Генератори несинусоидалних таласних облика

Слика 1 - а) Астабилни мултивибратор и б) таласни облици

Генератори несинусоидалних таласних облика су електронска кола која производе периодичне сигнале алтернативног облика.

За почетак, нека је транзистор Q₁ у стању вођења, а транзистор Q₂ у стању закочења. Убрзо након t=0 напони на бази и колектору транзистора Q₁ попримају вриједности засићења, на бази око 0,8 V, а на колектору око 0,2 V.

Како је транзистор Q₂ у стању закочења, напон на бази истог има високу негативну вриједност (око -U_CC увећано још за напоне засићења базе и колектора). Стога је напон на С₁ велики и негативан на страни базе Q₂. Будући да је Q₂ у стању закочења, вуче мало струје, то извор пуни кондензатор C₁ струјом која набија С₁ до нивоа извора U_CC.

Пуњеањем кондензатора С₁ преко R_B2 подиже се напон U_B2 док не достигне напон прага транзистора Q₂ који износи око 0,6 до 0,7 V. Када се достигне праг напона, Q₂ ће почети да проводи па се напон U_C2 смањи, а самим тим се смањује и напон U_B2 јер се пад напона на С₂ не може нагло промијенити. Ипак, промјене се врло брзо одвијају, и доводе до брзог смањења напона U_B2 на велику негативну вриједност (око -U_CC увећано још за напоне засићења базе и колектора), као и до стања закочења у транзистору Q₁, а транзистор Q₂води. Промјене се догађају у временском интервалу Т₁ и приказане су на слици 1 под б).

Временски интервал Т₁ траје приближно:

$T_{1}\approx R_{B2}C_{1}\ln 2$

уз услов да је напон U_CC довољно велики у односу на напоне засићења колектора и базе и у односу на напон прага базе. Претпоставка је да су оба транзистора једнаких карактеристика.

У временском интервалу од Т₁ до Т₁+Т₂ дјеловање астабилног мултивибратора је једнако претходно описаном, осим што у опису треба замијенити транзисторе тако да је Q₂ у стању вођења, а Q₁ у стању закочења. Временски интервал набијања који мијења износ напона U_B1 дат је изразом:

$T_{2}\approx R_{B1}C_{2}\ln 2$

Периода осцилација Т₀ износи Т₁+Т₂, па је:

$T_{0}=T_{1}+T_{2}\approx (R_{B2}C_{1}+R_{B1}C_{2})\ln 2$

Да би генерисали уске импулсе, узимамо Т₂<T₁, а напон U_C1 је излазни напон. За добар рад склопа узимамо ниску вриједност временске константе R_C1C₁ која одређује вријеме пораста импулса. За импулсе који трају дуже од Т₀/2 узимамо напон U_C2 као излаз и малу временску константу R_C2C₂.

Да би генерисали сигнал који је правоугаоног таласног облика најбоље је узети R_C1=R_C2, R_B1=R_B2=R_B i C₁=C₂=C, па ће бити:

$T_{0}=T_{1}+T_{2}\approx 2R_{B}C\ln 2$

Слика 2 - Склоп за детекцију пресјека са нулом и одговарајући таласни облици

Правоугаони таласи из синусних таласа и детекција пресјека са нулом

Сигнале правоугаоног облика могуће је генерисати из сигнала синусоидалног таласног облика. Синусоиду треба пропустити кроз склоп лимитера или склоп компаратора. Додавањем високопропусног филтра и исправљача, добијамо склоп - детектор пресјека са нулом. Слика 2 под а) приказује генератор и одговарајуће таласне облике сигнала у случају употребе компаратора. Ако је улазни сигнал U_ul талас синусног облика, излазни сигнал из компаратора U_iz је правоугаоног облика (слика 2 под б)).

Ако је RC << T₀, излаз из високопропусног филтра је наизмјенична поворка позитивно и негативно поларизованих врхова, што је и приказано на слици 2 под в). Исправљањем се задржавају само позитивни врхови (слика 2 под г)). Врхови се јављају код пресјека позитивног полуталаса синусоиде са нулом.

Замјеном смјера диоде у склопу (слика 2 под а)), добија се детектор пресјека са нулом негативног полуталаса сигнала.

Релаксациони осцилатор

Слика 3 - а) Релаксациони осцилатор и б) таласни облици

Склоп за генерисање сигнала правоугаоног таласног облика нижих фреквенција је дат на слици 3 под а).

Склоп користи операциони појачавач и назива се релаксациони осцилатор. Операциони појачавач дјелује као компаратор. За опис дјеловања, претпоставља се да је почетни напон u_iz = U_iz, при чему је U₀ вриједност напона засићења операционог појачавача. Напон u₁ има високу негативну вриједност, па је:

u₂ = U_izR₁/(R₁+R₂) и u₁ < u₂

чиме се одржава излазни ниво на U_iz. Међутим кондензатор С се тежи набити преко отпорника R на напон U_iz. Када напон u₁ пређе износ напона u₂, напон u_iz операционог појачавача се нагло мијења од U_iz до -U_iz.

Послије времена промјене, кондензатор се тежи набити од напона U₁ на напон -U_iz. Међутим када достигне износ -U₁, опада испод u₂ и излазни напон се поново мијења на U_iz, као што је приказано на слици 3 под б). Након тога се поступак периодично понавља.

Може се доказати да је периода правоугаоног таласног облика релаксационог осцилатора одређена изразом:

Т₀ = 2RCln(1+2R₁/R₂)

За фреквенције f₀ = 1/T₀ изнад којих се операциони појачавач понаша као широкопојасни компаратор користе се други склопови.

Генератор троугаоног таласног облика

Слика 4 - Генератор троугаоних таласних облика састављен од: а) неинвертујућег интегратора; б) инвертујућег интегратора

Таласни облик сигнала u₁ склопа на слици 4 под а) приближно одговара троуглу, као што је приказано на слици 3 под б). Међутим полупериодни сегменти таласног облика су закривљени и нису потпуно линеарни. Боља линеарност се постиже набијањем кондензатора С преко извора сталне струје, а не преко отпорника R. Боље речено, покушавамо замијенити повратну грану састављену од отпорника R и кондензатора С са идеалним интегратором.

Коришћењем неинвертујућег интегратора добија се склоп генератора троугаоног таласног облика приказан на слици 4 под а). Коришћењем ивертујућег интегратора враћањем његовог излаза на позитивни улаз операционог појачавача релаксационог осцилатора добија се генератор приказан на слици 4 под б).

Израз за периоду осциловања генератора на слици 4 под б) гласи:

Т₀ = 4RCR₁/R₂

Излазни напон u_iz се мијења у облику троугла између крајњих вриједности напона:

u_max = U_izR₁/R₂

u_min = -U_izR₁/R₂

при чему је U_iz степен засићења операционог појачавача OP₁ и једнак је излазу релаксационог осцилатора.

Литература

• Омердић Јасмина, Агић Сејфудин (2010). „Електроника III за стручна звања техничар рачунарства, електронике и мехатронике“.