Для чего нужен генератор прямоугольных импульсов
Генератор прямоугольных импульсов – для новичков в радиоделе
Функциональные генераторы, способные воспроизводить сигналы прямоугольной формы, как правило, выдают разнополярные импульсы Я не готов утверждать, что это не нужно, но генератор, который может понадобиться в последующих экспериментах, вполне подойдёт, если сигналы будут однополярные
Генератор проще собрать по одной из схем, приведённых выше Но я считаю, что чем больше узнаёшь, тем быстрее начинаешь чувствовать себя свободнее с электрическими схемами Поэтому предлагаю использовать для создания генератора прямоугольных импульсов такую хорошую микросхему, как таймер 555
Отечественный аналог этой микросхемы КР1006ВИ1 Она выпускается в корпусе DIP и имеет восемь выводов
При всей простоте внешнего вида эта микросхема имеет богатое внутреннее содержание
Конечно, схему я привёл только для того, чтобы показать, что все компоненты микросхемы наши знакомые: диоды, транзисторы, резисторы На этой схеме вы можете узнать знакомые вам схемы
включения транзистора с общим эмиттером и с общим коллектором Назначение многих каскадов
– это усиление сигнала
И ещё одна причина, по которой я привёл схему Многие элементы электрических схем выглядят довольно просто И стоят они недорого И не всегда их жаль Вместо того, чтобы лишний раз проверить, правильно ли спаяна схема, мы спешим включить устройство, забывая, что любые ошибки могут пагубно сказаться на «здоровье» таких сложных устройств
На принципиальных схемах микросхемы обычно рисуют в виде прямоугольника с выводами, к которым подключают остальные элементы электрической цепи Вот схема генератора прямоугольных сигналов
Напряжение питания для таймера может выбираться из диапазона 3-15 вольт Что позволяет подключать его и к блоку питания, и к батарейке, скажем, 9 В
Частота импульсов этого генератора около 1 кГц Но прямоугольные импульсы, напомню, содержат много гармонических составляющих, то есть, частот кратных основной частоте Чем ближе форма импульсов к прямоугольной, тем выше частота гармоник Если сделать частоту повторения импульсов 10 кГц, то гармоники в 100 кГц, в 1 МГц можно использовать для испытания высокочастотных устройств
Кроме того, при наличии осциллографа, наблюдая прохождение прямоугольных импульсов через усилитель, можно сделать выводы о полосе его пропускания Вот вид выходных импульсов при недостаточной ёмкости конденсатора на входе усилителя
Верхний график – сигнал на входе, нижний график выходной сигнал
Рис 710 Испытание усилителя прямоугольными импульсами
Изменив ёмкость с 1 мкФ на 10 мкФ, вы можете увидеть, что форма импульсов стала лучше А так выглядит прохождение импульсов через усилитель, когда частота импульсов высокая, а верхняя частота среза усилителя недостаточна
Рис 711 Испытание усилителя прямоугольными импульсами высокой частоты
Конечно, вы не получите исчерпывающих сведений о частотах среза, но получите представление о полосе пропускания усилителя, сделав одно быстрое испытание Иначе вам пришлось бы делать множество замеров для построения амплитудно-частотной характеристики
Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012
Лекция 14. ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ РЕЛАКСАЦИОННОГО ТИПА
Принцип действия генераторов прямоугольных импульсов
Генераторы прямоугольных импульсов строятся на основе усилителей с положительной обратной связью, в которых при выполнении условия баланса амплитуд и баланса фаз возникают колебательные процессы. Для возникновения прямоугольных колебаний необходимо, чтобы условие самовозбуждения выполнялось в широком диапазоне частот. При этом из-за паразитных емкостей спектр генерируемых колебаний ограничен сверху, и формируемые импульсы имеют конечную длительность фронта и среза. Наличие разделительных конденсаторов приводит к ограничению спектра на низких частотах, что приводит к снижению амплитуды прямоугольных импульсов.
Мультивибраторы
Мультивибратором называется генератор прямоугольных импульсов релаксационного типа, не имеющий устойчивых состояний.
Рис.4.8. Принципиальная схема мультивибратора
Рис.4.9. Временные диаграммы мультивибратора на транзисторах
Для построения генераторов прямоугольных импульсов наряду с дискретными элементами используются операционные усилители. Тип генераторов импульсов на операционных усилителях (мультивибратор, одновибратор) определяется цепью обратной связи.
Мультивибратор на операционном усилителе имеет две цепи обратной связи (рис.4.10). Цепь обратной связи неинвертирующего входа образована двумя резисторами (R2 и R2) и, следовательно,
.
Рис.4.10. Схема мультивибратора на операционном усилителе
Обратная связь по инвертирующему входу образована цепочкой R1C1, поэтому напряжение на инвертирующем входе зависит не только от напряжения на выходе усилителя, но и является функцией времени
.
Процессы, протекающие в мультивибраторе, рассмотрим, начиная с момента времени t0 (рис.4.11), когда напряжение на выходе положительное ( 
). При этом, как будет показано далее, конденсатор C1 в результате процессов, протекающих в предшествующие моменты времени, заряжен таким образом, что к инвертирующему входу приложено отрицательное напряжение. На неинвертирующем входе действует постоянное положительное напряжение
.
Рис.4.11. Временная диаграмма мультивибратора
на операционном усилителе
Напряжение на инвертирующем выходе 
с течением времени увеличивается, стремясь к уровню , так как в системе протекает процесс перезарядки конденсатора C1. Пока 
, состояние усилителя определяет напряжение на инвертирующем входе и на выходе сохраняется уровень .
В момент времени t1 напряжение на входах операционного усилителя становится равным, и тогда дальнейшее увеличение приводит к тому, что напряжение на выходе резко уменьшается и становится отрицательным 
Так как напряжение на выходе операционного усилителя изменило полярность, то конденсатор C1 в дальнейшем перезаряжается и напряжение на нем, а также напряжение на инвертирующем входе стремиться к
В момент времени t2 опять наступает равенство напряжений на входах операционного усилителя, после чего напряжение на выходе скачком опять принимает значение . Как следует из временной диаграммы (рис.4.11) в момент времени t2 полный цикл работы схемы заканчивается и в дальнейшем процессы в ней повторяются.
Длительность генерируемых импульсов (интервал времени t0…t1) определяется временем перезарядки конденсатора С1 по экспоненциальному закону
.
, uC1(¥) = Uвых, t1 = R1C1, то
Формирование импульса заканчивается, когда t = t1 и
.
Следовательно, длительность генерируемых импульсов
.
Время паузы по аналогии
.
Так как время импульса и паузы одинаковы такой мультивибратор называют симметричным. В несимметричном мультивибраторе на операционном усилителе перезарядка конденсатора C1 осуществляется через разные резисторы (рис.4.12). При положительном напряжении (во время импульса) перезарядка конденсатора происходит с постоянной времени t1 = R1C1, а при отрицательном (во время паузы) - с постоянной t2 = R4C1.
Рис.4.12. Схема несимметричного мультивибратора
Схему мультивибратора можно построить на логических элементах. Простейшая схема мультивибратора включает в себя два инвертирующих логических элемента ЛЭ1 и ЛЭ2, две времязадающие цепочки R1C1 и R2C2 и диоды VD1 и VD2 (рис.4.13).
Рис.4.13. Схема мультивибратора на логических элементах
Дата добавления: 2018-11-26 ; просмотров: 1870 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Генераторы прямоугольных импульсов
Вы будете перенаправлены на Автор24
Классификация генераторов импульсов. Автоколебательные генераторы
Генератор импульсов — это устройство, которое способно создавать волны определенной формы.
Генератор прямоугольных импульсов — это генератор, который используется для получения колебаний прямоугольной формы.
В настоящее время существует большое разнообразие генераторов импульсов, которые могут классифицироваться по следующим признакам:
Генераторы прямоугольных импульсов широко используются в телевидении, технике, радиотехнике, системах автоматического управления. В данных генераторах, в отличии от генераторов гармонических колебаний, используется цепь обратного порядка, и активный элемент функционирует в нелинейном режиме. В зависимости от режима работы различают два основных вида генераторов прямоугольных импульсов:
Пример схемы автоколебательного мультивибратора изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема автоколебательного мультивибратора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Готовые работы на аналогичную тему
Передаточная характеристика триггера Шмитта изображена на рисунке ниже.
Рисунок 2. Передаточная характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рассмотрим работу автоколебательного мультивибратора, при условии, что t = 0, Uвых = +Uнас, при этом напряжение конденсатор — Uc(0)
В момент времени t1 напряжение достигает величины Buнас, а операционный усилитель переключается в отрицательное насыщение. Выходное напряжение становится равным отрицательному напряжению насыщения, и начинается перезарядка конденсатора, напряжение Uс(t) изменяется по следующему закону:
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В момент времени t2 напряжение равно –Вuнас, и операционный усилитель переключается в положительное насыщение. Затем данный процесс повторяется. Временные диаграммы напряжений Uc(t) и Uвых(t) изображены на рисунке ниже
Рисунок 4. Временные диаграммы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Ждущие мультивибраторы
Ждущий мультивибратор — это генератор прямоугольных импульсов, который предназначен для получения одиночных импульсов установленной длительности.
Пример схемы ждущего мультивибратора изображен на рисунке ниже.
Рисунок 5. Схема ждущего мультивибратора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Импульс на выходе ждущего мультивибратора возникает в результате подачи на вход специального запускающего сигнала. Так как на его входе подключена дифференциальная цепь, то продолжительность и форма этого сигнала могут быть произвольными.
Рисунок 6. Временные диаграммы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Продолжительность импульса, который формируется на выходе ждущего мультивибратора, определяется по следующей формуле:
Время, которое необходимо для восстановления устойчивого состояния рассматриваемой схемы (время релаксации), рассчитывается следующим образом:
Генераторы сигналов
Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).
Историческая справка
Первый генератор был создан в 1887 году немецким физиком Германом Герцем. Прибор разрабатывался на основе индукционной катушки (или катушки Румкорфа). Он был искровым и вырабатывал электромагнитные волны. Потом история развивалась так:
Это было лишь начало. Позже инженерами разных стран было создано множество вариаций электронных генераторов.
Как устроен генератор сигналов?
Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.
Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:
Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.
Принцип действия
Рассмотрим схему действия на примере простейшего электронного генератора. Есть проводник и магнитное поле, по которому он движется. В качестве проводника обычно используют рамку.
Принцип действия таков:
Схема генератора похожа на схему усилителя. Разница в том, что у первого нет источника входного сигнала. Он заменяется сигналом положительной обратной связи (ПОС).
В процессе обратной связи (ОС) часть выходного сигнала направляется на входную цепь. Структура такого импульса задается спецификой цепи обратной связи. Чтобы обеспечить нужную периодичность колебаний, цепи ОС создают на базе LC или RC-цепей. Частота будет зависеть от времени перезарядки конденсатора.
После формировки в цепи ПОС сигнал отправляется на вход усилителя. Там он умножается в несколько раз и поступает на выход. Оттуда часть отправляется на вход посредством цепи ПОС и снова ослабляется, возвращаясь к исходному значению. Благодаря такой схеме внутри устройства поддерживается постоянная амплитуда выходного сигнала.
Как устроен генератор смешанных сигналов?
Принцип действия генератора смешанных импульсов направлен на то, чтобы ускорить образование сигналов и воспроизводить их с максимальной точностью. Передняя панель прибора снабжена органами управления для контроля самых важных и часто изменяемых параметров. Менее востребованные и редко используемые функции можно найти в меню на основном экране.
Регулятором уровня устанавливается амплитуда движения выходного сигнала. Амплитуду и смещение можно регулировать без входа в многоуровневую систему меню.
Отдельный регулятор также позволяет изменить частоту дискретизации путем изменения периодичности выходного сигнала. При этом форму последнего этот настройщик изменить не сможет. Такая функция есть лишь в меню на основном экране редактирования. Форму выбирают при помощи сенсорной панели или мышки. Пользователь открывает нужную страницу и просто заполняет бланк с цифровой клавиатуры или поворотной ручкой.
Виды генераторов сигналов
Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.
Синусоидальный
Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.
Генератор низкочастотный
Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.
Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.
Генератор звуковой частоты
Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).
Импульсы произвольной формы
Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.
Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.
Контроллеры сложных сигналов
В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).
Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.
Генератор цифрового сигнала
Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.
Области применения
Генераторы сигналов используют современные лаборатории разработчиков электронных и измерительных приборов. Одинаковые генераторы могут применяться в кабинетах от начального до продвинутого уровня.
Однако эти функциональные устройства применяют для настройки и тестирования оборудования и в областях, более доступных обывателю. Вот лишь неполный список устройств, которые используют генераторы:
Находчивые пользователи применяют устройства и для иных целей. Например, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а RStamp SMA100A хорошо показал себя в регулировке аэронавигационных систем.
Генераторы импульсов
Генераторы импульсов используют во многих радиотехнических устройствах (электронных счетчиках, реле времени), применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц. Здесь приводятся простые схемы генераторов, в том числе на элементах цифровой «логики», которые широко используются в более сложных схемах как частотозадающие узлы, переключатели, источники образцовых сигналов и звуков.
На рис. 3 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обеспечивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора в 10 раз меньшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя некоторое время откроется стабилитрон VD1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора VT1VT2. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов VT1 и VT2 по схеме составного транзистора повышает входное сопротивление каскада. Реле К 1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15. 17 В и токе 20. 50 мА.
На рис. 6 представлена схема генератора импульсов с регулируемой скважностью.
Скважность – отношение периода следования импульсов (Т) к их длительности (t):
Скважность импульсов высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3, резистором R1 может изменяться от 1 до нескольких тысяч. При этом частота импульсов также незначительно изменяется. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, усиливает импульсы по мощности.
Цифровые микросхемы в генераторах взаимозаменяемы в большинстве случаев и можно использовать в одной и той же схеме как микросхемы с элементами «И-НЕ», так и «ИЛИ-НЕ», или же просто инверторы. Вариант таких замен показан на примере рисунка 5, где была использована микросхема с инверторами К561ЛН2. Точно такую схему с сохранением всех параметров можно собрать и на К561ЛА7, и на К561ЛЕ5 (или серий К176, К564, К164), как показано ниже. Нужно только соблюдать цоколевку микросхем, которая во многих случаях даже совпадает.
Если требуется повысить нагрузочную способность какого либо узла (чтобы, например, подключить динамик или другую нагрузку), можно применить на выходе усилитель на транзисторе, как в схеме на рис. 6, или же включить несколько элементов микросхемы параллельно, как показано на рисунке ниже:
Универсальная печатная макетная плата для двух микросхем. На таких платах удобно собирать несложные схемы с небольшим количеством деталей, как, например, приведенные в этой статье. Детали паяются к контактным площадкам и при необходимости соединятся перемычками. Размеры платы 100 х 55 мм.
