Мультивибраторы

Кварцевый генератор

RC-генератор с мостом Вина

 

Мост Вина не осуществляет сдвига фаз на резонансной частоте. Для возникновения незатухающий колебаний необходимо выполнение следующих условий:

 

 

 

 

 

Достоинства:

- малые габариты;

- простота получения низкочастотных колебаний без увеличения габаритов частотозадающих устройств.

Недостаток: невысокая стабильность ( ).

Для надежного возбуждения колебаний при включении генератора и поддержания затем сторого синусоидальной формы выходного сигнала вместо R3 можно включить терморезистор с отрицательной ТКС (либо вместо R4 – терморезистор с положительной ТКС). При включении будет выполняться неравенство; по мере нарастания выходного сигнала R3 будет разогреваться этим сигналом и уменьшать свое сопротивление до тех пор, пока не будет выполняться равенство. Изменяя R4, можно установить необходимую величину выходного сигнала.

 

Другое представление схемы:

 

Условие баланса амплитуд:

 

 

Достоинство: очень высокая стабильность частоты. Нестабильность (при условии термостатирования).

Недостаток: невозможность перестройки частоты (только подстройка с ухужшением стабильности) без замены кварцевого генератора.

 

 

Мультивибратор – это генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы (выполняются на основе триггера Шмита). Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Рассматриваемый генератор является симметричным и для него длительность импульса и паузы равны:

 

Период повторения импульсов:

 

Cкважность:

 

Изменяя и величины R3, R4, можно регулировать длительность, частоту и амплитуду импульсов.

При включении питания триггер Шмита устанавливается в одно из стационарных состояний, например, . Выходное напряжение через R1 начинает заряжать C1. Как только , произойдет переброс триггера Шмита в противоположное состояние, . Это напряжение станет перезаряжать конденсатор и т.д.

 

 

Мультивибраторы, у которых длительность импульсов и пауз не равны (tи≠tn), называются несимметричными.

Тп=(tи+tп).

На частоту генерируемых колебаний автогенератора, кроме параметров колебательного контура или другого фазирующего четырёхполюсника, существенное влияние оказывают параметры усилителя, зависящие в свою очередь от изменений температуры окружающей среды, напряжений источников питания, атмосферного давления и влажности, нагрузки и т.п. Влияние этих и других дестабилизирующих факторов сказывается тем сильнее, чем меньше добротность колебательного контура или другого фазирующего четырёхполюсника. Для увеличения добротности избирательных систем применяют катушки индуктивности и конденсаторы с малыми сопротивлениями потерь, уменьшают шунтирование избирательных систем со стороны входа и выхода усилителя, используют параметрическую стабилизацию усилителя путём введения различных ООС и т.п. Этими способами удаётся получить относительную стабильность частоты автогенератора . Однако наиболее эффективным способом стабилизации частоты автогенератора является кварцевая стабилизация, когда в качестве колебательной системы используется кварцевый резонатор, добротность которого достигает значения 106 и более.


Активные и пассивные фильтры. Фильтры высоких частот (ФВЧ) и низких частот (ФНЧ). Полосовой и режекторный (заградительный), LC и RC фильтры. Полоса пропускания, полоса заграждения, добротность, затухание, крутизна спада на переходном участке. Фильтры Баттерворта, Бесселя, Чебышева и др. Достоинства и недостатки. Фильтр Салена и Кея. Фильтр с параллельной ОС, универсальный и биквадратный фильтр, гиратор

 

По выполняемым функциям фильтры делятся на:

- ФВЧ (фильтры высоких частот)

- ФНЧ (фильтры низких частот)

- ПФ (полосовые фильтры)

- РФ (режекторные фильтры)

 

Фильтры низких частот (ФНЧ) пропускают на выход все частоты, начиная от нулевой (постоянный ток) и до некоторой заданной частоты среза , и ослабляют все частоты, превышающие . Диапазон частот от 0 до называется полосой пропускания, а диапазон частот, превышающих - полосой подавления. Частота среза – это та частота, при которой напряжение на выходе фильтра падает до уровня 0,707 от напряжения в полосе пропускания (т.е. падает на 3 дБ), - частота, при которой выходное напряжение на 3 дБ выше, чем выходное напряжение в полосе подавления.

 

 

 

 

Полосовой фильтр пропускает все частоты в полосе между нижней частотой среза и верхней . Все частоты ниже и выше ослабляются. Диапазоны частот от являются переходными участками.

 

 

 

 

 


 
f
Ku
fср
Δf = fн ÷ ∞
fb
Фильтры высоких частот (ФВЧ) ослабляют все частоты, начиная от нулевой и до частоты , и пропускают все частоты, начиная от и до верхнего частотного предела схемы.

Режекторный полосовой фильтр (заграждения) ослабляет все частоты между и и пропускает все остальные частоты.

 

 
f
Ku
f1 f1’ f2’ f2
Δf = f1÷ f2 Δf ‘ = f1’÷ f2’
Заградительный (режекторный) фильтр
fо
f
Ku
Δf = f1÷ f2
fо
f1 f2
 
Δf – полоса пропускания Δf ’– полоса заграждения (режекции)

 

Пассивные фильтры построены из катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов. Используемые в пассивных фильтрах катушки индуктивности обладают активным сопротивлением, межвитковой емкостью и потерями в сердечнике, что делает их свойства далекими от идеальных.

 

Достоинства пассивных фильтров:

1. не нуждаются в источниках питания

2. могут быть очень высокочастотными

Недостатоки:

1. высокое влияние элементов друг на друга.

2. проблемы в настройках

3. необходимость в точном подборе значений элементов.

 

Активные фильтры содержат в своей конструкции усилитель.

Достоинства активных фильтров:

  • 1 ступень
    2 ступень
    усилитель
    в них используются только R и C, свойства которых ближе к идеальным, чем свойства L;
  • относительно дешевые;
  • могут обеспечивать усиление в полосе пропускания;
  • обеспечивают развязку входа от выхода (высокое входное и низкое выходное сопротивление), следовательно, легко сделать многокаскадными;
  • легко настраиваются;
  • фильтры для очень низких частот могут быть построены из компонентов с умеренными значениями параметров;
  • невелики по размерам и массе.

 

Недостатки:

· нуждаются в источнике питания;

· рабочий диапазон частот ограничен максимальной рабочей частотой ОУ и не превышает несколько МГц.

 

АЧХ фильтра, как и любая кривая, имеет математическое описание, в котором есть свои полюса и нули. Количество полюсов соответствует порядку фильтра. Один полюс дает ослабление ~ 6 дБ/окт или 20 дБ/дек (в зависимости от типа частотной характеристики фильтра может быть > или < 6 дБ/окт).

Одна и та же схема фильтра модет давать разные типы АЧХ при использовании в качестве частотозадающих R и С компонентов других номиналов.