Для чего применяют RC-генераторы?

метки: Генератор, Частота, Триггер, Схема, Сигнал, Использоваться, Принцип, Колебание

RC-генераторы применяются для получения гармонических колебаний низкой и инфранизкой частот (до долей герц).

В таких генераторах возможно получить частоту до 10 МГц. Следует отметить, что на таких низких частотах LC-генераторы были бы громоздкими и добротность была бы ниже необходимых требований. В то же время, RC-генераторы в НЧ-диапазоне имеют меньшие габариты, массу и стоимость, чем LC-генераторы.

В качестве активных элементов используются:

• биполярные транзисторы,
• полевые транзисторы,
• ОУ в интегральном исполнении.

RC-генераторы в своем составе имеют усилительный элемент (усилитель) и звено обратной связи (ОС).

RC-генераторы

Различаются следующие виды звеньев ОС:

− Г-образные звенья ОС (рис.1),

− мост Вина (рис.2),

− двойной Т-образный мост (рис.3) .

На рисунках 1.1, 1.2, 1.3 символом «U ₁ » обозначено входное напряжение, символом «U₂ » − выходное напряжение.

Рис.1.1. Г-образные звенья ОС

Рис.1.2. Мост Вина Рис.1.3. Двойной Т-образный мост

RC-генераторы с Г-образным RC-звеном ОС

Рис.1.4. Принципиальная схема RC-генератора с Г-образным RC-звеном ОС

Как известно, в однокаскадном усилителе без ОС U _ВХ и U_ВЫХ сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180º. Если U_ВЫХ этого усилителя подать на его вход, то получится 100% ООС.

Для соблюдения баланса фаз (для введения ПОС) U _ВЫХ , прежде чем подать его на вход усилителя, необходимо сдвинуть по фазе на 180º. Такой сдвиг можно осуществить с помощью трех одинаковых RC-звеньев (рис.4), каждое из которых изменяет фазу на 60º.

По расчетам, баланс фаз происходит на частоте , а баланс амплитуд – при коэффициенте усиления К≥29.

Г-образные RC-цепи могут выполняться с количеством звеньев больше 3 (чаще 4) – это может повысить частоту генерации.

Кроме того, частоту генерации можно повысить сменой мест резисторов и конденсаторов. Для изменения частоты генерации необходимо одновременно изменить все сопротивления R либо все емкости С.

RC-генераторы с Г-образными цепями обычно работают на фиксированной частоте или в узком диапазоне частот.

Одно звено Г- образного RC- фильтра позволяет осуществить фазовый сдвиг выходного напряжения относительно входного в предельном случае до p/2, и при построении генераторов гармонических колебаний используют как правило три последовательно включенных Г-образных фильтра.

При этом обеспечивается возможность фазового сдвига сигнала в цепи обратной связи равного p (по p/3 в каждом звене фильтра).

И для обеспечения баланса фаз используются усилители сигналов, у которых выходной сигнал является противофазным входному, т.е. – инвертирующие усилители. В этом случае сдвиг фаз на p обеспечивается в усилителе и на p в канале обратной связи, что позволяет получить общий сдвиг фаз сигнала равным 2p и обеспечить требуемый баланс фаз.

При этом для построения генератора можно использовать любые схемы усилителей сигналов, обеспечивающие для выполнения баланса амплитуд требуемый коэффициент усиления К.

Мост Вина (рис.1.5) включен между выходом ОУ и его неинвертирующим входом, чем достигается ПОС. В таком автогенераторе усилитель должен иметь К≈3, однако в усилителе К>>3. Это может привести к большим искажениям. Во избежание этого вводят ООС, которая существенно повышает стабильность работы автогенератора.

Рис.1.5. Принципиальная схема RC-генератора с мостом Вина на ОУ

Резисторы R ₃ , R₄ , R₅ соединяют выход с неинвертирующим входом ОУ. Резисторы R₄ и R₅ определяют требуемый коэффициент усиления, а терморезистор R₃ стабилизирует амплитуду и снижает искажения выходного напряжения.

На принципиальной схеме RC-автогенератора с несимметричным двойным Т-образным мостом (рис.1.6) выходное напряжение обозначено «U»; цепочка эмиттерной термостабилизации − «RC»; делитель напряжения − «Rg ₁ », «Rg₂ ».

Рис. 1.6. Принципиальная схема RC-автогенератора

с несимметричным двойным Т-образным мостом

В данной схеме автогенератора К≈11. В таком автогенераторе двойной Т-образный мост включается как цепь ООС. Сдвиг фаз между U _ВХ и U_ВЫХ устанавливается при выполнении условия

; ;

; ; .

Частота колебаний определяется выражением .

Тригеры

Триггер (от английского “тrigger” ) – цифровое устройство, которое может иметь всего два (0 или 1) устойчивых состояния. При этом переход из одного состояния в другое осуществляется максимально быстро, временем переходным процессов на практике принято пренебрегать. Триггеры – это основной элемент для построения различных запоминающих устройств. Их можно использоваться для хранения информации, но объем их память чрезвычайно мал – триггер может хранить биты, отдельные коды или сигналы.

• По тому, как информация записывается в триггер, они делятся на:
• асинхронные – информация записывается непрерывно и зависит от информационных сигналов, которые подаются на вход триггера
• синхронные – информация записывается только при наличии дополнительного сигнала – синхронизирующего, фактически – открывающего работу триггера

В цифровойсхемотехнике используют такие обозначения для входов триггера:

S – раздельный вход, устанавливающий триггер в единичное состояние (на Q (прямом выходе) единица )

R — раздельный вход, устанавливающий триггер в нулевое состояние (на Q (прямом выходе) ноль )

С – вход синхронизации

D – информационный вход (на этот вход подается информация для дальнейшего занесения её в триггер)

Т — счетный вход

Исходя из функционального назначения, триггеры классифицируют:

• RS-триггеры
• D-триггеры
• Т-тригеры
• JK-триггер
• RS-триггер

RS-триггер

Простейший тип триггеров, на основе которого в дальнейшем создаются другие типы. Он может быть построен как на логических элементах 2ИЛИ-НЕ (прямые входы) или 2И-НЕ (инверсные входы)

Рис. 2.1. RS-триггер, схема построения и обозначение. А – на элементах ИЛИ-НЕ. Б – на элементах И-НЕ

Самостоятельно, из-за очень низкой помехоустойчивости, в цифровой технике RS-триггеры практически не используются. Исключение – устранение влияния дребезжания контактов, возникающее при коммутации механических переключателей. В этом случае потребуется тумблер (кнопка), имеющий три вывода, при этом один из выводов подключается попеременно к двум остальным. Для получения RS-триггера используют D-триггер, у которого входы D и C замкнуты на «ноль».

Принцип работы приведен на временной диаграмме:

Рис.2.2. Схема устранения влияния дребезжания контактов

Первым отрицательный сигнал, поступивший на вход –R переводит триггер в «0»-состояние, а первый отрицательный сигнал на на входе –S перебрасывает триггер в состояние единицы. Все остальные сигналы, которые вызваны дребезгом контактов, уже не смогут никак повлиять на триггер. При данной схеме подключения переключателя его верхнее положение будет соответствовать единице на выходе триггера, нижнее – нулю.

RS-триггер – асинхронный, но возникают случаи, когда есть необходимость зафиксировать (сохранить) записанную информацию. Для этого используют синхронный (синхронизируемый) RS-триггер, который в этом случае состоит из двух частей: обычного RS-триггера и схемы управления.

Рис.2.3. Синхронизируемый RS-триггер

При такой схеме, пока на входе С=0, значение импульсов, поступающих на Х1 и Х2 не имеет значение, RS-триггер находится в режиме «хранение». При С=1 триггер активизируется и переходит в режим записи.

D-триггеры

Триггер задержки, который используют для создания регистров сдвига и регистров хранения, неотъемлемая часть любого микропроцессора.

Рис. 3.1. Схема D-тригера

Имеет два входа – информационный и синхронизации. При состоянии С=0 тригер устойчив и при этом сигнал на выходе не зависит от сигналов, поступающих на информационный вход. При С=1 на прямом выходе информация будет точно повторять ту информацию, которая подается на вход D. На временной диаграмме приведен принцип работы D-триггера

Рис.3.2. D-триггер. а) схематическое изображение б) временная диаграмма работы

JK-триггер

По принципу работы JK-триггер практически полностью соответствует RS-триггеру, но при этом удалось избежать неопределенности, вызванной при одновременном поступлении на вход двух «единиц».

Рис. 4.1. Графическое изображение JK-триггера

Рис.4.2. JK-триггер на входе с логикой 3И

В этом случае JK-триггер переходит в режим счетного триггера. На практике это приводит к тому, что при одновременном поступлении на вход «единичных» сигналов, триггер меняет свое состояние – на противоположное. Ниже приводится таблица истинности для JK-триггера:

JK триггеры – очень универсальные устройства, при этом их универсальность носит двойной характер. С одной стороны, эти триггеры успешно используются для цифровых устройствах, так сказать, в чистом виде: в цифровых счетчиках, регистрах, делителях частоты и т.д. С другой стороны – очень легко из JK-триггера, соединив определенные выводы, получить любой необходимый тип триггера. Ниже приводится пример получения D – триггера из исходного JK – триггера, задействовав дополнительный инвертор

Т-триггер

Другое название – счетные триггеры, на основе которых создают двоичные счетчики и делители частоты. Триггеры такого типа имеют только один вход. Принцип его работы – когда импульс поступает на вход тригерра, его состояние меняется на противоположное, при поступлении второго импульса – возвращается в исходное.

Рис. 5.1. Временная диаграмма делителя частоты на основе Т-триггера

Из неё становится понятно, почему Т-тригер называют делителем частоты. Переключение триггера происходит в момент, когда на вход поступает передний фронт синхроимпульса. В результате частота, с которой следуют импульсы на выходе триггера, оказывается в 2 раза меньше исходной – частоты синхроимпульсов, поступающих на вход. Если установка одного счетного триггера позволяет частоту импульсов разделить на два, то два последовательно подключенных триггера, соответственно, уменьшат эту частоту в 4 раза.

Ниже приведен пример получения Т-тригерра из JK-триггера:

Рис. 5.2. Т-тригер на основе JK-триггера

Контрольные вопросы:, Для чего применяют RC-генераторы?

RC-генераторы применяются для получения гармонических колебаний низкой и инфранизкой частот (до долей герц)

Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 1338 ;