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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Teoria: osciladores. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante Princípios Gerais de Geração de Oscilação É sabido que nada nasce do nada. Para realizar qualquer ação na natureza, digamos, para criar movimento, é necessário gastar uma certa quantidade de energia. As vibrações, inclusive elétricas, são um dos tipos de movimento. A energia muscular é necessária para balançar o balanço, a energia do vapor ou da água acumulada em frente à barragem é necessária para girar a turbina e gerar corrente de frequência industrial (50 Hz). Da mesma forma, a energia da fonte de alimentação permite excitar um gerador de radiofrequência, que, na verdade, é um conversor de energia de corrente contínua em energia de oscilações de alta frequência - podem ser amplificadas e levadas ao antena do transmissor de rádio. Nos primeiros transmissores de rádio, por exemplo, as funções de geração e amplificação de oscilações eram combinadas em um único dispositivo, feito em um poderoso tubo de rádio (e ainda antes, em uma faísca ou arco ou em uma máquina de alta frequência). Posteriormente, tornou-se mais conveniente gerar oscilações de potência relativamente baixa (mas altamente estáveis) e depois amplificá-las até o nível necessário. Geradores nos quais as oscilações ocorrem de forma independente são chamados de autoexcitados ou autoosciladores, e amplificadores de potência de oscilações de alta frequência são freqüentemente chamados de geradores com excitação estranha. Geradores de baixa potência - osciladores locais - são encontrados em quase todos os receptores de rádio e televisão. Eles fazem parte de um conversor de frequência - dispositivo que serve para transferir um sinal de uma frequência recebida para a chamada frequência intermediária, na qual ocorrem a principal amplificação, filtragem e processamento do sinal. Esse receptor é chamado de super-heteródino. O oscilador geralmente contém um elemento amplificador, cuja saída é conectada à entrada por um circuito de realimentação (OS), conforme mostrado na Fig. 44.
A polaridade das oscilações que chegam à entrada através do circuito de realimentação deve ser tal que suporte as oscilações já existentes no sistema, aumentando sua amplitude.Tal realimentação é chamada de realimentação positiva (POS). Quando o coeficiente de transmissão do loop do elemento amplificador - circuito OS é maior que a unidade, o menor empurrão, mesmo flutuações térmicas, é suficiente para que ocorram oscilações no autooscilador. Sua amplitude aumentará até que seja ativado algum mecanismo de restrição que reduza o ganho, por exemplo, até que a amplitude seja limitada no elemento amplificador. Geradores de relaxamento Se você usar um amplificador de banda larga e um circuito de feedback no gerador (banda larga significa passar uma ampla faixa de frequências, da mais baixa à bastante alta), você obterá um gerador de relaxamento. O processo de autoexcitação nele ocorre tão rapidamente que mesmo um ciclo (período) de oscilações não tem tempo de passar antes que o elemento amplificador entre no modo de saturação (limitação). Depois disso, o dispositivo deverá “descansar” por algum tempo para retornar ao seu estado original, após o qual o processo será repetido. Os geradores de relaxamento produzem oscilações não senoidais. Com base neles, são criados geradores de pulsos curtos de tensão retangular, triangular ou alguma outra tensão de formato especial. Eles são usados, por exemplo, para gerar tensão de varredura em televisores. Na maioria das vezes não há indutores em geradores de relaxamento (a exceção é um transformador em um gerador de bloqueio), e a frequência ou período de oscilação é determinado pela duração da carga e descarga dos capacitores através dos resistores, ou seja, a constante de tempo dos circuitos RC ( t =RC). Um dos geradores de relaxamento mais simples geralmente é executado em um gatilho Schmitt (Fig. 45, a) - um dispositivo cuja tensão de saída pode assumir dois valores - alto (digamos, 5 V) e baixo (3 V). Se a tensão na entrada do gatilho aumentar, então, em um determinado valor (por exemplo, 2 V), a tensão de saída torna-se baixa e, quando a tensão de entrada cai abaixo de outro limite (por exemplo, XNUMX V), torna-se alta. Assim, a característica de transmissão de um gatilho Schmitt tem a forma de um loop de histerese retangular, conforme indicado pela figura em seu símbolo. O fato da tensão de saída ser invertida, ou seja, ter polaridade reversa em relação à entrada, é indicado por um círculo no pino de saída do microcircuito. Os gatilhos Schmitt prontos estão disponíveis em várias séries de chips digitais produzidos pela indústria.
É assim que este gerador funciona. Após ligá-lo, o capacitor C1 é descarregado, a tensão na saída DD1 está alta. O capacitor C1 começa a carregar através do resistor R1 e depois de algum tempo a tensão nele atinge o limite superior de comutação do gatilho (3 V). A tensão de saída cai abruptamente para zero e o capacitor começa a descarregar através do mesmo resistor. Quando a tensão cai para o limite de comutação inferior (2 V), a tensão de saída salta. Este processo será repetido periodicamente - ocorrerão auto-oscilações. A forma da tensão no capacitor é quase triangular (Fig. 45, b), e na saída do gerador é retangular (Fig. 45, c). Consideremos outro gerador de relaxamento amplamente utilizado feito em elementos discretos - um multivibrador (Fig. 46).
Em essência, é um amplificador transistorizado de dois estágios com acoplamento entre os estágios através de um capacitor de isolamento C1. O capacitor C2 conecta a saída do amplificador à entrada, criando um sistema operacional. Como cada estágio inverte o sinal, após dois estágios o sinal não é invertido e o feedback é positivo. R1 e R4 são resistores de carga em cascata, e R2 e R3 são resistores de polarização que definem alguma corrente de base inicial, garantindo a saturação dos transistores. Pulsos antifásicos são formados nos coletores dos transistores, de formato quase retangular. Se os valores dos resistores e capacitores forem iguais, os pulsos terão a mesma duração - tal multivibrador é chamado de simétrico. Com valores diferentes das peças, os pulsos se tornarão assimétricos - um meio ciclo é mais curto, o outro é mais longo. O multivibrador torna-se assimétrico. Existem muitos circuitos de geradores de relaxamento; você pode encontrá-los na literatura de engenharia de rádio sobre tecnologia de pulso. Hoje, esses dispositivos, na maioria dos casos, são feitos em microcircuitos digitais, o que é mais simples, conveniente e confiável. Autor: V.Polyakov, Moscou
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