Теория Генераторов: Почему Синус?

[skypodolsky]

Добрый день, уважаемые форумчане!

У меня возник вопрос по части теории генераторов. При изучении вопроса об условиях, необходимых для генерации гармонических колебаний, во многих источниках я видел необходимость соблюдения баланса фаз и баланса амплитуд. К этим условиям вопросов действительно нет. Вопрос такой: а почему, собственно, при соблюдении этих условий мы получаем гармонические колебание на выходе? Ведь, насколько я понимаю, в режиме самовозбуждения, когда коэфициент усиления усилителя K > 1, выходной сигнал должен увеличиваться, вплоть до насыщения усилителя. Я не могу понять, каким образом генерируемый сигнал меняет свою полярность с определенной частотой и приобретает форму синуса.

Буду очень благодарен, если кто-нибудь прольет мне свет на этот вопрос.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Falconist]

Вообще-то, для получения синуса нужна еще и АРУ. Без нее, как Вы и отметили, получим меандр (насыщение).

Для генераторов на мосте Вина усиление должно быть не просто > 1, а строго = 3. Не больше и не меньше.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[skypodolsky]

Насчет АРУ понятно. Вопрос, почему сигнал приобретает колебательный характер. Вот вошли мы в насыщение, допустим. Почему получится меандр? Что заставляет сменить полярность?

[Реклама]

Особенности хранения литиевых аккумуляторов и батареек

Потеря емкости аккумулятора напрямую зависит от условий хранения и эксплуатации. При неправильном хранении даже самый лучший литиевый источник тока с превосходными характеристиками может не оправдать ожиданий. Технология, основанная на рекомендациях таких известных производителей литиевых источников тока, как компании FANSO и EVE Energy, поможет организовать правильный процесс хранения батареек и аккумуляторов. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Falconist]

А об этом в учебниках читайте. Там всё написано. Форум - не колледж.

Наличие насыщения свидетельствует об отсутствии баланса амплитуд.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[skypodolsky]

Вы тогда хотя бы учебник какой подкиньте. Я имею в виду конкретный, где именно на этот вопрос дается ответ.

А форум хоть не колледж, но выслушать пояснение своими словами я бы с радостью.

[seawar]

Физика. 7-й класс общеобразовательной школы. Тема - "Резонанс".

[skypodolsky]

Физика. 7-й класс общеобразовательной школы. Тема - "Резонанс".

Забыл сказать, имеется в виду RC генератор, не LC.

[Yurkin2015]

Ну, если на пальцах. Генератор - это усилитель с положительной обратной связью. Положительная - значит с выхода часть сигнала передаётся на вход в той же полярности. То есть, если выходное напряжение поднимается вверх, то и обратно на вход поступает сигнал вверх.

Дело в том, что обратная связь в генераторе - по переменному току, может пропускать только переменный сигнал, на пути обратной связи стоит конденсатор: быстрые изменения напряжения пропускаем без проблем, постоянное напряжение - не пропускаем.

Если вдруг на выходе случилось постоянное напряжение, обратная связь через конденсатор начнёт постепенно снижать передаваемый сигнал, и в конце концов через некоторое время на вход будет возвращаться 0В. Типа, если взять последовательную цепочку конденсатор+резистор и подать постоянное напряжение, то напряжение на резисторе спадёт от максимума в начале до нуля через некоторое время.

Тут надо вспомнить, что у нас усилитель, если на входе 0В, то и выход = 0В.

Вот и получается, что если на выходе насыщение, постоянное макс. напряжение, например +10В, то сигнал обратной связи начинает постепенно уменьшаться -> 0В. При малых входных значениях усилитель выйдет из насыщения, и выход тоже начнёт уменьшаться -> 0В.

Отлично. Связь положительная: уменьшение выхода прекрасно передаётся на вход, выход вниз - вход вниз - выход ещё сильнее вниз - вход ещё сильнее вниз. Усилитель быстро переключится в нижнее состояние насыщения -10В.

И снова всё сначала. Сигнал обратной связи из минуса начинает двигаться вверх в сторону 0В. При приближении к 0В усилитель выходит из насыщения, и выход начинает двигаться вверх. За счёт обратной связи быстро переключается снова в верхнее положение.

[Falconist]

А самому поискать - не?

Раз http://radiomaster.r...i/radio/gen.php

Два http://riostat.ru/el...istem/2-8-1.php

Три...

А вообще-то, генератор - это усилитель с двумя связями. Если только положительная - то выход "защелкнется" в одном состоянии, из которого его никакими силами вывести не удастся. Триггер получится. Вот отрицательная ОС как раз и служит для разрешения этой проблемы.

[skypodolsky]

2Falconist: вы считаете, что я не читал предложенный вами материал?

2Yurkin2015: логика с насыщением понятна, но вы тут пишете:

Вот и получается, что если на выходе насыщение, постоянное макс. напряжение, например +10В, то сигнал обратной связи начинает постепенно уменьшаться -> 0В. При малых входных значениях усилитель выйдет из насыщения, и выход тоже начнёт уменьшаться -> 0В.

И я не могу это допереть. Ведь когда напряжение на входе ОУ падает и он выходит из насыщения, разве коэфициент усиления не должен восстановиться до прежнего значения? А если так, то напряжение никогда не сможет пойти вниз, к нулю. Надеюсь, я понятно выразил свою мысль. Не могли бы вы остановиться на этом подробнее?

[Yurkin2015]

Вот, почему выходное напряжение падает? Потому что входной сигнал, умноженный на К усиления, не даёт на выходе максимального напряжения.

Например, К=10 и питание +-10В. При входном 10В, на выходе по идее должно быть 100В. Но выше напряжения питания не прыгнешь, значит на выходе +10В, насыщение. Далее сигнал на входе плавно снижается. 9,8,7...1В. на выходе насыщение +10В.

Но вот на входе 0.9В. Сколько на выходе? Уже только 9В, напряжение начало падать. И, наконец, при нуле на входе - ноль на выходе.

[Falconist]

2 skypodolsky. Судя по задаваемым вопросам - таки не читал.

R1 - ПОС. Цепь RC над ОУ - ООС.

R1 - ООС. Цепь RC над ОУ - ПОС.

[Григорий Т.]

R1 - ПОС. Цепь RC над ОУ - ООС.

Вообще-то, наоборот.

Изменено 7 июля, 2016 пользователем Григорий Т.

[J_Ohm]

в режиме самовозбуждения, когда коэфициент усиления усилителя K > 1, выходной сигнал должен увеличиваться, вплоть до насыщения усилителя.

При K >1 и балансе фаз, сигнал не обязательно увеличивается до насыщения.

Вот модель в LTspice, самовозбуждающаяся при уменьшении коэффициента петлевого усиления, тогда как при исходном K > 1, она устойчива.

Paradox.zip

Импульс через С1 от напряжения V3 подобран на грани устойчивости. Варьируя V3, можно влиять на начальный коэффициент передачи через делитель-ограничитель R4, D1, D2. Самовозбуждение устанавливается при ограничении и гаснет при полной передаче сигнала.

Это не глюк симулятора. Модель сделана специально, ради любопытства. С устойчивостью по критерию Найквиста в ней все в порядке, но "здравый смысл" при этом летит к чертям.

[skypodolsky]

Но вот на входе 0.9В. Сколько на выходе? Уже только 9В, напряжение начало падать.

Ну а после этих 9В? ОУ больше не в насыщении, разве напряжение не должно снова начать нарастать?

Изменено 7 июля, 2016 пользователем skypodolsky

[Yurkin2015]

В нашем воображаемом усилителе К=10, выходное напряжение чётко зависит от входного: если входное напряжение уменьшается, то и выход обязан уменьшаться.

С чего это вдруг выход будет нарастать после 9В, если входное продолжает уменьшаться 0.8, 0.7, 0.6 ... 0В ? Выход будет отслеживать вход, на выходе будет 8, 7, 6 .. 0В

[skypodolsky]

Но у нас ведь в генераторе не просто усилитель, но усилитель, охваченный ПОС.

Т.е. изначально наш выходной сигнал рос благодаря ПОС, потом ОУ вошел в насыщение. Во время этого на выходе появляется постоянка, которая уменьшает напряжение на входе. Оно, как Вы и описали, падает. Однако достигни мы в нашем примере 0.9В, ОУ выйдет из насыщения, и ПОС возобновит свое влияние. И, насколько я понимаю, это влияние будет пытаться снова вогнать ОУ в насыщение.

[Yurkin2015]

В данной случае ПОС - по переменному напряжению. Постоянка ей по-барабану. Постоянное напряжение - не проходит.

ПОС передает на вход изменение выходного сигнала в том же направлении. Выход уменьшился, ПОС возобновит своё влияние и уменьшит вход.

Было на выходе +10В постоянки. Стало 9.99В. Уменьшилось на 0.01В. Изменилось на минус 0.01В. Это уменьшение передастся на вход и вход тоже уменьшится на 0.01В.

Это изменение входа умножится на 10 вызовет еще большее изменение выхода на минус 0.1В. На выходе тут же станет 9.89В.

Уменьшение 0.1В снова попадает на вход и снова усиливается, уже до изменения на -1В. Выход 8.89В

И т.д по кругу.

Моргнуть не успеете, а выход уже доуменьшался до нижнего насыщения -10В.

Так вот и перекидывается генератор прямоугольных импульсов.

[Falconist]

Вообще-то, наоборот.

Где ж ты раньше был? Целовался с кем?

С кем себе самому изменял?

Из песни слов не выкинешь. Сапожник...

Картину раз высматривал сапожник

И в обуви ошибку указал;

Взяв тотчас кисть, исправился художник.

Вот, подбочась, сапожник продолжал:

"Мне кажется, лицо немного криво...

А эта грудь не слишком ли нага?"....

Тут Апеллес прервал нетерпеливо;

"Суди, дружок, не свыше сапога!"

Есть у меня приятель на примете:

Не ведаю, в каком бы он предмете

Был знатоком, хоть строг он на словах,

Но черт его несет судить о свете:

Попробуй он судить о сапогах!

(© А.С.Пушкин, 1829)

[_VN_]

Сам генератор при расчёте или анализе рассматривается в виде эквивалентных схем для трёх, по крайней мере, процессов:

1. Исходное состояние при включении питания.

2. Переходный процесс начала возбуждения генератора за счёт положительноё обратной связи с коэффициентом ПОС >1.

2. Постепенное увеличение амплитуды генерируемого сигнала, который может состоять из любого возможного сочетания сигналов, для которых выполняется условие ПОС > 1.

3. Начало работы ООС и переход в стационарный или установившийся режим работы генератора. Если нет специально предназначенной селективной ПОС, то амплитуда сигнала на выходе генератора ограничивается насыщением одного из усилительных каскадов усилителя.

4. Необходимое ограничение амплитуды сигнала на выходе генератора происходит посредством детектирования амплитуды сигнала (R3, C3, VD1) и включение ООС.

PS Схема ОУ не имеет выводов для общей шины и по этой причине работоспособна только при равных положительных и отрицательных значениях напряжения питания. Кроме этого, любая помеха на общей шине через резистор R попадает на вход + ОУ, что ограничивает надёжность работы схемы генератора вообще...

Изменено 8 июля, 2016 пользователем _VN_

[J_Ohm]

Постскриптум лучше было не добавлять.

[_VN_]

Постскриптум лучше было не добавлять.

Постскриптум составляет самую важную информацию для ТС. Для работы схем ОУ общая шина не требуется. Из-за неё одни только проблемы, часто практически неустранимые...

[Falconist]

А ведь J_Ohm совершенно прав. Общая шина нужна с близким к нулю внутренним сопротивлением. Либо генератор будет не перестраиваемый.

[Григорий Т.]

J_Ohm, лучше воздержитесь...

А то тут уже намекнули, что "художника обидеть может каждый"...

[_VN_]

А ведь J_Ohm совершенно прав. Общая шина нужна с близким к нулю внутренним сопротивлением. Либо генератор будет не перестраиваемый.

Общая шина, как раритет, вошла в схемотехнику с использованием ОУ по наследству от "обычных" дискретных транзисторных схем в силу инерции мышления человека.