Генераторы электрических сигналов

Г1 – установка для проверки;

Г2 - шумовые сигналы;

Г3 – низкочастотный сигнал;

Г4 - высокочастотный сигнал;

Г5 – импульсный сигнал;

Г6 – сигнал специальной формы;

Г8 – качающиеся частоты;

Генераторы электрических сигналов, используемые при реализации СИ различного назначения, можно разделить на две группы:

· задающие генераторы, предназначенные для выработки высокостабильных электрических синусоидальных сигналов или сигналов сложной формы;

· релаксационные генераторы сигналов в основном импульсной и пилообразной формы, предназначенные для выполнения различных преобразовательных функций.

Задающие генераторы, используемые в измерительной технике, по схемной реализации подразделяются на RC - , LC – генераторы и генераторы на биениях.

RC – генераторы нашли наибольшее распространение в диапазоне частот до 300 кГц. Это объясняется возможностью получения напряжения синусоидальной формы с низким коэффициентом гармоник в указанном диапазоне частот при сравнительно простых схемно-конструктивных решениях.

Принципы построения и функционирования RC – генераторов основаны на использовании резистивно-емкостного усилителя, охваченного положительной частотно - зависимой и отрицательной частотно-независимой обратными связями.

Положительная обратная связь обеспечивает усиление колебаний определенной частоты, а отрицательная – стабилизирует работу генератора во всем диапазоне частот путем гашения побочных гармоник (ослабление шума). Цепи положительной и отрицательной обратных связей сбалансированы таким образом, что в замкнутом кольце устанавливается стационарный режим автоколебаний, минимальное значение которых не выходит за границу линейного участка ВАХ усилителя. Благодаря этому генерируемые колебания синусоидальной формы оказываются постоянными по амплитуде при перестройке частоты и имеют низкий уровень нелинейных искажений.

LC - генераторы на основе колебательных контуров находят применение на высоких частотах. Высокая стабильность их частоты обеспечивается за счет использования кварцевых резонаторов.

. (5.1)

В диапазоне частот от 300 до 3000 МГц и выше колебательная система выполняется с использованием отрезков коаксиальных или волноводных линий.

Генераторы на биениях нашли применение на низких частотах. Генераторы данного типа характеризуются высокой стабильностью колебаний по уровню и непрерывным перекрытием всего диапазона частот генерируемых колебаний.

Рис. 5.1 Структурная схема генератора сигналов на биениях колебаний.

Генераторы пилообразного напряжения (ГЛИН) широко используются в различных измерительных приборах. С их помощью осуществляется представление сигналов в реальном времени, спектральное разложение сигналов и другие функциональные преобразования. Принцип их работы основан на формировании напряжения на конденсаторе путем его автоматического переключения с заряда на разряд и, наоборот, с помощью коммутатора.

Важнейшим требованием к ГЛИН является линейность пилообразного напряжения. Для линеаризации указанного напряжения распространение получили различные способы:

· использование начального участка экспоненциальной кривой заряда конденсатора;

· заряд конденсатора через токостабилизирующее устройство;

· компенсация напряжения заряда конденсатора;

· применение интегрирующих звеньев.

В современных электронных устройствах широко используют интегрирующие звенья на основе операционных усилителей.

Рис. 5.2 Интегрирующее звено, используемое в качестве ГЛИН.

Из уравнения интегрирующего звена можно получить соотношение:

. (5.2)

Для рассматриваемой схемы следует, что при большом значении коэффициента усиления (К) напряжение на выходе усилителя является линейной функцией времени (рабочая область изменения генерируемого сигнала соответствует малому участку кривой):

. (5.3)