 |
Интегрирующая RC-цепь. Интегратор
|
|
|
|
Интегрирующей цепью называется цепь, у которой выходное напряжение связано с входным через интеграл. Пример такой цепи:
Если в качестве усилителя такой цепи использовать операционный усилитель, получится интегратор:
Интегратор выполнен на основе инвертирующего операционного усилителя. Конденсатор 
включен в цепь ОС и заряжается током 
.
. Таким образом, выходное напряжение связано с входным через интеграл, отсюда и название – «интегратор».
Рассмотрим частные случаи:
1) Если 
, то выходное напряжение интегратора будет линейным: 
uВХ
o t
uВЫХ
o t
3) Если 
– последовательность прямоугольных импульсов, то выходное напряжение будет пилообразным.
uВХ
o t
uВЫХ
o t
Дифференцирующая RC-цепь. Дифференциатор
Дифференцирующей цепью называется цепь, у которой выходное напряжение связано с входным через дифференциал. Пример такой цепи:
Если в качестве усилителя такой цепи использовать операционный усилитель, получится дифференциатор:
Таким образом, выходное напряжение связано с входным через дифференциал, отсюда и название – «дифференциатор».
Рассмотрим частные случаи:
1) Если на входе будет линейное напряжение 
, то на выходе будет постоянное напряжение:
UВХ
t
UВЫХ
o t
2) Пусть 
– последовательность прямоугольных импульсов.
Дифференциал ступенчатой функции представляет собой импульс бесконечно малой длительности и бесконечно большой высоты. Приближением к такой функции является экспонента.
uВХ
o t
uВЫХ
o t
Генераторы
Самовозбуждение автогенераторов
Генератор – это радиотехническое устройство, которое без 
постороннего воздействия преобразует энергию источника питания в энергию электрических колебаний заданной формы.
|
|
|
Автогенератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с коэффициентом усиления 
, охваченный ПОС с коэффициентом передачи 
(точки означают, что эти величины комплексные).
(*)
(**)
Подставим выражение (*) в выражение(**),получим:
(***)
Как видно из рисунка, входной сигнал сначала усиливается в 
раз, а затем ослабляется в 
раз. Колебания будут незатухающими, если усиление будет равно ослаблению, т.е. если входной сигнал 
, пройдя усиление и ослабление и став 
, не изменится по величине, т.е. если 
.
Тогда с учетом выражения (***) можно записать: 
или, перейдя
к модулям, 
(****), где 
- модуль коэффициента усиления усилителя;
- модуль коэффициента передачи цепи ОС;
- фазовый сдвиг усилителя с цепью ОС:
, где
- фазовый сдвиг, вносимый усилителем;
- фазовый сдвиг, вносимый цепью ОС.
Выражение (****) можно представить в виде:
и 
, где n=0, 1, 2, 3…(целое число).
Условие 
называется условием баланса фаз и означает, что фазы напряжения обратной связи и входного напряжения совпадают (в этом случае ОС становится положительной).
Условие 
называется условием баланса амплитуд.
Знак равенства отражает установившийся процесс, т.е. когда потери в контуре полностью компенсируются поступившей в контур энергией.
Знак неравенства отражает процесс развития автоколебаний, т.е. когда энергия, поступающая в контур, превышает потери контура. В этом случае амплитуда колебаний будет непрерывно возрастать.
Таким образом, условием самовозбуждения генератора является одновременное выполнение баланса фаз и баланса амплитуд.
LC-генератор
Основой LC – генератора является резонансный усилитель, в котором с помощью трансформатора создана ПОС.
Так как усилитель собран на транзисторе ОЭ, т.е. инвертирует входной сигнал (фаза выходного напряжения сдвинута на 180о относительно входного напряжения), то для выполнения условия баланса фаз трансформатор должен осуществить сдвиг фаз еще на 180о. Для этого обмотки трансформатора включают встречно (точки около выводов обмоток указывают на синфазность напряжения на них).
|
|
|
При включении питания в контуре, состоящем из 
и 
, возникают синусоидальные колебания с частотой 
, которые поддерживаются положительной обратной связью в устройстве.
Если частота отклонится от значения 
, то сопротивление контура перестанет быть чисто активным и приобретет реактивный характер (индуктивный или емкостной), что внесет дополнительный фазовый сдвиг и условие баланса фаз перестанет выполняться.
Кроме того, отклонение частоты от резонансной приводит к уменьшению сопротивления контура, а, следовательно, к снижению коэффициента усиления , что нарушит баланс амплитуд.
Таким образом, генерация автоколебаний в данной схеме осуществляется на частоте 
(или очень близкой к ней).
Колебательный контур в данной схеме включен в коллекторную цепь, т.е. играет роль нагрузки.
, 
- цепь эмиттерной стабилизации (устраняет температурную нестабильность).
, 
- делитель (осуществляет подачу напряжения смещения на базу транзистора).
Конденсатор 
имеет на частоте генерации реактивное сопротивление, стремящееся к нулю, т.е. заземляет один конец базовой обмотки, тем самым уменьшая влияние переменной составляющей тока базы на положение рабочей точки.
|
|
|
