Orbis pictus 21. století

Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Generátory OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-3-015

Generátory • Používají se k výrobě střídavého elektrického napětí, které potřebujeme např, ke zjišťování zesílení, útlumu, zkreslení, kmitočtu, šířky pásma, impedance apod. • Generátory dodávají napětí až desítek voltů, jehož velikost lze regulovat od 1 µV. • Musí mít definované vlastnosti a zaručovanou přesnost.

Generátory • Podle vyráběného kmitočtu, který je rovněž nařiditelný, dělíme generátory na: • nízkofrekvenční – dávají napětí s kmitočty do 20 000 Hz • středofrekvenční – dávají napětí s kmitočty 10 kHz až 500 kHz • vysokofrekvenční – dávají napětí s kmitočty až stovek MHz a někdy i vyššími

Generátory • Generátory signálu je možné dělit se na skupiny podle tvaru časového průběhu generovaného signálu: • Zdroje stejnosměrného napětí • Generátory harmonických a modulovaných kvaziharmonickýchsignálů • Generátory neharmonických signálů (impulsové generátory, generátory pilovitých, trojúhelníkových a schodových průběhů) • Generátory obecných průběhů definovaných uživatelem • Šumové generátory

Generátory • Průběh kmitů bývá nejčastěji sínusový, ale používají se také generátory s kmity obdélníkovými. • Pro některá měření se musí výstupní napětí generátoru modulovat. • Pro měření na rozhlasových přijímačích je tato modulace amplitudová s hloubkou modulace 30%, pro vyšší kmitočty bývá také kmitočtová.

Generátory • Modulační napětí se vyrábí buď v generátoru, nebo se k němu přivádí z vnějšího zdroje. • Základem generátoru je oscilátor, osazený dnes většinou polovodičovými součástkami jako jsou tranzistory a operační zesilovače. • Konstrukce oscilátoru závisí na požadovaném průběhu kmitů.

Generátory • Podle toho z jakých principů vychází průběh generovaného signálu, tedy podle konstrukce můžeme generátory signálu rozdělit na: • Generátory RC • Generátory LC • Generátory řízené krystalem • Záznějové generátory • Funkční generátory • Syntezátory

Požadavky kladené na generátory • spektrální čistota • (tzn. že sinusový, obdélníkový, pilovitý atd. signál je čistě sinusový, obdélníkový, pilovitý atd., tj. obsahuje jen ty harmonické (sinusové) frekvence, které odpovídají teorii) • pro dosažení vysoké spektrální čistoty sinusového průběhu je stále nejvhodnější RC oscilátor - užívá se v tónových a některých signálních generátorech

Požadavky kladené na generátory • frekvenční stálost a přesnost: • užívají se krystalově řízené oscilátory nebo frekvenční syntetizéry • frekvenční stálost se obvykle udává za dobu 24 hod. a 1 rok; • - správné zapojení oscilátoru pro daný případ • - pečlivé zhotovení: • - výběr součástek • - tepelně nezávislé, mechanicky nenamáhané • - stabilita napájecího napětí • - laditelnost kmitočtu – požadujeme přesné ocejchování stupnice • - spolehlivý ladicí mechanismus s možností regulace • -pomocí třecího posuvu • -převod ozubeným soukolím

Požadavky kladené na generátory • veliký frekvenční rozsah • typický nejméně 4 řády, u funkčních generátorů podstatně větší (např. 1 mHz až 10 MHz) • dosahuje se přepínáním ladicích součástek (u syntetizérů dělením frekvence) • pro velký rozsah v každé poloze se dříve používaly záznějové generátory (směšování dvou frekvencí)

Požadavky kladené na generátory • definované a přesné výstupní napětí • požadavek na výstupní napětí a impedanci realizuje výkonový zesilovač a výstupní dělič (atenuátor; attenuate = zeslabit) • udávané výstupní napětí platí ovšem většinou jen při dodržení předepsané zatěžovací impedance

Požadavky kladené na generátory • definovatelná (a měnitelná - stupňovitě: 50, 300, 600, 1200 , nebo plynule) výstupní impedance • větší množství různých generovaných průběhů (sinus, obdélník, trojúhelník, ..., bílý šum)

Oscilátory sínusových kmitů • K výrobě sínusových kmitů v generátorech se používají oscilátory, a to: • typu LC (zpětnovazební, Coelpicův, Harlentův) • RC - kmitočet určuje hodnota R a C(s posuvem fáze, jako Wienův zpětnovazební člen), • oscilátor záznějový, • řízené krystalem.

Oscilátory sínusových kmitů Obr.1. Blokové schéma generátoru

Oscilátory sínusových kmitů • Podmínka oscilace • a) fázová – součet fázových posunů zesilovače a obvodů zpětné vazby je 2k • kde k je přirozené číslo • b) amplitudová – přenos zpětnovazební smyčky je roven jedné.

Oscilátory sínusových kmitů • Oscilátory LCjsou založeny na činnosti kmitavého obvodu, který vznikne paralelním spojením cívky a kondenzátoru. • Spojíme-li nabitý kondenzátor C s cívkou L, bude se kondenzátor přes cívku střídavě vybíjet a nabíjet sínusovým proudem I, tj. vzniknou kmity. • Následkem ztrát v obvodu to budou kmity tlumené, které po určité době zaniknou.

Oscilátory sínusových kmitů • Jejich kmitočet závisí na indukčnosti cívky i kapacitě kondenzátoru a vypočítá se podle Thomsonova vzorce • Budeme-li ztráty elektrické energie v kmitavém obvodu nahrazovat, vzniknou kmity netlumené a obvod bude kmitat stále. • Ztracenou elektrickou energii doplňujeme do kmitavého obvodu ze stejnosměrného zdroje polovodičovým prvkem, jehož činnost je tímto obvodem řízena.

Oscilátory sínusových kmitů • V oscilátorech RCnení klasický rezonanční obvod, ale ke kmitání oscilátoru dochází splněním podmínek pro vznik oscilací pomocí kladné zpětné vazby. • Ta se uzavírá přes selektivní RC článek, který určuje kmitočet oscilátoru. Vztah pro kmitočet těchto oscilátorů mívá nejčastěji tvar: • Tyto oscilátory jsou snadno přeladitelné, protože jejich kmitočet je lineární funkcí časové konstanty RC.

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura • E. Vitejček a V. Hos: Elektrické měření, SNTL Praha 1979 • V. Fajt a kol.: Elektrická měření, SNTL Praha 1987 • L. Bejček a kol.: Měření v elektrotechnice, FEKT VUT Brno 2003

Orbis pictus 21. století