Комп’ютерна електроніка (стр. 9 из 14)
1. Умова балансу амплітуд
2. Умова балансу фаз
; n=1,2,3…Для реалізації цих умов використовуються фазоповертаючі ланки з індуктивними або ємнісними елементами.
4.2 Схемотехнічна реалізація генераторів гармонічних сигналів
В генераторах гармонічних сигналів використовують 2 типи ланок зворотного зв’язку:
1) трансформаторний зв’язок;
2) фазозсуваючі RC-ланки.
Як відомо підсилювальний транзисторний каскад ввімкнений за схемою з загальним емітером є фазоінвертуючим, тобто фаза вихідного сигналу зсунена відносно вхідного на кут
. Якщо використовувати додатковий трансформаторний каскад з узгодженим ввімкненням обмоток в колі зворотного зв’язку, то одержимо додатковий зсув фаз 
, тобто загальний зсув фаз між вхідним сигналом і сигналом зворотного зв’язку становитиме 
. Аналогічно, зсув фаз можна одержати при послідовному ввімкненні RC-ланок.При цьому в RC-ланках використовується, як правило, більше двох ланок, оскільки зсув фаз на одній ланці одержується тільки при безмежному зростанні ємності конденсатора.
Таким чином, принципові схеми з трансформаторами та RC зв’язком мають вигляд:
В трансформаторному каскаді умови зсуву фаз використовуються тільки для резонансної частоти, тому генеровані коливання мають параметри, що визначаються коливним контуром. Якщо в схемі допускається гальванічний зв'язок між первинною і вторинною обмоткою, то живлення вторинної може бути задіяне від живлення основного каскаду. Якщо гальванічний зв'язок між каскадами – небажаний, то вторинну обмотку підключають до нульового проводу схеми (пунктир на схемі). При цьому фазність в першому і в другому випадку має бути протилежною. Для уникнення проникання високочастотних коливань в джерело живлення використовують високочастотний RC-фільтр.
В RC-генераторах також виконується умова балансу фаз тільки для однієї частоти, оскільки при зміні частоти сигналу, змінюється і амплітуда вектора ємнісної напруги на фазовій діаграмі. При цьому, режим за постійним струмом визначається подільником R-бази
, в якому задіяно у фазоповертаючій ланці. RC-генератори, як правило, застосовують для одержання низькочастотних коливань, тоді як генератори з індуктивними зв’язками – для високочастотних сигналів.4.3 Релаксаційні генератори несинусоїдальних коливань
Якщо умова балансу фаз і балансу амплітуд використовується не для однієї частоти, а певного спектру частот, то такий генератор збуджується в цьому спектрі і форма вихідних коливань стає відмінною від синусоїдальних. У випадку, якщо спектр
, одержують генератор прямокутних імпульсів. В найпростішому випадку, це мультивібратор, що складається з двох каскадів підсилювача, охоплених 100% зворотним зв’язком за змінною складовою.В ідеальному випадку, схема повинна бути абсолютно симетричною за параметрами елементів, тоді при ввімкненні живлення на виходах 1 і 2 формуються інверсні один до одного, практично прямокутні імпульси. В процесі релаксації, схеми визначаються часом перезарядки конденсаторів, ввімкнених в кола зворотного зв’язку. Процес перемикання включає 2 етапи, протягом яких формується імпульс тривалості
або 
. Початковий стан при ввімкненні напруги в ідеальному випадку є невизначеним і залежить тільки від флуктуації струмів в базових та колекторних колах каскадів. Якщо з самого початку струм колектора VT1 є дещо більшим порівняно з 
, то це означає, що базова U на VT1 є більш відкриваючою, порівняно з 
VT1. тоді потенціал колектора VT1 починає зменшуватись і це зменшення не передається на базу VT2. Таким чином, VT1 повністю відкривається, а VT2 – закривається. Тривалість формування імпульсу (фронту), в даному випадку, залежить від постійної часу 
, протягом якої конденсатор 
буде заряджатися через відкритий перехід база-емітер VT1, і U на резисторі 
визначається величиною цього опору і струмом зарядки. Струм конденсатора визначається 
; тоді маємо: 
, підставивши, отримаємо: .Таким чином, одержимо звичайне диференційне рівняння, яке описує часову залежність формування U на обкладках конденсатора
при фіксованих параметрах елементів кола та : 
. Якщо про інтегрувати останнє рівняння, то отримаємо: 
; 
;lnC – постійна інтегрування, з точністю до якої розв’язується диференційне рівняння. Значення параметру С визначається граничними або початковими умовами задачі.
Після потенціонування останнього виразу, отримаємо:
; при t→0, 
→0 – початковий стан ; 
- напруга на конденсаторі. 
; 
; 
.Взагалі-то прийнято, що імпульс є сформованим, якщо напруга формування досягає 0,9Uж =Uc(t).
З цієї умови можна визначити час, протягом якого формується тривалість фронту імпульсу tф=t1-t0.
Для визначення фронту використаємо останнє рівняння:0,9Uж=
; 
;Після логарифмування цього виразу отримаємо:
; 
;Тривалість імпульсу tім=t2-t0, визначається часом перезарядки конденсатора С1 через відкритий перехід транзистора VT1 і базовий резистор Rб2, оскільки саме напруга на цьому конденсаторі сформована до моменту часу t0 утримує транзистор VT2 у закритому стані.
Аналогічно можна показати, що процес розрядки конденсатора від заданого рівня напруги буде описуватись співвідношенням:
; С=2Uж; 
(*) 
;В даному випадку процес перезарядки конденсатора С1 через базовий резистор Rб2 описується співвідношенням (*). Тривалість імпульсу визначається з умови, що UC1(t)→0, тоді можна записати:
, або 
Симетрична схема генерує імпульсні рівні половині періоду релаксації схеми, тобто тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи. Такий сигнал називається меандром.
Відношення
називають шпаруватістю імпульсу.Мультивібратори виконуються в інтегральному вигляді або на основі цифрових інтегральних схем. Вони є основою задаючих тактових генераторів в усіх цифрових схемах, а також в імпульсних перетворювачах джерел живлення обчислювальної техніки.