Генератори несинусоидалних таласних облика

Датотека:Elektronika seminarski - slika1.jpg

Слика 1 - а) Астабилни мултивибратор и б) таласни облици

Генератори несинусоидалних таласних облика су електронска кола која производе периодичне сигнале алтернативног облика.

За почетак, нека је транзистор Q₁ у стању вођења, а транзистор Q₂ у стању закочења. Убрзо након -{t}-=0 напони на бази и колектору транзистора Q₁ попримају вриједности засићења, на бази око 0,8 -{V}-, а на колектору око 0,2 -{V}-.

Како је транзистор Q₂ у стању закочења, напон на бази истог има високу негативну вриједност (око -{-U_CC}- увећано још за напоне засићења базе и колектора). Стога је напон на -{С₁}- велики и негативан на страни базе Q₂. Будући да је Q₂ у стању закочења, вуче мало струје, то извор пуни кондензатор -{C₁}- струјом која набија -{С₁}- до нивоа извора -{U_CC}-.

Пуњеањем кондензатора -{С₁}- преко -{R_B2}- подиже се напон -{U_B2}- док не достигне напон прага транзистора Q₂ који износи око 0,6 до 0,7 -{V}-. Када се достигне праг напона, Q₂ ће почети да проводи па се напон -{U_C2}- смањи, а самим тим се смањује и напон -{U_B2}- јер се пад напона на -{С₂}- не може нагло промијенити. Ипак, промјене се врло брзо одвијају, и доводе до брзог смањења напона -{U_B2}- на велику негативну вриједност (око -{-U_CC}- увећано још за напоне засићења базе и колектора), као и до стања закочења у транзистору Q₁, а транзистор Q₂води. Промјене се догађају у временском интервалу Т₁ и приказане су на слици 1 под б).

Временски интервал Т₁ траје приближно:

$T_1\approx R_{B2}{C}_1\ln 2$

уз услов да је напон -{U_CC}- довољно велики у односу на напоне засићења колектора и базе и у односу на напон прага базе. Претпоставка је да су оба транзистора једнаких карактеристика.

У временском интервалу од Т₁ до Т₁+Т₂ дјеловање астабилног мултивибратора је једнако претходно описаном, осим што у опису треба замијенити транзисторе тако да је Q₂ у стању вођења, а Q₁ у стању закочења. Временски интервал набијања који мијења износ напона -{U_B1}- дат је изразом:

$T_2\approx R_{B1}{C}_2\ln 2$

Периода осцилација Т₀ износи Т₁+Т₂, па је:

$T_0=T_1+T_2\approx (R_{B2}{C}_1+R_{B1}{C}_2)\ln 2$

Да би генерисали уске импулсе, узимамо Т₂<T₁, а напон U_C1 је излазни напон. За добар рад склопа узимамо ниску вриједност временске константе -{R_C1C₁}- која одређује вријеме пораста импулса. За импулсе који трају дуже од Т₀/2 узимамо напон -{U_C2}- као излаз и малу временску константу -{R_C2C₂}-.

Да би генерисали сигнал који је правоугаоног таласног облика најбоље је узети -{R_C1=R_C2, R_B1=R_B2=R_B}- i -{C₁=C₂=C}-, па ће бити:

$T_0=T_1+T_2\approx 2R_{B}C\ln 2$

Датотека:Elektronika seminarski - slika2.jpg

Слика 2 - Склоп за детекцију пресјека са нулом и одговарајући таласни облици

Правоугаони таласи из синусних таласа и детекција пресјека са нулом

Сигнале правоугаоног облика могуће је генерисати из сигнала синусоидалног таласног облика. Синусоиду треба пропустити кроз склоп лимитера или склоп компаратора. Додавањем високопропусног филтра и исправљача, добијамо склоп - детектор пресјека са нулом. Слика 2 под а) приказује генератор и одговарајуће таласне облике сигнала у случају употребе компаратора. Ако је улазни сигнал -{U_ul}- талас синусног облика, излазни сигнал из компаратора -{U_iz}- је правоугаоног облика (слика 2 под б)).

Ако је -{RC << T₀}-, излаз из високопропусног филтра је наизмјенична поворка позитивно и негативно поларизованих врхова, што је и приказано на слици 2 под в). Исправљањем се задржавају само позитивни врхови (слика 2 под г)). Врхови се јављају код пресјека позитивног полуталаса синусоиде са нулом.

Замјеном смјера диоде у склопу (слика 2 под а)), добија се детектор пресјека са нулом негативног полуталаса сигнала.

Релаксациони осцилатор

Датотека:Elektronika seminarski - slika3.jpg

Слика 3 - а) Релаксациони осцилатор и б) таласни облици

Склоп за генерисање сигнала правоугаоног таласног облика нижих фреквенција је дат на слици 3 под а).

Склоп користи операциони појачавач и назива се релаксациони осцилатор. Операциони појачавач дјелује као компаратор. За опис дјеловања, претпоставља се да је почетни напон -{u_iz = U_iz}-, при чему је -{U₀}- вриједност напона засићења операционог појачавача. Напон -{u₁}- има високу негативну вриједност, па је:

-{u₂ = U_izR₁/(R₁+R₂)}- и -{u₁ < u₂}-

чиме се одржава излазни ниво на -{U_iz}-. Међутим кондензатор -{С}- се тежи набити преко отпорника -{R}- на напон -{U_iz}-. Када напон -{u₁}- пређе износ напона -{u₂}-, напон -{u_iz}- операционог појачавача се нагло мијења од -{U_iz}- до -{-U_iz}-.

Послије времена промјене, кондензатор се тежи набити од напона -{U₁}- на напон -{-U_iz}-. Међутим када достигне износ -{-U₁}-, опада испод -{u₂}- и излазни напон се поново мијења на -{U_iz}-, као што је приказано на слици 3 под б). Након тога се поступак периодично понавља.

Може се доказати да је периода правоугаоног таласног облика релаксационог осцилатора одређена изразом:

-{Т₀ = 2RCln(1+2R₁/R₂)}-

За фреквенције -{f₀ = 1/T₀}- изнад којих се операциони појачавач понаша као широкопојасни компаратор користе се други склопови.

Генератор троугаоног таласног облика

Датотека:Elektronika seminarski - slika4.jpg

Слика 4 - Генератор троугаоних таласних облика састављен од: а) неинвертујућег интегратора; б) инвертујућег интегратора

Таласни облик сигнала -{u₁}- склопа на слици 4 под а) приближно одговара троуглу, као што је приказано на слици 3 под б). Међутим полупериодни сегменти таласног облика су закривљени и нису потпуно линеарни. Боља линеарност се постиже набијањем кондензатора С преко извора сталне струје, а не преко отпорника R. Боље речено, покушавамо замијенити повратну грану састављену од отпорника -{R}- и кондензатора -{С}- са идеалним интегратором.

Коришћењем неинвертујућег интегратора добија се склоп генератора троугаоног таласног облика приказан на слици 4 под а). Коришћењем ивертујућег интегратора враћањем његовог излаза на позитивни улаз операционог појачавача релаксационог осцилатора добија се генератор приказан на слици 4 под б).

Израз за периоду осциловања генератора на слици 4 под б) гласи:

-{Т₀ = 4RCR₁/R₂}-

Излазни напон -{u_iz}- се мијења у облику троугла између крајњих вриједности напона:

-{u_max = U_izR₁/R₂}-

-{u_min = -U_izR₁/R₂}-

при чему је U_iz степен засићења операционог појачавача OP₁ и једнак је излазу релаксационог осцилатора.

Литература

• Омердић Јасмина, Агић Сејфудин (2010). „Електроника III за стручна звања техничар рачунарства, електронике и мехатронике“.