Что такое релаксационный генератор
Релаксационный генератор
Релаксационный генератор — генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме — включён/выключен.
Характерные особенности релаксационных генераторов:
Следует рассмотреть релаксационные генераторы не только электрических, но и механических колебаний.
Релаксационные генераторы механических колебаний
2. Различные дозирующие устройства.
3. Струна скрипки, возбуждаемая смычком.
4. Скрипящие тормоза автомобилей и ж/д вагонов.
Релаксационные генераторы электрических колебаний
1. Различные модификации мультивибраторов.
2. Генератор пилообразного напряжения (в том числе на неоновой лампе).
3. Генератор треугольного напряжения.
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Релаксационный генератор» в других словарях:
РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР — (генератор релаксационных колебаний) генератор электромагнитных колебаний, ни пассивные цепи к рого, ни активный нелинейный элемент не обладают резонансными свойствами. В отличие от генераторов, имеющих в своём составе резонаторы, в к рых за… … Физическая энциклопедия
РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР — (релаксатор) генератор, вырабатывающий негармонические электрические колебания (импульсы) в результате быстрого высвобождения энергии, запасенной от источника постоянного тока, напр. в электрическом конденсаторе или катушке индуктивности. К… … Большой Энциклопедический словарь
релаксационный генератор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN free running generatorrelaxation oscillator … Справочник технического переводчика
релаксационный генератор — (релаксатор), генератор, вырабатывающий негармонические электрические колебания (импульсы) в результате быстрого высвобождения энергии, запасённой от источника постоянного тока, например в электрическом конденсаторе или катушке индуктивности.… … Энциклопедический словарь
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippgenerator, m; Kippschwinger, m; Kippschwingungsgenerator, m rus. релаксационный генератор, m pranc. oscillateur de… … Automatikos terminų žodynas
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Autogeneratorius, kurio kuriamų virpesių pavidalas labai skiriasi nuo harmoninių. atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Neharmoninių elektrinių virpesių elektroninis generatorius. atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippgenerator, m; Kipposzillator … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippschwinger, m; Kippschwingungsgenerator, m; Kippschwingungsoszillator, m rus. релаксационный генератор, m pranc. générateur… … Fizikos terminų žodynas
Релаксационный генератор — релаксатор, генератор электрических негармонических колебаний, обычно обладающих широким спектром (см. Генерирование электрических колебаний). Основные элементы Р. г. реактивный накопитель энергии (ёмкостный или индуктивный) и нелинейный… … Большая советская энциклопедия
блокинг-генератор — генератор кратковременных (около 1 мкс) электрических импульсов, повторяющихся через сравнительно большие интервалы. Применяются в устройствах импульсной техники. * * * БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР, релаксационный генератор с… … Энциклопедический словарь
Релаксационный генератор
Принцип работы релаксационного генератора основан на поведении физической системы, возвращающейся к равновесию после того, как оно нарушится. То есть, динамическая система в виде генератора, непрерывно рассеивает свою внутреннюю энергию. Обычно система возвращается к своему естественному равновесию, однако, каждый раз, когда она достигает некоторого порога, находящегося достаточно близко к равновесному состоянию, механизм работы сообщает ей дополнительную энергию. Таким образом, поведение генератора характеризуется длительными периодами рассеивания энергии, со следующими за ними короткими импульсами. Период колебаний зависит от времени, который необходим системе, что бы успокоится после нахождения в возмущённом состоянии до порога, при котором произойдёт следующее возмущение.
Реализация
Многие электронные релаксационные генераторы запасают энергию в конденсаторе, а затем периодически рассеивают эту энергию, в результате чего возникают колебания. Например, конденсатор может заряжаться до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет некоторого порогового напряжения, достаточно близкого к напряжению питания. В этот момент конденсатор может быть быстро разряжен (например, короткозамкнут). Кроме того, каждый раз, когда конденсатор достигает порога, напряжение заряжающего источника может быть переключено из положительного в отрицательное, или наоборот. Во всех таких ёмкостных релаксационных генераторах период колебаний зависит от скорости разряда конденсатора. Реализации этих двух типов релаксационных генераторов будет рассмотрена далее, но релаксационные генераторы не обязательно могут быть электронными. Любой генератор, колебания которого приводятся в действие системой, которая почти всегда рассеивает энергию можно назвать релаксационным генератором.
Релаксационный генератор Пирсона-Ансона
Этот генератор может быть реализован с ёмкостной или резистивно-ёмкостной интегрирующей цепью, запитанной от источника постоянного тока или напряжения, и пороговым устройством с гистерезисом (неоновая лампа, тиратрон, динистор или однопереходный транзистор), подключённых параллельно с конденсатором. Конденсатор заряжается от источника напряжения, что вызывает рост напряжения на нём. Пороговое устройство не проводит ток до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигает порога переключения. Как только порог переключения достигнут, проводимость порогового устройства возрастает лавинообразно из-за присущей положительной обратной связи, в результате чего быстро разряжается конденсатор. Когда напряжение на конденсаторе падает до некоторого нижнего порога, устройство прекращает проводить ток и конденсатор начинает заряжаться вновь, и далее цикл повторяется до бесконечности.
Рис.1. Типичная схема релаксационного генератора Пирсона-Ансона
Если пороговым элементом является неоновая лампа, то схема также даёт вспышки света с каждым разрядом конденсатора. Пример с неоновой лампой изображён на рисунке 1 в классической схеме, описывающей эффект Пирсона-Ансона. Продолжительность времени разрядки может быть увеличена путём подключения дополнительного резистора последовательно с пороговым элементом. Два резистора образуют делитель напряжения, так что дополнительный резистор должен иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы неоновая лампа могла достичь нижнего порога переключения.
Когда в качестве триггера используется неоновая лампа или тиратрон, то часто последовательно с ними в схему добавляют второй резистор номиналом от десятков до сотен Ом для ограничения тока разряда конденсатора. Это предотвращает распыление покрытия электродов неоновых ламп и предохраняет тиратроны от повреждений в результате прохождения большого тока через электроды.
Альтернативная реализация генератора с помощью 555 таймера (КР1006ВИ1)
Аналогичный релаксационный генератор может быть построен с помощью 555 таймера (работающего в астабильном режиме), используемого вместо неоновой лампы, описанной выше. То есть, когда конденсатор заряжается до определённого значения, компаратор в 555 таймере переключается, чтобы активировать транзисторный ключ, который разряжает конденсатор через резистор на землю. Очень быстро напряжение на конденсаторе падает до достаточно низкого значения, и далее ключ закрывается, чтобы дать конденсатору зарядиться снова.
Рис.2. Внутренняя структура 555 таймера
Рис.3. Включение 555 таймера в астабильном режиме. Частота на выходе: F=1/(0.7*C*(R1+2R2))
Релаксационный генератор на основе компаратора
Каждый раз, когда напряжение на конденсаторе достигает одного из порогов, напряжение, подаваемое на конденсатор может быть переключёно из положительного в отрицательное или наоборот. Этот вариант показан на рисунке 4, в виде релаксационного генератора на основе компаратора.
Рис.4. Релаксационный генератор на основе компаратора
Это релаксационный генератор является генератором с гистерезисом, названный так из-за наличия гистерезиса, создаваемого положительной обратной связью, реализован на компараторе. Схема, в которой реализуется эта форма гистерезисного переключения, известна как триггер Шмитта. Сам по себе триггер является бистабильным мультивибратором. Однако отрицательная обратная связь, добавленная к триггеру с помощью RC цепи вынуждает схему работать автоматически. То есть, добавление RC цепи превращает гистерезисный бистабильный мультивибратор в астабильный мультивибратор.
Общая концепция
Система находится в неустойчивом равновесии, если входы и выходы компаратора находятся при напряжении около нуля. Появление какого-либо шума, будь то тепловой или электромагнитный, устанавливает на выходе компаратора некоторое положительное напряжение (так же возможно установление на выходе компаратора отрицательного напряжения), положительная обратная связь доводит напряжение на выходе компаратора до напряжения насыщения.
Другими словами, из-за того, что на выходе компаратора теперь положительное напряжение, неинвертирующий вход компаратора так же будет находиться при положительном напряжении, и напряжение на нём будет продолжать увеличиваться по мере увеличения выходного напряжения, поступающего на вход через делитель. Через некоторое время выход компаратора достигнет максимально возможного положительного напряжения, т.е. войдёт в насыщение.
Инвертирующие вход и выход компаратора связаны между собой через последовательно соединённую RC цепь. Из-за этого напряжение на инвертирующем входе компаратора асимптотически приближается к выходному напряжению компаратора с постоянной времени RC. В момент, когда напряжение на инвертирующем входе будет больше, чем на неинвертирующем, выходное напряжение компаратора быстро упадёт из-за положительной обратной связи.
Это происходит потому, что напряжение на неинвертирующем входе меньше, чем напряжение на инвертирующем, и по мере того, как выходное напряжение продолжает уменьшаться, разница между входными напряжениями становится всё более отрицательной. Опять же, напряжение на инвертирующем входе асимптотически повышается до выходного напряжение компаратора, и цикл повторяется раз напряжение на неинвертирующем входе больше, чем напряжение на инвертирующем входе, следовательно, система начинает генерировать
Практическое применение релаксационных генераторов
Эти генераторы были использованы в качестве времязадающих в ранних моделях осциллографов и телевизионных приёмников. Разновидности этих схемы находят применение в стробоскопах, используемых в автомастерских и ночных клубах. Электронные фотовспышки построены на моностабильный версии этой схемы, генерируя один пилообразный импульс, передней фронт которого заряжает конденсатор, а круто падающий задний фронт соответственно разряжает, производя вспышку после получения сигнала от кнопки спуска. Использование релаксационных генераторов в качестве цепей развёртки в осциллографах было прекращено после появления гораздо более линейной схемы Интегратора Миллера.
Релаксационный генератор
Полезное
Смотреть что такое «Релаксационный генератор» в других словарях:
РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР — (генератор релаксационных колебаний) генератор электромагнитных колебаний, ни пассивные цепи к рого, ни активный нелинейный элемент не обладают резонансными свойствами. В отличие от генераторов, имеющих в своём составе резонаторы, в к рых за… … Физическая энциклопедия
Релаксационный генератор — Релаксационный генератор генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме включён/выключен. Характерные особенности релаксационных генераторов: Не могут работать при отключенном источнике энергии.… … Википедия
РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР — (релаксатор) генератор, вырабатывающий негармонические электрические колебания (импульсы) в результате быстрого высвобождения энергии, запасенной от источника постоянного тока, напр. в электрическом конденсаторе или катушке индуктивности. К… … Большой Энциклопедический словарь
релаксационный генератор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN free running generatorrelaxation oscillator … Справочник технического переводчика
релаксационный генератор — (релаксатор), генератор, вырабатывающий негармонические электрические колебания (импульсы) в результате быстрого высвобождения энергии, запасённой от источника постоянного тока, например в электрическом конденсаторе или катушке индуктивности.… … Энциклопедический словарь
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippgenerator, m; Kippschwinger, m; Kippschwingungsgenerator, m rus. релаксационный генератор, m pranc. oscillateur de… … Automatikos terminų žodynas
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Autogeneratorius, kurio kuriamų virpesių pavidalas labai skiriasi nuo harmoninių. atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Neharmoninių elektrinių virpesių elektroninis generatorius. atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippgenerator, m; Kipposzillator … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
релаксационный генератор — relaksacinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. relaxation generator; relaxation oscillator vok. Kippschwinger, m; Kippschwingungsgenerator, m; Kippschwingungsoszillator, m rus. релаксационный генератор, m pranc. générateur… … Fizikos terminų žodynas
блокинг-генератор — генератор кратковременных (около 1 мкс) электрических импульсов, повторяющихся через сравнительно большие интервалы. Применяются в устройствах импульсной техники. * * * БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР, релаксационный генератор с… … Энциклопедический словарь
Генераторы релаксационных колебаний.
Общие сведения.
Релаксационный генератор — генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме — включён/выключен.
Релаксационные генераторы электрических колебаний бывают следующих видов:
Мультивибраторы.
Мультивибратор — релаксационный генератор сигналов электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Мультивибраторы могут быть настроены для работы в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем и режиме синхронизации.
Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью.
Отнесение мультивибратора к классу автогенераторов оправдано лишь при автоколебательном режиме его работы.
В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают синхронизирующие сигналы.
Режим синхронизации отличается от автоколебательного тем, что в этом режиме с помощью внешнего управляющего (синхронизирующего) колебания удаётся подстроить частоту колебаний мультивибратора под частоту синхронизирующего напряжения или сделать кратной ей (захват частоты) для автоколебательных мультивибраторов.
Расчет частоты мультивибратора:
Генераторы линейно изменяющегося напряжения.
Принципы построения схемы ГЛИН и основные параметры.
Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 2. Линейно изменяющееся напряжение образуется при заряде конденсатора С через резистор Rк от источника Ек. Транзистор VT, работающий в ключевом режиме, переключает конденсатор C с заряда на разряд. Временные диаграммы, поясняющие работу простого ГЛИН, приведены на рис. 3.
Параметром, характеризующим схему ГЛИН, является коэффициент использования напряжения источника питания Е к, под которым понимают отношение: 
.
Конструкции генераторов. Примеры схем
Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор гармонических или каких-либо других колебаний.
Самые очевидные использования генераторов, например, в качестве источников синусоидальных сигналов, каких-либо функций, импульсов.
Источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах, инициирующих измерения или технологические процессы. Вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими состояниями или периодическими колебаниями. Они присутствуют практически везде. Так, например, генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых мультиметрах, осциллографах, радиоприемниках, ЭВМ, в любом периферийном устройстве ЭВМ, почти в любом цифровом приборе (счетчики, таймеры, калькуляторы и любые приборы с «многократным отображением») и во множестве других устройств, слишком многочисленных, чтобы их здесь перечислять.
Устройство без генератора либо вообще ни на что не способно, либо предназначено для подключения к другому (которое скорее всего содержит генератор). Не будет преувеличением сказать, что генераторы являются таким же необходимым устройством в электронике, как регулируемый источник питания постоянного тока.
В зависимости от конкретного применения генератор может использоваться просто как источник регулярных импульсов («часы» в цифровой системе). От него может потребоваться стабильность и точность (например, опорный интервал времени в частотомере), регулируемость (гетеродин передатчика или приемника) или способность генерировать колебания в
точности заданной формы (как например, генератор горизонтальной развертки осциллографа).
Релаксационный генератор
Очень простой генератор можно получить несложными манипуляциями. Зарядим конденсатор через резистор (или источник тока), а затем, когда напряжение достигнет некоторого порогового значения, быстро его разрядим и начнем цикл сначала. Это можно сделать с помощью внешней цепи, обеспечивающей изменения полярности тока заряда при достижении некоторого порогового напряжения. Следовательно, будут генерироваться колебания треугольной формы, а не пилообразные. Генераторы, построенные на этом принципе, известны под названием «релаксационные генераторы». Они просты и недороги и при умелом проектировании могут обеспечивать удовлетворительную стабильность по частоте.
Раньше для создания релаксационных генераторов применялись устройства с отрицательным сопротивлением, такие, как однопереходные транзисторы или неоновые лампы. Теперь предпочитают ОУ или специальные интегральные схемы таймеров. На рисунке показан классический релаксационный RС-генератор.
Работает он просто. Допустим, что при начальном включении питания выходной сигнал ОУ выходит на положительное насыщение (каким образом это произойдет — неважно). Конденсатор начинает заряжаться до напряжения U + с постоянной времени, равной RC. Когда напряжение на конденсаторе достигнет половины напряжения источника питания, ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения (он включен как триггер Шмитта). Конденсатор начинает разряжаться до U- с той же самой постоянной времени. Этот цикл повторяется бесконечно, с периодом 2,2 RС. Цикл не зависит от напряжения источника питания.
Применяя для заряда конденсатора источники тока, можно получить колебания хорошей треугольной формы. Пример удачной схемы (datasheet СА3160):
Иногда необходим генератор с очень низким уровнем шума (так называемый «низкий внеполосный шум»). В этом отношении хороша простая схема, показанная на рисунке:
В схеме используется пара КМОП-инверторов (в виде цифровых логических схем). Соединение инверторов между собой образует некоторую разновидность RC релаксационного генератора с выходным сигналом в виде прямоугольного колебания. Измерения, проведенные для этой схемы, работающей на частоте 100 кГц, показали, что плотность мощности шума в ближайшей боковой полосе ниже, по крайней мере, на 85 дБ уровня основного колебания. Иногда встречается аналогичная схема, в которой заменяют местами элементы R2 и С. Хотя это и превосходный генератор, но он уже имеет крайне зашумленный выходной сигнал.
Представленная на рисунке ниже схема имеет даже более низкий уровень шума.
Кроме того, имеется возможность модулировать выходную частоту с помощью внешнего тока, прикладываемого к базе транзистора Т1. В этой схеме транзистор Т1 функционирует как интегратор. На коллекторе Т1 вырабатывается сигнал асимметричной треугольной формы. Сами же инверторы работают в качестве неинвертирующего компаратора. Изменяют полярность возбуждения на базе каждые полпериода. Эта схема имеет плотность шума — 90 дБД/Гц, измеренную на частоте 100Гц смещения от несущего колебания 150 кГц, и —100 дБД/Гц, измеренную при смещении 300 Гц. Эти схемы превосходны в отношении уровня бокового шума. Но генерируемая частота имеет большую чувствительность к колебаниям напряжения источника питания.