можуть бути транзисторними, ламповими, виконуватися на напівпровідникових приладах з негативним опором, на інтегральних мікросхемах різних типів і т.д.

    

        Схемотехнічні принципи побудови генераторів коливань трикутної  форми збігаються з описаними  вище методами - побудови генераторів

прямокутних коливань. Відмінність полягає в тому, що в даному випадку використовується менш глибока позитивна ОС.  

    2.2. Вибір типу функціонального генератора.

    При побудові функціонального генератора використовують дві основні структури:

1)послідовне  включення генератора симетричних  прямокутних              імпульсів і інтегратора;

2)послідовне включення генератора трикутних імпульсів та підсилювача-обмежувача.

    Недоліком першого включення є залежність амплітуди вихідних імпульсів інтегратора  від частоти повтору прямокутних  імпульсів. Тому віддамо перевагу другому  включенню (рисунок 5 ). 

    

    Рисунок 5. Блок схема функціонального генератора.

    Для створення симетричних прямокутних  імпульсів коефіцієнт підсилення має  бути високим, а рівень спрацювання  – як можна ближчим до 0. У зв’язку  з тим, що прямокутні імпульси повинні мати тільки доданню

полярність  потрібно ввести зміщення порогу спрацювання  на рівні 0.

    Враховуючи  частотний діапазон, який вказаний у завданні, від 1кГц до 1МГц, в якості активного елементу генератора трикутних імпульсів вибираємо ОП типу К574УД1, який має такі параметри:

    

    

    Для підсилювального обмежувача доцільно використовувати ключову інтегральну  схему на базі логічних елементів  І-НІ, в якості якої використовуємо мікросхему К561ЛА7.

    Отже, загальна структура функціонального генератора буде мати вигляд: 

Рисунок 6. Структурна схема функціонального генератора.

    Опис  кожного блоку.

    1.Генератор  трикутних імпульсів генерує  імпульси потрібної форми та амплітуди.

    2.Еміторний повторювач призначений для зменшення впливу обмежувача на генератор.

    3.Подільник регулює рівень спрацювання компаратора.

    4.Підсилювач-обмежувач (компаратор з рівнем „0”) використовується для перетворення трикутного імпульсу в прямокутний імпульс.

    5.Стабілізатор  напруги забезпечує стабільний  рівень компаратора.

    6. Підсилювач напруги призначений для підсилення напруги на виході.

    

    7. Підсилювач потужності призначений  для надання потрібного рівня потужності. 

    2.2. Розрахунок кількості  діапазонів функціонального  генератора.

    Розрахунок  частотного діапазону (коефіцієнту  перекриття по частоті) проводиться  за такою формулою:

    

.

Підставляючи  дані значення, отримуємо, що загальний діапазон дорівнює . Але в техніці заведено, що  коефіцієнту перекриття має бути не більше 10 - . Тому розбиваємо даний діапазон відповідно на три піддіапазони:

    1. , ;

    2. , ;

    3. МГц, МГц. 

    2.3. Вибір буферного  підсилювача.

    В зв’язку з тим, що генератор трикутних  імпульсів працює на обмежувачі, вхідний  опір якого залежить від вхідної напруги, необхідно зменшити вплив обмежувача на генератор трикутних імпульсів. Це можна зробити за допомогою буферного каскаду, який має великий вхідний опір і малий вихідний.

    

    Рисунок 7. Схема буферного підсилювача.

    

    В якості такого каскаду використовуємо еміторний повторював. Визначимо І_вих , щоб вибрати потрібний тип транзистора:

    

(мА).

      Оскільки транзистори завжди потрібно вибирати з певним завищенням характеристик, то для еміторного каскаду використовуємо транзистор типу КТ503Б з такими параметрами:

 

    2.4. Попередній розрахунок обмежувача.

    

    Рисунок 8. Схема підсилювача-обмежувача.

    Для підсилювача-обмежувача використовуємо інтегральну мікросхему К561ЛА7 (рис.2.4), поріг спрацювання якої складає 0,5...1В. Для стабілізації порогового спрацювання необхідно забезпечити зміщення, тобто використати стабілізатор напруги, який фіксує нижній рівень живлення 12В.

    Щоб стабілізувати значення порогу обмеження  використовуємо резисторний подільник  напруги і стабілізованого джерела -12В (рисунок 9).  

    

    

    Рисунок 9. Схема резисторного подільника.

    2.5. Попередній розрахунок каскаду підсилення потужності.

    Вихідний  каскад може працювати в ключовому режимі, якщо призначений для підсилення імпульсів постійної амплітуди і в лінійному режимі, якщо напруга на виході має складну форму і амплітуда її може змінюватись.

    При підсиленні однополярних напруг доцільно використовувати однотактні каскади, які для збільшення коефіцієнту корисної дії працюють в режимі класу Б. В такому режимі мінімальному рівню сигналу відповідає режим відсічки, а максимальному – режим насичення.

    Для узгодження перетворювача з низькоомним навантаженням, вихідний каскад будується по схемі еміторного повторювача (спільний колектор).

    

    Рисунок 10. Схема підсилювача напруги.

    Визначаємо максимальний струм навантаження:

    

.

    

    Визначаємо  вихідну потужність :

    

.

    Знаходимо граничну частоту транзистора:

    

    Для вибору типу транзистора в даному каскаді зробимо ще деякі розрахунки:

    

.

    Отже, для даного еміторного повторювача  будемо використовувати транзистор типу КТ805АМ, який має такі характеристики:

 
 
 
 
    

    

    3. Розробка детальної структури.

    Генератор виробляє напругу трикутної та прямокутної  форми, а вихідну напругу можна  регулювати в межах 0...10.

    Рисунок 11. Схема детальної структури функціонального генератора.

    Налагодження  генератора починають з встановлення відповідного діапазону. У даному випадку вибирається один з трьох піддіапазонів:

    від 1 до 10 кГц,

    від 10 до 100 кГц,

    від 0,1 до 1 МГц.

      Описуємо роботу кожного блоку:

    1.Генератор  трикутних імпульсів генерує  імпульси потрібної форми та амплітуди та оснований на операційному підсилювача К574УД1. Для забезпечення лінійності обмежуємо амплітуду генератора на рівні 5В

    2.Подільник регулює рівень спрацювання компаратора, який побудований на двох інтегральних мікросхемах типу К561ЛА7.

    5. Підсилювач напруги призначений для підсилення напруги на виході та оснований на операційному підсилювача К574УД1 і транзисторі типу КТ503Б. При підсиленні одно полярних напруг доцільно використовувати однотактні каскади, які для збільшення коефіцієнту корисної дії працюють в режимі класу Б. В такому режимі мінімальному рівню сигналу (0) відповідає режим відсічки.

    6. Підсилювач потужності, побудований на транзисторі типу КТ805АМ, призначений для надання потрібного рівня потужності.