เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่แปลงพลังงานของแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (การสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ด้วยความถี่และพลังงานที่ต้องการในรูปแบบต่างๆ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในกิจการวิทยุกระจายเสียง การแพทย์ เรดาร์ เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ เป็นต้น

ไม่มีระบบอิเล็กทรอนิกส์ใดที่สมบูรณ์หากไม่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายในหรือภายนอกที่กำหนดจังหวะการทำงาน ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า — ความเสถียรของความถี่การสั่นสะเทือนและความสามารถในการถอดสัญญาณออกจากเครื่องเพื่อใช้ต่อไป

การจำแนกประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์:

1) ตามรูปแบบของสัญญาณขาออก:

— สัญญาณไซน์;

— สัญญาณสี่เหลี่ยม (มัลติไวเบรเตอร์);

— สัญญาณแรงดันไฟฟ้าแปรผันเชิงเส้น (CLAY) หรือเรียกอีกอย่างว่าเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแบบฟันเลื่อย

- สัญญาณรูปร่างพิเศษ

2) จากความถี่ของการสั่นที่สร้างขึ้น (แบบมีเงื่อนไข):

— ความถี่ต่ำ (สูงสุด 100 kHz);

— ความถี่สูง (สูงกว่า 100 kHz)

3) โดยวิธีการกระตุ้น:

— ด้วยแรงกระตุ้นอิสระ (ภายนอก)

— ด้วยการกระตุ้นตัวเอง (autogenerators)

เครื่องกำเนิดอัตโนมัติ — เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ตื่นเต้นในตัวเอง โดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอก แปลงพลังงานของแหล่งพลังงานเป็นการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น วงจรสั่น

รูปที่ 1 — บล็อกไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

วงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ (รูปที่ 1) ถูกสร้างขึ้นตามรูปแบบเดียวกับเครื่องขยายเสียง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้นที่ไม่มีแหล่งสัญญาณอินพุต แต่จะถูกแทนที่ด้วยสัญญาณตอบรับเชิงบวก (PIC) เราเตือนคุณว่าการป้อนกลับคือการถ่ายโอนส่วนหนึ่งของสัญญาณเอาต์พุตไปยังวงจรอินพุต รูปคลื่นที่ต้องการมีให้โดยโครงสร้างลูปป้อนกลับ ในการตั้งค่าความถี่การสั่น วงจร OS จะถูกสร้างขึ้นจากวงจร LC หรือ RC (ความถี่จะเป็นตัวกำหนดเวลาการชาร์จตัวเก็บประจุ)

สัญญาณที่สร้างขึ้นในวงจร PIC ถูกนำไปใช้กับอินพุตของเครื่องขยายเสียง ขยายด้วยปัจจัย K และส่งไปยังเอาต์พุต ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของสัญญาณจากเอาต์พุตจะถูกส่งกลับไปยังอินพุตผ่านวงจร PIC ซึ่งจะถูกลดทอนด้วยปัจจัย K ซึ่งจะช่วยให้รักษาความกว้างของสัญญาณเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้คงที่

ออสซิลเลเตอร์ที่มีแรงกระตุ้นภายนอกอิสระ (แอมพลิฟายเออร์แบบเลือก) คือแอมพลิฟายเออร์ที่มีช่วงบางส่วนที่สอดคล้องกัน อินพุตซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าจากออสซิลเลเตอร์ เหล่านี้. มีการขยายคลื่นความถี่บางช่วงเท่านั้น

เครื่องกำเนิด RC

ในการสร้างเครื่องกำเนิดความถี่ต่ำ มักใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน เช่น วงจร PIC วงจร RC ได้รับการติดตั้งเพื่อให้ความถี่ที่กำหนด f0 ของการสั่นแบบไซน์

วงจร RC คือตัวกรองความถี่ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ส่งสัญญาณในช่วงความถี่หนึ่งๆ และไม่ผ่านในช่วงที่ไม่ถูกต้องในกรณีนี้ แอมพลิฟายเออร์จะถูกป้อนกลับไปที่อินพุตของแอมพลิฟายเออร์ผ่านลูปป้อนกลับ ซึ่งหมายความว่าจะขยายเฉพาะความถี่หรือแถบความถี่ที่แน่นอนเท่านั้น

รูปที่ 2 แสดงตัวกรองความถี่ประเภทหลักและการตอบสนองความถี่ (AFC) การตอบสนองความถี่แสดงแบนด์วิธของตัวกรองเป็นฟังก์ชันของความถี่

รูปที่ 2 — ประเภทของตัวกรองความถี่และการตอบสนองความถี่

ประเภทของตัวกรอง:

— ตัวกรองความถี่ต่ำ (LPF);

— ตัวกรองความถี่สูง (HPF);

— ตัวกรองผ่านแบนด์ (BPF);

— ตัวกรองความถี่การปิดกั้น (FSF)

ตัวกรองมีลักษณะเป็นความถี่ตัด fc ด้านบนหรือด้านล่างซึ่งมีการลดทอนของสัญญาณอย่างชัดเจน Passbands และตัวกรองการปฏิเสธยังมีลักษณะเฉพาะด้วยแบนด์วิดท์ IFP (RFP non-pass)

รูปที่ 3 แสดงไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดไซน์ อัตราขยายที่ต้องการถูกกำหนดโดยใช้วงจร OOS ของตัวต้านทาน R1, R2 ในกรณีนี้ วงจร PIC เป็นตัวกรองแบนด์พาส ความถี่เรโซแนนซ์ f0 ถูกกำหนดโดยสูตร: f0 = 1 / (2πRC)

เพื่อทำให้ความถี่ของการสั่นที่เกิดขึ้นนั้นคงที่ วงจรสะท้อนเสียงแบบควอตซ์จะถูกใช้เป็นวงจรปรับความถี่ แร่ควอตซ์เป็นแผ่นแร่บาง ๆ ที่ติดตั้งอยู่ในตัวยึดควอตซ์ ดังที่คุณทราบควอตซ์มี ผลเพียโซอิเล็กทริกซึ่งทำให้สามารถใช้เป็นระบบเทียบเท่ากับวงจรสั่นไฟฟ้าและมีคุณสมบัติเรโซแนนซ์ ความถี่เรโซแนนซ์ของแผ่นควอทซ์มีตั้งแต่ไม่กี่กิโลเฮิรตซ์ไปจนถึงหลายพันเมกะเฮิรตซ์โดยที่ไม่เสถียรของความถี่โดยทั่วไปจะอยู่ลำดับที่ 10-8 และต่ำกว่า

รูปที่ 3 — ไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดคลื่นไซน์แบบ RC

Multivibrators เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม.

มัลติไวเบรเตอร์ในกรณีส่วนใหญ่ทำหน้าที่ของออสซิลเลเตอร์หลักที่สร้างพัลส์อินพุตทริกเกอร์สำหรับโหนดและบล็อกที่ตามมาในระบบพัลส์หรือดิจิทัล

รูปที่ 4 แสดงไดอะแกรมของเครื่องมัลติไวเบรเตอร์แบบสมมาตรที่ใช้ IOU สมมาตร — เวลาพัลส์ของพัลส์สี่เหลี่ยมเท่ากับเวลาหยุดชั่วคราว tpause = tpause

IOU ได้รับการตอบรับเชิงบวก - วงจร R1, R2 ทำหน้าที่เท่ากันในทุกความถี่ แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตที่ไม่เบี่ยงเบนจะคงที่และขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวต้านทาน R1, R2 แรงดันไฟฟ้าอินพุตของมัลติไวเบรเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ OOS ผ่านวงจร RC

รูปที่ 4 — แผนผังของเครื่องมัลติไวเบรเตอร์แบบสมมาตร

ระดับแรงดันเอาต์พุตเปลี่ยนจาก +Usat เป็น -Us และในทางกลับกัน

หากแรงดันเอาท์พุต Uout = + Uat ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จและแรงดัน Uc ที่กระทำกับอินพุตกลับด้านจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ (รูปที่ 5)

ด้วยความเท่าเทียมกัน Un = Uc จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในแรงดันเอาต์พุต Uout = -Us ซึ่งจะนำไปสู่การชาร์จประจุมากเกินไปของตัวเก็บประจุ เมื่อถึงจุดที่เท่ากัน -Un = -Uc สถานะของ Uout จะเปลี่ยนอีกครั้ง กระบวนการนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีก

รูปที่ 5 — แผนภาพเวลาสำหรับการทำงานของมัลติไวเบรเตอร์

การเปลี่ยนแปลงค่าคงที่เวลาของวงจร RC ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลง เวลาในการชาร์จและคายประจุของตัวเก็บประจุและด้วยเหตุนี้ความถี่การสั่นของเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ นอกจากนี้ ความถี่ยังขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ PIC และถูกกำหนดโดยสูตร: f = 1 / T = 1 / 2t และ = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

หากจำเป็นต้องได้รับการสั่นแบบสี่เหลี่ยมอสมมาตรสำหรับ t และ ≠ tp จะใช้มัลติไวเบรเตอร์แบบอสมมาตร ซึ่งตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จใหม่ในวงจรต่างๆ โดยมีค่าคงที่เวลาต่างกัน

เครื่องสั่นเดี่ยว (มัลติไวเบรเตอร์แบบรอ) ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างพัลส์แรงดันไฟฟ้ารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าตามระยะเวลาที่ต้องการเมื่อสัมผัสกับพัลส์ทริกเกอร์สั้นที่อินพุต โมโนไวเบรเตอร์มักเรียกว่ารีเลย์หน่วงเวลาอิเล็กทรอนิกส์

มีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเอกสารทางเทคนิค ชื่อของ one-shot คือ multivibrator ที่รอ

เครื่องสั่นแบบโมโนมีสถานะคงที่ระยะยาวสถานะหนึ่ง คือสภาวะสมดุลก่อนที่จะใช้พัลส์ทริกเกอร์ สถานะที่เป็นไปได้ที่สองคือความเสถียรชั่วคราว เครื่องยูนิไวเบรเตอร์จะเข้าสู่สถานะนี้ภายใต้การกระทำของพัลส์ทริกเกอร์ และสามารถอยู่ในนั้นเป็นเวลาจำกัด หลังจากนั้นเครื่องจะกลับสู่สถานะเริ่มต้นโดยอัตโนมัติ

ข้อกำหนดหลักสำหรับอุปกรณ์ช็อตเดียวคือความเสถียรของระยะเวลาของพัลส์เอาต์พุตและความเสถียรของสถานะเริ่มต้น

เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น (CLAY) สร้างสัญญาณเป็นระยะที่แปรผันเป็นเส้นตรง (พัลส์ฟันเลื่อย)

พัลส์ฟันเลื่อยมีลักษณะตามระยะเวลาของจังหวะการทำงาน tp ระยะเวลาของจังหวะการย้อนกลับและแอมพลิจูด Um (รูปที่ 6, b)

ในการสร้างการพึ่งพาเชิงเส้นของแรงดันไฟฟ้าตรงเวลามักจะใช้ประจุ (หรือการคายประจุ) ของตัวเก็บประจุที่มีกระแสคงที่ รูปแบบที่ง่ายที่สุดของ CLAY แสดงใน รูปที่ 6, ก.

เมื่อปิดทรานซิสเตอร์ VT ตัวเก็บประจุ C2 จะถูกชาร์จโดยแหล่งจ่ายไฟขึ้นผ่านตัวต้านทาน R2 ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าในตัวเก็บประจุและดังนั้นที่เอาต์พุตจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเมื่อพัลส์บวกมาถึงฐาน ทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นและตัวเก็บประจุจะคายประจุอย่างรวดเร็วผ่านความต้านทานต่ำ ซึ่งทำให้แรงดันเอาต์พุตลดลงอย่างรวดเร็วเป็นศูนย์—และในทางกลับกัน

CLAY ใช้ในอุปกรณ์สแกนลำแสงใน CRT ในตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) และอุปกรณ์แปลงอื่นๆ

รูปที่ 6 — a) รูปแบบที่ง่ายที่สุดสำหรับการก่อตัวของแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงเชิงเส้น b) แผนภาพเวลาของพัลส์ไตรออน