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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Teoria: oscillatori. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante Principi generali di generazione delle oscillazioni Sappiamo che nulla viene dal nulla. Per produrre qualsiasi azione in natura, diciamo, per creare movimento, è necessario spendere una certa quantità di energia. Le oscillazioni, comprese quelle elettriche, sono uno dei tipi di movimento. L'energia muscolare è necessaria per far oscillare l'altalena, l'energia del vapore o dell'acqua accumulata davanti alla diga è necessaria per far girare la turbina e generare una corrente a frequenza industriale (50 Hz). Allo stesso modo, l'energia dell'alimentatore consente di eccitare il generatore di radiofrequenza, che, di fatto, è un convertitore di energia CC in energia di vibrazione ad alta frequenza, che può essere amplificata e portata all'antenna del trasmettitore radio. Nei primissimi trasmettitori radio, ad esempio, le funzioni di generazione e amplificazione delle oscillazioni erano combinate in un unico dispositivo, realizzato su un potente tubo radio (e anche prima, su uno spinterometro o su una macchina ad alta frequenza). Successivamente, si è rivelato più conveniente generare oscillazioni di potenza relativamente bassa (ma altamente stabili), per poi amplificarle al livello desiderato. I generatori in cui le oscillazioni si verificano in modo indipendente sono chiamati autoeccitati o auto-oscillatori e gli amplificatori di potenza delle oscillazioni ad alta frequenza sono spesso chiamati generatori con eccitazione estranea. Generatori a bassa potenza - oscillatori locali - sono disponibili in quasi tutti i ricevitori televisivi e di trasmissione. Fanno parte di un convertitore di frequenza, un dispositivo che serve a trasferire il segnale dalla frequenza ricevuta alla cosiddetta frequenza intermedia, alla quale avvengono l'amplificazione principale, il filtraggio e l'elaborazione del segnale. Tale ricevitore è chiamato supereterodina. L'oscillatore contiene solitamente un elemento amplificatore, la cui uscita è collegata all'ingresso da un circuito di retroazione (OS), come mostrato in Fig. 44.
La polarità delle oscillazioni entranti nel circuito OS deve essere tale da mantenere le oscillazioni già esistenti nel sistema, aumentandone l'ampiezza.Tale OS è detta positiva (POS). Quando il coefficiente di trasferimento dell'anello dell'elemento amplificatore - il circuito OS è più di uno, la minima spinta, anche fluttuazioni termiche, è sufficiente a provocare oscillazioni nell'oscillatore. La loro ampiezza aumenterà fino a quando non viene attivato un meccanismo di limitazione che riduce il guadagno, ad esempio, fino a quando l'ampiezza non viene limitata nell'elemento di amplificazione. Generatori di relax Se nell'oscillatore vengono utilizzati un amplificatore a banda larga e un circuito OS (banda larga significa trasmettere un'ampia banda di frequenza, dalla più bassa a piuttosto alta), si otterrà un oscillatore di rilassamento. Il processo di autoeccitazione in esso avviene così rapidamente che anche un ciclo (periodo) di oscillazioni non ha il tempo di passare, poiché l'elemento di amplificazione è in modalità di saturazione (limitazione). Successivamente, il dispositivo deve "riposare" per un po 'di tempo (rilassarsi - riposare) per tornare allo stato originale, dopodiché il processo si ripeterà. I generatori di rilassamento producono oscillazioni non sinusoidali. Sulla loro base vengono creati generatori di brevi impulsi di forma rettangolare, triangolare o di qualche altra tensione di forma speciale. Vengono utilizzati, ad esempio, per generare una tensione di sweep nei televisori. Molto spesso, non ci sono induttori nei generatori di rilassamento (un'eccezione è un trasformatore in un generatore di blocco) e la frequenza o il periodo di oscillazione è determinato dalla durata della scarica di carica dei condensatori attraverso i resistori, ovvero la costante di tempo di Circuiti RC (t = RC). Uno dei più semplici oscillatori di rilassamento viene solitamente eseguito su un trigger Schmitt (Fig. 45, a) - un dispositivo la cui tensione di uscita può assumere due valori: alto (diciamo 5 V) e basso (3 V). Se la tensione all'ingresso del trigger aumenta, a un certo valore (ad esempio 2 V), la tensione di uscita diventa bassa e quando la tensione di ingresso scende al di sotto di un'altra soglia (ad esempio XNUMX V), diventa alta. Pertanto, la caratteristica di trasmissione del trigger di Schmitt ha la forma di un anello di isteresi rettangolare, che è indicato dalla figura sul suo simbolo. Il fatto che la tensione di uscita sia invertita, cioè abbia la polarità opposta rispetto all'ingresso, è indicato da un cerchio sul pin di uscita del microcircuito. I trigger Schmitt già pronti sono disponibili in varie serie di microcircuiti digitali prodotti dall'industria.
Questo generatore funziona così. Dopo l'accensione, il condensatore C1 si scarica, la tensione all'uscita DD1 è alta. Il condensatore C1 inizia a caricarsi attraverso il resistore R1 e dopo un po 'la tensione ai suoi capi raggiunge la soglia di commutazione trigger superiore (3 V). La tensione di uscita scende bruscamente a zero e il condensatore inizia a scaricarsi attraverso lo stesso resistore. Quando la tensione su di esso scende alla soglia di commutazione inferiore (2 V), la tensione di uscita salta R. Questo processo verrà ripetuto periodicamente - si verificheranno auto-oscillazioni. La forma della tensione sul condensatore è quasi triangolare (Fig. 45,b) e all'uscita del generatore è rettangolare (Fig. 45,c). Consideriamo un altro oscillatore di rilassamento ampiamente utilizzato realizzato su elementi discreti: un multivibratore (Fig. 46).
Si tratta infatti di un amplificatore a transistor a due stadi con comunicazione tra gli stadi tramite un condensatore di disaccoppiamento C1. Il condensatore C2 collega l'uscita dell'amplificatore all'ingresso, creando un sistema operativo. Poiché ogni fase inverte il segnale, dopo due fasi il segnale non è invertito e il feedback è positivo. R1 e R4 sono resistori di carico dello stadio e R2 e R3 sono resistori di polarizzazione che impostano una corrente di base iniziale per saturare i transistor. Sui collettori di transistor si formano impulsi antifase, che hanno una forma quasi rettangolare. Se i valori di resistori e condensatori sono gli stessi, gli impulsi avranno la stessa durata: un tale multivibratore è chiamato simmetrico. Con diverse denominazioni di parti, gli impulsi diventeranno asimmetrici: un mezzo ciclo è più breve, l'altro è più lungo. Il multivibratore diventa asimmetrico. Esistono molti circuiti di oscillatori di rilassamento, puoi conoscerli nella letteratura di ingegneria radio dedicata alla tecnologia degli impulsi. Oggi, nella maggior parte dei casi, tali dispositivi vengono eseguiti su microcircuiti digitali, il che è più semplice, più conveniente e più affidabile. Autore: V.Polyakov, Mosca
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