Меню

Формирователь сигналов его мощность

Формирователи сигналов-ШИМ из синусоидальной формы

формирователи сигналов-01

Представляется устройство — формирователи сигналов-ШИМ из синусоидальной формы

Формирователи сигналов-ШИМ из синусоидальной формы — здесь приведены схемы и описание устройств, преобразующих входной сигнал синусоидальной формы в биполярные цифровые сигналы той же частоты, причем ширину импульсов положительной и/или отрицательной полярности можно раздельно или одновременно регулировать в пределах от 0 до 100% относительно полупериодов входного синусоидального сигнала.

Формирователи широтно-импульсно модулированных (ШИМ) сигналов зачастую используют для плавного регулирования мощности, выделяемой в активной нагрузке. Для коммутации нагрузки обычно используют тиристоры и симисторы, а также силовые полевые транзисторы. Используемые ранее формирователи сигналов управляющих ШИМ-сигналов не позволяли раздельно регулировать мощность, выделяемую в нагрузке по положительным и отрицательным полупериодам питающего нагрузку напряжения.

Ниже приведены варианты схем биполярных формирователей сигналов-ШИМ из синусоиды, позволяющие как одновременно, так и раздельно перераспределять мощность в нагрузке по положительным и отрицательным полупериодам. Отличительной особенностью формирователей является то, что они способны работать в широком частотном диапазоне.

формирователи сигналов-1

На Рисунке 1 показан простейший вариант биполярного формирователя сигналов-ШИМ из синусоиды. Формирователь выполнен на комплементарной n-p-n/p-n-p паре биполярных транзисторов BC817DPN. Рабочая точка устройства задается регулировкой потенциометра R4, напряжение на который подается от двух разнополярных источников постоянного напряжения Е1 и Е2. На базы транзисторов одновременно через резистор R2 подается сигнал синусоидальной или треугольной формы, пиковое значение полупериодов которого примерно на 20% ниже напряжения Е. Частота входного сигнала не критична и может достигать единиц МГц (для устройств силовой электроники обычно 50/60/400 и т.д. Гц).

На выходах А и В устройства формируются противофазные управляющие сигналы с частотой входного сигнала. Форма этих сигналов близка к прямоугольной, а ширина в пределах от 0 до 100% относительно полупериода входного синусоидального сигнала зависит от положения движка потенциометра R4. Особенностью формирователя ШИМ-сигналов (Рисунок 1) является то, что если длительность сигнала на выходе А возрастает, то длительность сигнала на выходе В уменьшается.

Недостатком простейшего формирователя, обусловленным неидентичностью свойств транзисторов комплементарной пары, является заметное различие ширины сформированных импульсов положительной и отрицательной полярности при равных пределах регулировки движка потенциометра R4 в ту или иную сторону.

формирователи сигналов-2

Более совершенным представляется формирователь ШИМ-сигналов с независимой регулировкой ширины выходных импульсов положительной и отрицательной полярности (Рисунок 2). Формирователь также выполнен на комплементарной паре транзисторов BC817DPN и отличается от предыдущего возможностью индивидуальной регулировки ширины выходных сигналов по каждому из полупериодов той или иной полярности. Диоды VD1, VD2 предназначены для защиты переходов транзисторов VT1.1 и VT1.2. В формирователе (Рисунок 1) такая защита не требуется, поскольку переходы эмиттер-база комплементарной n-p-n/p-n-p пары транзисторов VT1.1 и VT1.2 включены встречно.

Для улучшения формы сигналов на выходах устройства можно использовать выходные каскады на основе двух MOSFET 2N7000 или, что предпочтительней, двух КМОП-микросхем (Рисунок За и 36). Каждая из микросхем DD1 и DD2 получает питание от «своего» источника питания, что позволяет получить на выходах А и В биполярные сигналы регулируемой от 0 до 100% ширины относительно полупериода входного синусоидального сигнала.

На Рисунке 4 показана динамика электрических процессов на входе и выходах А и В биполярного формирователя ШИМ-сигналов, выполненного на основе схем. представленных на Рисунках 2 и 36. Ширину выходных импульсов положительной и отрицательной полярности можно раздельно регулировать потенциометрами R4 и R7, соответственно. Преимуществом подобного способа регулировки является то, что она позволяет более гибко управлять электрическими процессами в нагрузке, например, раздельно управлять энерговыделением в двух активных нагрузках или свечением двух светодио-дов, используя двухпроводную линию.

Источник



Генераторы сигналов — универсальные приборы широкого спектра применения

Эти устройства генерирует импульсы различной природы, имеющие определенные характеристики (форму, частоту, амплитуду и т.д.).

Читайте также:  Как увеличить мощность двигателя с помощью карбюратора

Генераторы сигналов – приборы, позволяющие получать электрические, акустические и иного рода импульсы. Устройства бывают разных видов — обычно прибор подбирают под конкретную цель. Решающими факторами при выборе могут оказаться форма прибора, его статические функции и энергетические показатели. Устройство применяют в разных сферах — как в медицине, так и в быту (стиральные машины, микроволновки).

Историческая справка

Первый генератор был создан в 1887 году немецким физиком Германом Герцем. Прибор разрабатывался на основе индукционной катушки (или катушки Румкорфа). Он был искровым и вырабатывал электромагнитные волны. Потом история развивалась так:

  • 1913 г. Другой немецкий ученый, Александр Мейснер, создал электронный генератор с ламповым каскадом и общим катодом.
  • 1915 г. Появилась ламповая (или индуктивная) схема. Включение контура было автотрансформаторным, что отличало его от ранних изобретений. Идея принадлежала американскому физику Ральфу Хартли.
  • 1919 г. На этот раз идея снова принадлежит американцам. Ученый Эдвин Колпитц создал устройство на электронной лампочке, подключаемое к колебательному контуру посредством емкостного разделителя напряжения.

Это было лишь начало. Позже инженерами разных стран было создано множество вариаций электронных генераторов.

Как устроен генератор сигналов?

Устройство генерирует импульсы различной природы для замера параметров электронных приборов. Большинство генераторов работает только при наличии входного импульса, амплитуда которого постоянно меняется.

Стандартная модель сигнального генератора состоит из нескольких частей:

  1. Экран на передней панели. Нужен для отслеживания колебаний и управления ими.
  2. Редактор. Расположен в верхней половине экрана. Позволяет выбрать функцию.
  3. Секвенсор. Размещён чуть ниже редактора, дает информацию о частоте колебаний.
  4. Регулятор. Контролирует и настраивает частоту изменений.
  5. Выходы сигналов. Обычно располагаются под экраном в самом низу прибора. Рядом – кнопка включения оборудования.

Смещение сигнала и его амплитуда обычно регулируются 2 кнопками. Работа с файлами происходит через мини-панель. Она дает пользователю просмотреть результаты тестирования или сохранить их для будущего анализа.

Принцип действия

Рассмотрим схему действия на примере простейшего электронного генератора. Есть проводник и магнитное поле, по которому он движется. В качестве проводника обычно используют рамку.

Принцип действия таков:

  1. Рамка крутится внутри поля и пересекает линии магнитной индукции, отчего образуется электродвижущая сила.
  2. Электродвижущая сила воздействует на ток, который начинает двигаться по рамке.
  3. Электроток проникает в наружную цепь за счет контактных колец.

Схема генератора похожа на схему усилителя. Разница в том, что у первого нет источника входного сигнала. Он заменяется сигналом положительной обратной связи (ПОС).

В процессе обратной связи (ОС) часть выходного сигнала направляется на входную цепь. Структура такого импульса задается спецификой цепи обратной связи. Чтобы обеспечить нужную периодичность колебаний, цепи ОС создают на базе LC или RC-цепей. Частота будет зависеть от времени перезарядки конденсатора.

После формировки в цепи ПОС сигнал отправляется на вход усилителя. Там он умножается в несколько раз и поступает на выход. Оттуда часть отправляется на вход посредством цепи ПОС и снова ослабляется, возвращаясь к исходному значению. Благодаря такой схеме внутри устройства поддерживается постоянная амплитуда выходного сигнала.

Как устроен генератор смешанных сигналов?

Принцип действия генератора смешанных импульсов направлен на то, чтобы ускорить образование сигналов и воспроизводить их с максимальной точностью. Передняя панель прибора снабжена органами управления для контроля самых важных и часто изменяемых параметров. Менее востребованные и редко используемые функции можно найти в меню на основном экране.

Регулятором уровня устанавливается амплитуда движения выходного сигнала. Амплитуду и смещение можно регулировать без входа в многоуровневую систему меню.

Отдельный регулятор также позволяет изменить частоту дискретизации путем изменения периодичности выходного сигнала. При этом форму последнего этот настройщик изменить не сможет. Такая функция есть лишь в меню на основном экране редактирования. Форму выбирают при помощи сенсорной панели или мышки. Пользователь открывает нужную страницу и просто заполняет бланк с цифровой клавиатуры или поворотной ручкой.

Читайте также:  Гликолитический ресинтез атф мощность

Виды генераторов сигналов

Приборы различаются по ряду характеристик. Например, по форме сигнала (синусоидальные, прямоугольные, в виде пилы), по частоте (низкочастотные, высокочастотные), по принципу возбуждения (независимое, самовозбуждение). Однако существует несколько основных видов — о них и расскажем подробнее.

Синусоидальный

Прибор усиливает первоначальный синусоидный код в десятки раз. На выходе получается частота до 100 МГц. При этом исходный синус, как правило, не превышает 50 МГц. Генераторы синусоидального импульса активно используют при проверке блоков питания, инверторов и другой высокочастотной техники, а также радиоаппаратуры.

Генератор низкочастотный

Ниже схема самого простого низкочастотного генератора. На ней видно, что в приборе присутствуют переменные резисторы. Они позволяют корректировать форму и частоту сигнала. Изменить силу импульса можно подключенным модулятором KK202.

Такой прибор подойдет для настройки аудиоаппаратуры (звуковых усилителей, проигрывателей). Наиболее доступным вариантом низкочастотного генератора является обычный компьютер. Достаточно скачать драйверы и подключить его к аппаратуре через переходник.

Генератор звуковой частоты

Стандартная конструкция с микросхемами внутри. Напряжение подается в селектор, а сам сигнал генерируется в одной или нескольких микросхемах. Частоту можно настраивать при помощи модуляционного регулятора. Прибор отличается более обширным диапазоном частоты, чем аналоги (до 2000 кГц).

Импульсы произвольной формы

Генераторы с импульсами произвольной формы имеют повышенную точность. Погрешность минимальная — до 3%. Выходной импульс подвергается тонкой регулировке с применением шестиканального селектора. Прибор вырабатывает частоту от 70 Гц.

Устройства делят по степени синхронизации. Зависит она от типа коннектора, который установлен в прибор. Поэтому сигнал может усиливаться за 15-40 ньютон-секунд. Некоторые модели работают на 2 режимах – линейном и логарифмическом. Режим меняется переключателем, за счет чего корректируется амплитуда.

Контроллеры сложных сигналов

В сборке присутствуют только многоканальные селекторы, так как приборы получают импульсы сложной формы. Сигналы многократно усиливаются, режим можно изменить при помощи регулятора. Вариацией такого прибора считается DDS (устройство по схеме прямого цифрового синтеза).

Базовая плата оборудуется микроконтроллерами, которые легко снимаются и ставятся на место. В некоторых моделях можно заменить микроконтроллер одним движением. Если редактор монтированный, ограничители установить нельзя. Прибор генерирует измерительный сигнал мощностью до 2000 кГц с погрешностью до 2%.

Генератор цифрового сигнала

Цифровые генераторы популярны, потому что отличаются высокой точностью. Пользоваться ими удобно, однако они нуждаются в тщательной настройке. Здесь стоят коннекторы KP300, резисторы достигают сопротивления от 4 Ом. Это позволяет добиться предельно допустимого внутреннего напряжения в схеме.

Области применения

Генераторы сигналов используют современные лаборатории разработчиков электронных и измерительных приборов. Одинаковые генераторы могут применяться в кабинетах от начального до продвинутого уровня.

Однако эти функциональные устройства применяют для настройки и тестирования оборудования и в областях, более доступных обывателю. Вот лишь неполный список устройств, которые используют генераторы:

  • мобильные телефоны, техника для передачи данных, радио- и телеприемники;
  • вычислительные приборы;
  • инверторы, источники бесперебойного питания от электричества или импульсов;
  • бытовые приборы (СВЧ-печи, стиральные и посудомоечные машины);
  • измерительные приборы (амперметры, вольтметры, осциллографы);
  • медицинская аппаратура (томографы, электрокардиографы, аппараты УЗИ).

Находчивые пользователи применяют устройства и для иных целей. Например, прибором Tektonix AFG 3000 измеряли емкости, а RStamp SMA100A хорошо показал себя в регулировке аэронавигационных систем.

Источник

Генераторы сигналов: описание и различия

Назначение генераторов сигналов

Использование генераторов сигналов, как правило, чаще всего производится благодаря возможности их преобразования определенного типа сигнала в другой, желаемый вид. Например,
светового – в электрический, электрического – в звуковой, механического – в магнитоэлектрический и т.п. В некоторых случаях генератор сигналов может
использоваться в качестве измерительного прибора.

Читайте также:  Garmin педали измеритель мощности

Диапазон измерений для генераторов сигнала представлен очень широким спектром, поскольку в зависимости от конкретного вида этого устройства и его конструктивных особенностей.

Продажа генератор сигналов

Погрешности приборов также зависят во многом от измеряемого диапазона (чем он шире – тем больше погрешность) и от условий эксплуатации.
Например, для преобразователей оптических сигналов в другие виды очень важно обеспечить отличную видимость и отсутствие в области действия преобразователя посторонних
затеняющих или излучающих в том же световом диапазоне источников.

Область применения генераторов сигналов

Применяются преобразователи сигнала в довольно широком спектре сфер человеческой жизнедеятельности. К примеру, в рамках бытовой техники генераторы сигналов используются в
посудомоечных машинах, СВЧ-печах, стиральных машинах и другой программируемой технике. Как отдельный тип генераторов сигналов выделяются эхолоты, которые могут применяться от
обычной рыбалки, заканчивая военными потребностями, и значительно отличаются по стоимости качеству используемых материалов и конструкции самого оборудования. Для медицинской сферы
генераторы сигналов являются составляющими элементами такого оборудования, как физиотерапевтических приборов, ультразвуковой диагностики аппаратов, электронных тонометров и термометров, рентгенографов, томографов, электрокардиографов
и другого оборудования. В сфере обеспечения связи генераторы сигналов нашли применение в составе аппаратуры передачи данных, приемопередатчиках, мобильных телефонах, телевизионных
приемниках, радиоприемниках и т.п. В качестве измерительных приборов генераторы сигналов широко распространены в метрах, измерительных вольтметрах, осциллографах и т.д.

Технические характеристики генераторов сигналов

Строение любого из генераторов сигнала, не зависимо от его диапазона действия и типа преобразования, используются формирователь сигнала (может быть представлен электрическим фильтром) и источника (устройство, которое подвергается самовозбуждению в результате, например, электромагнитного воздействия).

Принцип действия генераторов сигнала

Существует два типа генераторов: цифровые и аналоговые. В аналоговых вариантах синтезирование сигнала производится при помощи классических электронных схем. Цифровой вариант приборов работает на
основе методики прямого синтеза (DDS). В этом случае формирование выходных сигналов осуществляется благодаря генерации временной последовательности отчетов цифрового типа и
их преобразования в аналоговые формы с помощью ЦАП.

Преимущества DDS генераторов

В большинстве приборов используется цифровой синтез, что обеспечивает сетку частот с произвольным шагом и почти моментальное переключение частоты, диапазон при
этом ограничивается только сверху. Синтезатор DDS, благодаря которому работает генератор сигналов, гарантирует стабильность спектра. Немаловажное значение имеет быстрота и точность
регуляции параметров прибора. Частота и амплитуда оборудования регулируется в реальном времени без температурного дрейфа. Еще одно преимущество устройства состоит в
том, что цифровой генератор сигналов позволяет применять нагрузки, импеданс которых изменяется по произвольным законам.

Выделяют следующие категории приборов по форме выходного сигнала:

  • Синусоидальных, гармонических колебаний (сигналов) (генератор Мейснера, генератор Хартли (индуктивная трёхточка), генератор Колпитца (ёмкостная трёхточка) и др.)
  • Прямоугольных импульсов — мультивибраторы, тактовые генераторы
  • Функциональный генератор — прямоугольных, треугольных и синусоидальных импульсов
  • Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)
  • Генератор шума

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

По частотному диапазону:

  • Низкочастотные
  • Высокочастотные

По принципу работы:

  • Стабилизированные кварцевым резонатором — Генератор Пирса
  • Блокинг-генераторы
  • LC-генераторы
  • RC-генераторы
  • Генераторы на туннельных диодах
  • Генератор тактовых импульсов

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы
строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с
приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить
мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Мир Приборов предлагает широкий выбор генераторов сигналов

Источник