3.1 Генераторы сигналов низкой частоты кратко

Привет, Вы узнаете о том , что такое генераторы сигналов низкой частоты, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое генераторы сигналов низкой частоты , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.

3.1.1 RС-генераторы

Технические характеристики RC-генераторов в диапазонах достаточно низких частот существенно ухудшаются из-за резкого возрастания величин индуктивностей и емкостей колебательных контуров и соответствующих им размеров катушек индуктивностей и конденсаторов. Их также трудно перестраивать по частоте в широких пределах. Поэтому в низкочастотных измерительных генераторах гармонических колебаний в качестве колебательных систем и цепей положительной ОС применяют частотноизбирательные RС-цепи. Такие генераторы называют RС-генераторами.

Обычно в RС-генераторе включают мост Вина (рис. 3.1, а), который осуществляет сдвиг фазы сигнала ОС на 180°. Генератор строится на основе усилителя, у которого в широком диапазоне частот коэффициент передачи - вещественная величина, а фазовый сдвиг φ = 2π обеспечивают мостом Вина и инверсией сигнала в усилителе.

Рисунок. 3.1 Схемы RС-генераторов с мостом Вина:  а - обычная; б - с кварцевой стабилизацией

Частота гармонических колебаний в RС-генераторе с мостом Вина

                                                  f = 2π1RC ,                                              (3.1)

На рис. 3.1, б изображена упрощенная схема RС-генератора с мостом Вина, в котором вместо одного из резисторов включен кварцевый резонатор Кв, работающий в режиме резонанса напряжений.

3.1.2 Генераторы на биениях

Генераторы звукового диапазона частот (низкочастотные генераторы) имеют обычно значительный уровень мощности выходного сигнала - до 5...10 Вт. Однако такая мощность может выделяться только на согласованной нагрузке, поэтому на выходе генератора часто включают согласующий трансформатор, например, на нагрузки 60, 600, 6000 Ом. Показания электронного вольтметра выходного напряжения будут правильными тоже только при согласованной нагрузке генератора. Погрешность установки частоты генератора можно снизить до значения, меньшего одного процента, ее нестабильность - того же порядка. Повышают стабильность частоты применением прецизионных внешних элементов (конденсаторов, индуктивностей и резисторов).

В задающих генераторах звуковых частот используют три метода генерирования: прямой; метод биений; метод электронного моделирования.

Для повышения стабильности частоты звуковых генераторов часто применяют задающие генераторы на биениях. Структурная схема задающего генератора содержит два первичных высокочастотных  

генератора фиксированных частот f1 и f2, смеситель и фильтр промежуточной частоты (рис. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 3.2).

Метод биений заключается в том, что колебания звуковой частоты образуются в результате воздействия на нелинейный элемент смесителя двух близких по частоте гармонических колебаний f1 и f2. При этом частота f2, может меняться в пределах от f1 до f1 + F, где F - наибольшая частота рабочего диапазона. На выходе смесителя получают комбинационные частоты, в том числе и так называемую промежуточную частоту Fпч = f2 – f1. Колебание промежуточной частоты Fпч выделяют фильтром промежуточной частоты.

Рисунок 3.2 Структурная схема измерительного генератора на биениях

При создании измерительных генераторов на биениях принимают меры, направленные на обеспечение высокой стабильности частоты первичных генераторов колебаний. Как правило, предусматривают возможность периодической калибровки частоты генератора. Коэффициент нелинейных искажений генерируемых колебаний обычно составляет десятые доли процента и в основном определяется качеством фильтра промежуточной частоты. 

3.2.8 Цифровые измерительные генераторы низких частот

Цифровые генераторы низких частот отличаются от аналоговых более эффективными метрологическими характеристиками: высокими точностью установки и стабильностью частоты, малым коэффициентом нелинейных искажений (строго синусоидальной формой), постоянством уровня выходного сигнала. Цифровые генераторы удобнее аналоговых в эксплуатации: выше быстродействие, существенно проще установка требуемой частоты, более наглядна индикация. Цифровые генераторы имеют возможность автоматической перестройки частоты по заранее заданной программе.

Действие цифровых генераторов основано на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в гармонический сигнал. При этом используют метод аппроксимации формы выходного колебания.

Самый простой вид аппроксимации - ступенчатая. Она заключается в представлении (замене) синусоидального колебания напряжением ступенчатой формы, весьма мало отличающейся от синусоидальной кривой (рис. 3.3, а). Аппроксимируемое синусоидальное напряжение u(t) = Um sin ωt дискретизируют во времени (равномерная дискретизация с шагом Δt) и в интервале,

Рисунок. 3.3 Цифровой генератор низких частот:  

а - ступенчатая аппроксимация синусоиды; б - структурная схема

разделяющем два соседних момента времени t i и t i + 1 , синусоидальное колебание заменяют напряжением постоянного тока - ступенькой, высота которой равна значению аппроксимируемого напряжения в момент t i т . е u ( t i ) = Vm sinωti. В результате такой замены вместо кривой синусоидальной формы получают ступенчатую линию, изображенную на рис. 3.3, а.

При имеющемся периоде Т гармонического колебания число ступенек р, приходящихся на один период, определяют шагом дискретизации: р = T/Δt. Если же из технических соображений число ступенек задано, то изменение шага дискретизации приводит к изменению периода формируемого напряжения, поскольку Т = pΔt. Учитывая, что t i = i Δ t , уравнение ступенчатой кривой представляют как v(iΔt) = Um sin (iωΔt) или с учетом р и ω = 2π/Т:

                                              u(iΔt) = Umsin(i2π/p),                                           (3.2)

Ступенчатая кривая тем точнее приближается по форме к синусоиде, чем больше выбрано число ступеней p. Когда это число велико, ступенчатое напряжение можно рассматривать как низкочастотное синусоидальное напряжение, немного искаженное высокочастотной аддитивной помехой.

Спектральный анализ напряжения, полученного путем ступенчатой аппроксимации, показывает, что его спектр содержит гармонику основной частоты и ряд высших гармоник. При этом оказывается, что ближайшей к основной высшей гармоникой будет составляющая с номером р - 1, следующей - гармоника номера р + 1, затем гармоники номеров 2р - 1 и 2р + 1 и т.д.

Например, при р = 25 и частоте напряжения f основной гармоники ближайшими высшими гармониками будут 24-, 26-, 49-, 51-я гармоники, т.е. напряжения частот 24f, 26f, 49f, 51f. Такие соотношения между основной и высшими гармониками позволяют легко осуществить высококачественную фильтрацию, резко ослабляющую уровни высших гармоник, т.е. получить синусоидальное напряжение, характеризуемое достаточно малым коэффициентом нелинейных искажений.

Структурная схема цифрового генератора представлена на рис. 3.3, б. Импульсный кварцевый генератор вырабатывает периодическую последовательность коротких импульсов с периодом следования Т. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления g получается периодическая последовательность импульсов с периодом следования Δt = gT, задающим шаг дискретизации. Импульсы поступают в счетчик емкостью р. Кодовая комбинация, определяемая числом i импульсов, накопленных в счетчике, передастся в схему ЦАП. Последний вырабатывает напряжение, соответствующее числу i, т.е. u(iΔt) = Umsin(i2π/p). Таким образом формируют р ступенек аппроксимируемой кривой. При накоплении римпульсов счетчик переполняется и сбрасывается в нуль. С приходом (р + 1 )-го импульса начинается

формирование нового периода ступенчатой кривой. Частоту формируемого колебания при фиксированном числе ступенек р регулируют, меняя шаг дискретизации Δt, что достигается изменением коэффициента деления g делителя частоты.

Контрольные вопросы:

1.      Как различают измерительные генераторы в зависимости от формы выходного сигнала?

2.      Как подразделяют генераторы по частотным характеристикам?

3.      Каковы условия самовозбуждения генератора гармонических колебаний?

Какими методами их реализуют?

4.      Поясните работу цифрового генератора низких частот.

5.      Поясните работу цифрового генератора на биениях.

Информация, изложенная в данной статье про генераторы сигналов низкой частоты , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое генераторы сигналов низкой частоты и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.