Geradores eletrônicos

Geradores são dispositivos eletrônicos que convertem a energia de uma fonte de corrente contínua em energia de corrente alternada (oscilações eletromagnéticas) com várias formas de frequência e potência necessárias.

Geradores eletrônicos usados ​​em radiodifusão, medicina, radar, fazem parte de conversores analógico-digitais, sistemas microprocessados, etc.

Nenhum sistema eletrônico está completo sem geradores internos ou externos que determinam o ritmo de sua operação. Requisitos básicos para geradores — estabilidade da frequência de vibração e capacidade de remover sinais deles para uso posterior.

Classificação dos geradores eletrônicos:

1) de acordo com a forma dos sinais de saída:

— sinais senoidais;

— sinais retangulares (multivibradores);

— sinais de tensão linearmente variáveis ​​(CLAY) ou também chamados de geradores de tensão dente de serra;

— sinais de forma especial.

2) da frequência das oscilações geradas (condicionalmente):

— baixa frequência (até 100 kHz);

— alta frequência (acima de 100 kHz).

3) pelo método de excitação:

— com excitação independente (externa);

— com autoexcitação (autogeradores).

Autogerador — um gerador auto-excitado, sem influência externa, convertendo a energia das fontes de energia em vibração contínua, por exemplo, um circuito vibratório.

Figura 1 — Diagrama de blocos do gerador

Os circuitos geradores eletrônicos (Figura 1) são construídos de acordo com os mesmos esquemas dos amplificadores, apenas os geradores não possuem uma fonte de sinal de entrada, ela é substituída por um sinal de feedback positivo (PIC). Lembramos que o feedback é a transferência de parte do sinal de saída para o circuito de entrada. A forma de onda necessária é fornecida pela estrutura de loop de feedback. Para definir a frequência de oscilação, os circuitos OS são construídos em circuitos LC ou RC (a frequência determina o tempo de recarga do capacitor).

O sinal gerado no circuito PIC é aplicado na entrada do amplificador, amplificado por um fator K e enviado para a saída. Neste caso, parte do sinal da saída é devolvido à entrada através do circuito PIC, onde é atenuado por um fator de K, o que permitirá manter constante a amplitude do sinal de saída do gerador.

Osciladores com excitação externa independente (amplificadores seletivos) são amplificadores de potência com a faixa parcial correspondente, cuja entrada é um sinal elétrico de um oscilador. Esses. apenas uma certa banda de frequência é amplificada.

Geradores RC

Para criar geradores de baixa frequência, geralmente são usados ​​​​amplificadores operacionais, como um circuito PIC, circuitos RC são instalados para fornecer uma determinada frequência f0 de oscilações senoidais.

Os circuitos RC são filtros de frequência - dispositivos que transmitem sinais em uma determinada faixa de frequência e não passam para a faixa errada.Nesse caso, através do loop de realimentação, o amplificador é realimentado na entrada do amplificador, o que significa que apenas uma determinada frequência ou banda de frequência é amplificada.

A Figura 2 mostra os principais tipos de filtros de frequência e sua resposta em frequência (AFC). A resposta de frequência mostra a largura de banda do filtro em função da frequência.

Figura 2 — Tipos de filtros de frequência e sua resposta de frequência

Tipos de filtros:

— filtros passa-baixo (LPF);

— filtros passa-alto (HPF);

— filtros passa-banda (BPF);

— filtros de frequência de bloqueio (FSF).

Os filtros são caracterizados por uma frequência de corte fc acima ou abaixo da qual há uma atenuação acentuada do sinal.As bandas passantes e os filtros de rejeição também são caracterizados pela largura de banda IFP (RFP non-pass).

A Figura 3 mostra um diagrama de um gerador senoidal. O ganho necessário é definido usando o circuito OOS dos resistores R1, R2. Neste caso, o circuito PIC é um filtro passa-banda. A frequência de ressonância f0 é determinada pela fórmula: f0 = 1 / (2πRC)

Para estabilizar a frequência das oscilações geradas, ressoadores de quartzo são usados ​​como um circuito de ajuste de frequência. Um ressonador de quartzo é uma fina placa mineral montada em um suporte de quartzo. Como você sabe, o quartzo tem efeito piezoelétrico, o que permite utilizá-lo como um sistema equivalente a um circuito elétrico oscilante e possuidor de propriedades ressonantes. As frequências ressonantes das placas de quartzo variam de alguns kilohertz a milhares de MHz com instabilidade de frequência tipicamente na ordem de 10-8 e abaixo.

Figura 3 — Diagrama de um gerador de onda senoidal RC

Multivibradores são geradores eletrônicos sinais de onda quadrada.

O multivibrador, na maioria dos casos, executa a função de um oscilador mestre que gera pulsos de entrada de disparo para nós e blocos subsequentes em um sistema de pulso ou ação digital.

A Figura 4 mostra um diagrama de um multivibrador simétrico baseado em IOU. Simétrico — o tempo de pulso de um pulso retangular é igual ao tempo de pausa tpause = tpause.

O IOU é coberto por feedback positivo - um circuito R1, R2 atuando igualmente em todas as frequências. A tensão na entrada sem deflexão é constante e depende da resistência dos resistores R1, R2. A tensão de entrada do multivibrador é gerada usando OOS através do circuito RC.

Figura 4 — Esquema de um multivibrador simétrico

O nível de tensão de saída muda de + Usat para -Us e vice-versa.

Se a tensão de saída Uout = + Usat, o capacitor é carregado e a tensão Uc atuando na entrada inversora aumenta exponencialmente (Fig. 5).

Com a igualdade Un = Uc, haverá uma mudança brusca na tensão de saída Uout = -Us, o que levará à sobrecarga do capacitor. Quando a igualdade -Un = -Uc for alcançada, o estado de Uout mudará novamente. O processo é repetido.

Figura 5 — Diagramas de temporização para operação do multivibrador

Alterar a constante de tempo do circuito RC resulta em uma mudança tempo de carga e descarga do capacitor, e, portanto, a frequência de oscilação do multivibrador. Além disso, a frequência depende dos parâmetros do PIC e é determinada pela fórmula: f = 1 / T = 1 / 2t e = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Caso seja necessário obter oscilações retangulares assimétricas para t e ≠ tp, são utilizados multivibradores assimétricos, nos quais o capacitor é recarregado em diferentes circuitos com diferentes constantes de tempo.

Um único vibrador (multivibradores de espera) é projetado para formar um pulso de tensão retangular com a duração necessária quando exposto a um pulso de disparo curto na entrada. Os monovibradores são freqüentemente chamados de relés eletrônicos de retardo de tempo.

Há mais na literatura técnica. o nome do one-shot é o multivibrador em espera.

Um monovibrador tem um estado estacionário de longo prazo, o equilíbrio em que se encontra antes que o pulso de disparo seja aplicado. O segundo estado possível é temporariamente estável. O univibrador entra neste estado sob a ação de um pulso de disparo e pode permanecer nele por um tempo limitado tv, após o qual retorna automaticamente ao seu estado inicial.

Os principais requisitos para dispositivos de disparo único são a estabilidade da duração do pulso de saída e a estabilidade de seu estado inicial.

Geradores de tensão linear (CLAY) formam sinais periódicos que variam linearmente (pulsos dente de serra).

Os pulsos dente de serra são caracterizados pela duração do curso de trabalho tp, a duração do curso de retorno a e a amplitude Um (Figura 6, b).

Para criar uma dependência linear da tensão no tempo, a carga (ou descarga) de um capacitor com corrente constante é mais usada. O esquema mais simples de CLAY é mostrado na figura 6, a.

Quando o transistor VT está fechado, o capacitor C2 é carregado pela fonte de alimentação Up através do resistor R2. Nesse caso, a tensão no capacitor e, portanto, na saída aumenta linearmente.Quando um pulso positivo chega na base, o transistor se abre e o capacitor se descarrega rapidamente através de sua baixa resistência, o que proporciona uma rápida redução da tensão de saída a zero – e vice-versa.

CLAY é usado em dispositivos de varredura de feixe em CRTs, em conversores analógico-digitais (ADCs) e outros dispositivos de conversão.

Figura 6 — a) O esquema mais simples para a formação de tensão linearmente variável b) Diagrama de tempo de pulsos trion.