Generatory przebiegów niesinusoidalnych

Transkrypt

1 Generatory przebiegów niesinusoidalnych Ryszard J. Barczyński, 2017 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

2 Przerzutniki Przerzutniki należą do układów impulsowych przynajmniej jeden z elementów aktywnych pracuje jako przełącznik. W zależności od właściwości układu wyróżniamy przerzutniki bistabilne, które w stanie ustalonym mogą przyjmować jeden z dwy dozwolonych poziomów; monostabilne, posiadające jeden stan ustalony, do którego samoczynnie powracają po przerzuceniu (sygnałem zewnętrznym) do drugiego stanu; astabilne, samoczynnie przechodzące cyklicznie z jednego stanu do drugiego.

3 Wzmacniacz operacyjny lub komparator z dodatnim sprzężeniem zwrotnym Prosty przerzutnik można zrealizować z komparatora lub wzmacniacza operacyjnego z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Dodatnie sprzężenie zwrotne zapewnia przerzuty i histerezę układu.

4 Wzmacniacz operacyjny lub komparator z dodatnim sprzężeniem zwrotnym Histereza zapewnia strefę nieczułości układu w okolicach zera napięcia wejściowego.

5 Bistabilny przerzutnik Schmitta Przerzutnik Schmitta tu układ bistabilny, który zmienia swój stan przy wzroście napięcia wejściowego powyżej U1d i powraca do stanu wyjściowego przy jego spadku poniżej U1z<U1d Rysunek przedstawia przerzutnik zrealizowany za pomocą wzmacniacza różnicowego z dodatnim sprzężeniem zwrotnym (przedstawiony na początku wykładu przerzutnik na wzmacniaczu operacyjnym w zasadzie też jest przerzutnikiem Schmitta).

6 Bistabilny przerzutnik Schmitta Przebiegi napięć w charakterystycznych punktach układu.

7 Bistabilny przerzutnik Eccles-Jordana Przerzutnik ten jest bistabilny może znajdować się w jednym ze stanów: - T1 przewodzi, T2 zatkany - T1 zatkany, T2 przewodzi Przejście ze stanu do stanu jest możliwe poprzez przyłożenie dodatniego napięcia rezystora w bazie tranzystora zatkanego lub ujemnego napięcia do rezystora w bazie tranzystora nasyconego (przewodzącego).

8 Bistabilny przerzutnik Eccles-Jordana Przebiegi napięć w charakterystycznych punktach układu przy przełączaniu

9 Monostabilny przerzutnik Eccles-Jordana Przerzutnik monostabilny posiada jeden stan, w którym może znajdować się przez dowolny okres czasu. Po przerzuceniu w stan drugi samoczynnie powraca (po czasie określonym parametrami elementów) do stanu pierwotnego. W stanie stabilnym T1 jest nasycony, T2 zaś zatkany, pod wpływem dodatniego impulsu wyzwalającego na wejściu T4 wchodzi na krótko w stan nasycenia powodując zatkanie T1 na czas określony przez ładowanie kondensatora C przez rezystor R2.

10 Monostabilny przerzutnik Eccles-Jordana Przebieg napięć w charakterystycznych punktach układu.

11 Astabilny przerzutnik Eccles-Jordana Przerzutnik astabilny (multiwibrator) charakteryzuje się cyklicznym przechodzeniem tranzystorów ze stanu zatkania do przewodzenia. Jeżeli w stanie początkowym przewodzi (jest w stanie nasycenia) T1, to na skutek ładowanie się C2 przez R1 wzrasta napięcie bazy T2 aż do przerzutu i nasycenia się T2, co powoduje zatkanie T1. Sytuacja się odwraca...

12 Astabilny przerzutnik Eccles-Jordana Przebieg napięć w charakterystycznych punktach układu.

13 Przerzutnik astabilny przykład aplikacji Przerzutnik astabilny modulujący częstotliwość drgań generatora akustycznego w sygnale alarmowym.

14 Relaksacyjny generator sygnału prostokątnego uwy uc i C R1 U CC R1 R 2 R1 U CC R1 R 2 C uc Wy R1 UCC R R2 uwy t -UCC t Niekorzystną cechą układu jest nasycanie się wzmacniacza. Można temu przeciwdziałać na przykład stosując limitery.

15 Generator funkcyjny Jak zbudowano nasze laboratoryjne generatory funkcyjne?

16 Generator przebiegu piłokształtnego i prostokątnego Wykorzystując przerzutnik Schmitta i układ całkujący można w prosty sposób zbudować generator sygnału trójkątnego i prostokątnego.

17 Generator przebiegu piłokształtnego prostokątnego i sinusoidalnego Dodając drugi układ całkujący (nieodwracający) uzyskuje się aproksymację sinusoidy za pomocą odcinków paraboli. W celu aproksymacji sinusoidy można też wykorzystać diodowe układy aproksymacyjne.

18 Generator przebiegu prostokątnego przestrajany napięciem zewnętrznym Generatory przestrajane napięciem zewnętrznym znajdują zastosowanie jako przetworniki napięcie/częstotliwość, są też elementem składowym układów cyfrowych syntezatorów z synchroniczną pętlą gazową (SPF, PLL).

19 Układ z synchroniczną pętlą fazową (SPF, PLL) Układ SPF to w zasadzie pętla automatycznej regulacji, w której wielkością regulowaną jest częstotliwość. Jego działanie polega na wykrywaniu i korygowaniu różnic wartości przesunięcia fazowego (i częstotliwości) sygnału wejściowego i generatora sterowanego napięciem lub prądem.

20 Układ z synchroniczną pętlą fazową syntezator częstotliwości Wykorzystując układ SPF można zbudować układ generatora o ustawianej częstotliwości, którego stabilność jest równa stabilności generatora kwarcowego. Jako źródło częstotliwości fg/m oraz dzielnik przez N wykorzystuje się również wewnętrzne bloki mikrokontrolera.

21 Układ z synchroniczną pętlą fazową Zastosowanie układu synchronicznej pętli fazowej do precyzyjnej regulacji prędkości obrotowej silnika elektrycznego. Silnik z tachometrem pełni rolę sterowanego generatora.

22 Układ generatora z bezpośrednią syntezą (DDS) - direct digital synthesis Generatory z bezpośrednią syntezą działają na zasadzie bezpośredniego przetwarzania danych cyfrowych na analogowe za pomocą przetworników C/A.

23 Układ generatora z bezpośrednią syntezą (DDS) - direct digital synthesis Duża rozdzielczość przestrajania i możliwość precyzyjnego przestrajania fazy, Bardzo szybkie przestrajanie częstotliwości wyjściowej lub fazy, Cyfrowa architektura układu eliminuje potrzebę ręcznego strojenia i kompensacji zmian parametrów elementów pod wpływem dryftu temperatury lub starzenia się, Łatwy do realizacji cyfrowy interfejs z użytkownikiem.

24 Układ generatora z bezpośrednią syntezą (obecnie są dostępne gotowe układy scalone) Generatory z bezpośrednią są ostatnio wytwarzane w postaci układów scalonych, umożliwia to realizację stosunkowo prostych generatorów o parametrach trudnych do osiągnięcia innymi metodami.