22. Схема формирования сетки частот синтезатором частот.
Выходные сигналы заданной частоты образуются при включении нужной последовательности частотных декад. На рисунке 2 упрощенная структурная схема формирования сетки частот.
На рисунке 2 приведена упрощенная схема формирования сетки частот ВЧ генератора, в котором синтез выходных частот производится по методу прямого синтеза. При этом благодаря высокому качеству применяемых элементов схем погрешность каждой выходной частоты и его стабильность мало отличаются от погрешности и стабильности опорного генератора.
Опорный генератор с кварцевой стабилизацией 1 вырабатывает частоту 1 МГц. Поступая на входы блоков 2, 3, 4 эта частота соответственно умножается на 3, делится на 5 и умножается на 2 и т.д.
Рисунок 2 – Схема формирования сетки частот синтезатора
23. Генераторы широкого диапазона частот. Структурная схема генератора широкого диапазона частот.
Определение прибора, назначение блоков прибора.Генератор измерительный ГИ – 2,1 – 1 (генератор широкого диапазона частот) является источником гармонических сигналов. Он обладает возможностью программного управления частотой, уровнем выходного сигнала и вывода информации на внешнее регистрирующее устройство через канал общего пользования (КОП).
Рабочий диапазон частот генератора 10 — 2100 кГц. Пределы изменения уровня выходного сигнала от 0 дБ до минус 79,9 дБ.
Генератор по принципу действия относится к устройствам с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты, т. е. все выходные частоты являются производными одной опорной частоты, стабилизированной кварцем.
Обобщенная структурная схема генератора приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема генератора широкого диапазона
частот ГИ – 2,1 – 1
Синтезатор
частоты вырабатывает сигнал в диапазоне
5,01 – 7,1 МГц.
Данный сигнал подается в
выходное устройство. В выходном устройстве
производится формирование выходного
сигнала в частотном диапазоне 10 – 2100
кГц с уровнем, программируемым в пределах
от 0 до –79,9 дБ. Преобразователь частоты
имеет фиксированную частоту 5 МГц. При
смешивании этих двух частот на выходе
преобразователя частоты образуется
сигнал в диапазоне частот 10 – 2100 кГц.
В выходном усилителе происходит усиление сигнала до необходимого уровня. Установка нужного выходного уровня от 0 до – 79,9 дБ производится с помощью последовательно соединенных программируемых аттенюаторов, которые выполнены на основе реле.
Для улучшения стабильности работы используется автоматическая регулировка усиления (АРУ).
Генератор имеет два выхода:
-несимметричный с сопротивлением 75 Ом;
-симметричный с сопротивлением 150 Ом.
Клавиатура
генератора предназначена для ручной
установки режимов и параметров выходного
сигнала генератора, а дисплей предназначен
для индикации режимов и параметров
сигнала.
Микропроцессор предназначен для контроля частоты синтезатора выходного уровня генератора, индикации параметров сигнала генератора, обслуживания клавиатуры и дисплея и программной реализации части функций КОП.
Интерфейс предназначен для подключения генератора к другим измерительным приборам через магистраль КОП.
Каталог радиолюбительских схем. ГЕНЕРАТОР ПАЧЕК ЧАСТОТ.
Каталог радиолюбительских схем. ГЕНЕРАТОР ПАЧЕК ЧАСТОТ.ГЕНЕРАТОР ПАЧЕК ЧАСТОТ.
Генератор пачек частот (ГПЧ) позволяет оперативно и визуально настраивать каналы записи и воспроизведения магнитофонов (форма генерируемой пачки частот показана на рис.1, а), измерять динамические характеристики вводимых устройств систем динамического подмагничивания (СДП) — время отклика Тзад (рис. 1,б) тока подмагничивания на увеличение уровня высокочастотных составляющих в спектре записываемого сигнала, время возврата системы к исходному состоянию после уменьшения их уровня.
С помощью обычного генератора звуковых частот определить динамические параметры СДП невозможно.
Предлагаемую конструкцию ГПЧ можно использовать для оперативной сравнительной оценки магнитных лент, для выполнения контрольной записи на магнитной ленте, которую впоследствии применять как измерительную ленту при регулировке высоты установки и угла наклона зазора магнитных головок.
ГПЧ вырабатывает на выходе две сетки частот (в зависимости от положения переключателя):
«ПЧ1» — 0,39, 1,55, 3,1, 6,2,12,5 кГц.
«ПЧ2»- 0,5; 2,0; 4,0; 8,0; 16,0 кГц.
Кроме того, генератор может формировать непрерывные синусоидальные сигналы с частотами 50, 63, 390 и 500 Гц. Максимальное выходное напряжение генерируемых колебаний — 1 В.
ГПЧ работает по принципу аппроксимации ступенчатого напряжения с синусоидальной огибающей с последующей его фильтрацией. Его принципиальная схема на рис.2.
На элементах DD1.1 иDD1.2 выполнен задающий генератор, вырабатывающий импульсную последовательность с частотой 800 кГц (переключатель 5А1 в положении “ПЧ1”), которая делится последовательно соединенными счетчиками DD2 — DD5.
Сигналы с выходов этих счетчиков поступают на входы коммутатора-мультиплексора 006. На адресные входы коммутатора поступают сигналы со старших разрядов линейки счетчиков. Таким образом, на выходе DD6 формируется последовательность сигналов, по частоте кратная двум — 12,5; 50; 100; 200 и 400 кГц.
Далее сигнал поступает на формирователь синусоидального ступенчатого напряжения, выполненного на элементах DD7 — DD10, DА1, VT2. В течение 16 периодов колебаний сигнала, поступающего на вход счетчика DD7, на выходе DА1.1 формируется положительная полуволна. ступенчатой синусоиды. В течение следующих 16 периодов другая положительная полуволна инвертируется повторителем-инвертором на элементах DD1.2, VT2. Полевой . транзистор VT2 работает в качестве электронного ключа, управляемого пятым разрядом счетчика DD7 через одиночный счетный триггер в составе счетчика DD5. Таким образом, в течение 32 тактов сигнала, поступающего на вход счетчика DD7, на выходе ОУ DA1.2 формируется один период синусоидального напряжения.
Для улучшения формы выходных сигналов служит ФНЧ второго порядка на транзисторе VT1, частота среза которого изменяется в зависимости от рода работ и принимает значения 100, 600 Гц и 20 кГц. Плавная регулировка выходного напряжения осуществляется переменным резистором R2. Частота выходного напряжения, снимаемого с движка резистора R2, в 32 раза ниже частоты сигнала, поступающего на вход счетчика DD7. В зависимости от положения переключателя SA2 сигнал на вход DD7 поступает либо с выхода мультиплексора DD6, либо с выходов линейки делителей частоты задающего генератора. Форма выходного сигнала зависит от номиналов весовых резисторов R6 — R13.
При работе генератора в режиме “ПЧ” на сигнале опорной частоты пачки (наименьшая частота заполнения пачки) просматривается ступенчатая форма, что не является недостатком ГПЧ.
Вид осциллограммы выходного сигнала ГПЧ в режиме генерации пачек (вариант “ПЧ1”).представлен на рис.1. Для большей наглядности в начале каждого цикла введен один “пустой” такт.
Формируется он подключением вывода 5 микросхемы DD6 к общей шине питания. Однако следует отметить, что из-за этого при переключениях SA2 начальная фаза сигнала в пачке будет случайной. Особой роли это не играет, но при необходимости исключить такую ситуацию, можно заполнить этот такт любой из имеющихся на входе DD6 частот, для чего нужно отсоединил вывод 5 DD6 от общей шины питания и соединить его с соответствующим выводом микросхемы DD6, например с 4.
В устройстве применены цифровые микросхемы наиболее широко распространенной и недорогой серии К155. Его можно собрать и на микросхемах других серий при сохранении функционального значения каждой конкретной микросхемы в указанных позициях. Операционные усилители тоже могут быть любыми, работающими при напряжении питания +5 и-5 В. Транзистор VT1 может быть с любым буквенным индексом, VT2 — с буквенными индексами К, Л, М.
Все резисторы МЛТ-0,125, резистор R13 составлены из двух последовательно включенных резисторов стандартного ряда номиналов (91+4,7 кОм).
Конструкционно устройство собрано на универсальной плате для монтажа цифровых микросхем (имеются площадки для установки микросхем с разведенными дорожками питания). Все электрические соединения в соответствии с принципиальной схемой выполнены тонкими одножильными монтажными проводниками. Корпус генератора склеен из листового полистирола.
Регулировка устройства сводится к подбору конденсаторов С1 и С2 таким образом, чтобы в положении “ПЧ1” переключателя SA1 частота задающего генератора равнялась 800 кГц, а в положении “ПЧ2” — 1024 кГц. При необходимости изменения сетки частот, вырабатываемых ГПЧ, это легко сделать изменением частоты задающего генератора.
Линейность синусоидальной формы выходного напряжения устанавливается подбором весовых резисторов, а максимальное выходное напряжение можно изменять в небольших пределах изменением номинала резистора R17.
Питание ГПЧ осуществлено от источника двулолярного стабилизированного напряжения.
В.КАРЛИН
г. Воронеж
| Содержание | Каталог радиолюбительских схем© Все права защищены. Радиолюбительская страница.Перепечатка разрешается только с указанием ссылки на данный сайт. Пишите нам. E-mail: [email protected] или [email protected]. | Я радиолюбитель |
Как они синхронизируют электростанции с сетью?
- по: Дженни Лист
Вероятно, в жизни каждого читателя Hackaday бывают моменты, когда вы видите что-то и понимаете, что технология, стоящая за этим, — это то, что вы всегда считали само собой разумеющимся, но никогда не задумывались, как это работает.
Где это пишется был такой момент на выходных, знакомый в день радиолюбительского поля выложил фотку трех переносных бензиновых генераторов соединенных вместе и работающих синхронно. В данном случае речь шла о новых модных генераторах со встроенной автоматической электронной синхронизацией, но оставался вопрос: как они это делают? Как сделать подключить к сети новую электростанцию и синхронизировать ее с линией? Последовал случайный поиск в Интернете, который, в свою очередь, привел к видео ниже перерыва на настольной демонстрации.
Если два источника переменного тока должны быть соединены вместе для формирования сети, они должны точно совпадать друг с другом по частоте, фазе и напряжению. Не делать этого означало бы риск возникновения чрезмерных токов между источниками, которые могли бы повредить их и сетевую инфраструктуру. Видео ниже из [BTCInstrumentation] демонстрирует в простейшей форме, как можно согласовать частоты двух генераторов переменного тока, измеряя разницу частот между ними и регулируя их скорость и, следовательно, частоту до тех пор, пока их можно будет соединить.
В видео он использует неоновые лампочки, которые мигают на разнице частот между двумя генераторами переменного тока, и демонстрирует регулировку скорости одного из них до тех пор, пока лампочки не погаснут. Затем два генератора можно соединить, и они будут работать вместе, чтобы поддерживать синхронизацию. Есть и другие видеоролики, в которых он показывает нам тот же процесс с использованием стробоскопа, затем демонстрирует синхронизацию генераторов и отклонение фазы между ними.
Конечно, работники коммунальных служб, вероятно, не тратят свое время на мигание неоновых лампочек для синхронизации своих электростанций. Те же самые измерения производятся не на глаз, а электромеханическими или электронными системами с автоматическим управлением контакторами, как в упомянутом выше причудливом электронном генераторе переменного тока. Но большинству из нас, вероятно, никогда не приходилось думать о синхронизации набора генераторов, поэтому демонстрация этого в таком простом виде должна заполнить пробел в знаниях, даже если это всего лишь праздное любопытство.
Частота электросети
Введение
Синусоида 50 Гц от сетевой розетки
Настенные розетки подают питание в виде синусоиды 230 вольт.
Частота этой синусоиды должна быть 50 герц.
Другими словами, напряжение на розетке колеблется между положительным и
отрицательно со скоростью 50 полных периодов в секунду.
(По крайней мере, так это работает в Нидерландах; многие страны используют
различные частоты и/или напряжения.)
Теперь частота синусоиды всегда ровно 50 Гц или
только приблизительно?
Насколько велики вариации?
Существуют часы, так называемые синхронные часы , которые подсчитывают изменения напряжения для определения течения времени.
Достаточно ли точна частота сети, чтобы такие часы работали правильно?
Время для измерения!
Измерительная установка
Схема измерительной цепи
Я использовал Arduino для измерения частоты синусоиды от сетевой розетки.
Чтобы не работать с опасным высоким напряжением, я использовал трансформатор от старой галогеновой лампы.
Трансформатор подключается к настенной розетке, а низковольтная сторона трансформатора подключается к Arduino через сеть резисторов.
Arduino измеряет синусоиду со скоростью около 4386 выборок в секунду.
Всякий раз, когда он обнаруживает нарастающий фронт пересечения нуля в синусоидальной волне, он отправляет метку времени на ПК.
Для измерения частоты сигнала необходимы какие-то эталонные часы. Arduino имеет встроенный кристалл часов, но я не был уверен в его точности. Поэтому я решил использовать GPS-приемник в качестве опорных часов. Он генерирует импульс в секунду (PPS) с очень высокой точностью. Приемник GPS подключается к Arduino с помощью отличного GPS-шилда Леди Ады. Когда Arduino обнаруживает импульс времени от приемника GPS, он отправляет метку времени со своих встроенных часов на ПК. Программное обеспечение на ПК использует эти временные метки для обнаружения изменений в частоте часов платы Arduino.
Скетч Arduino доступен здесь: netfreq.pde
Сигнал GPS недостаточно силен для приема в помещении, если только приемник не находится очень близко к окну, поэтому я установил тестовую установку на подоконнике. Я дал ему поработать 8 дней, записывая данные в файл на ПК.
Результаты
| Измерение | 192 часа = 8 дней 6 августа 00:00 до 13 августа 23:59 CEST 2010 |
|---|---|
| Средняя частота (8 дней) | 49,999943 Гц |
| Стандартное отклонение | 0,0185 Гц |
| Средняя частота за 24 часа | 49,990 — 50,005 Гц |
| Отклонение времени | ± 16,843 секунды |
Средняя частота на самом деле выглядит неплохо: 49,99994 Гц всего лишь на 1 миллионную долю меньше, чем 50 Гц.
Однако обратите внимание, что это среднее значение за все 8-дневное измерение.
Другая цифра возникает, когда мы смотрим на средние значения за 24 часа.
Выяснилось, что средняя частота сильно меняется изо дня в день.
Изменение частоты влияет на синхронные часы. В одни дни часы идут слишком быстро, в другие — слишком медленно. Хотя отклонение частоты невелико, его влияние со временем нарастает. Синхронные часы отклонились бы от реального времени на 16 секунд в течение 8-дневного измерения.
На графике мгновенной частоты есть три пика. В этих точках частота сетки подскакивала почти до 100 Гц всего за один период синусоиды. Я не понимаю, что там произошло.
Поскольку существует связь между частотой сети и балансом нагрузки (см. ниже), я подумал, что может быть связь и с напряжением. Однако график разброса напряжения в зависимости от частоты не выявляет закономерности. Это просто похоже на типичную каплю Роршаха.
Что здесь происходит
Небольшое справочное чтение помогает прояснить эти результаты.
Спрос и предложение электроэнергии всегда должны находиться в равновесии. Это делается с помощью механизма, называемого регулирование скорости снижения . Генераторы электроэнергии в сети синхронны, т.е. работают на одной частоте. Когда спрос на мощность увеличивается, генераторы в сети немного замедляются, и частота снижается. Это обнаруживается на электростанциях, и для компенсации увеличивается производство генераторов. В результате частота сети поддерживается близкой к 50 Гц, и в то же время производство электроэнергии поддерживается в балансе со спросом на электроэнергию. Более подробное объяснение можно найти в этой статье о принципах энергосистемы.
Дело в том, что частота сети зависит от баланса между спросом и предложением. Хотя операторы сети поддерживают мгновенную частоту близкой к 50 Гц, они даже не пытаются поддерживать среднюю частоту на уровне 50 Гц. Основной целью управления частотой является балансировка нагрузки, а не сохранение времени.
На самом деле существует дополнительный контур управления для поддержания долгосрочной средней частоты сети на уровне 50 Гц.
Однако этот контур управления действует гораздо медленнее, чем описанный выше первичный механизм управления.
Он поддерживает синхронные часы в пределах 30 секунд от UTC.
Подробности этого механизма можно найти на сайте ENTSOE (для европейской сети).
Заключение
Частота электросети составляет всего около 50 Гц. Хотя долгосрочная средняя частота очень близка к 50 Гц, существуют значительные ежедневные колебания.
Изменения частоты оказывают заметное влияние на синхронные часы. Синхронные часы могут отставать от реального времени на 30 секунд или опережать его. Хотя это может быть приемлемо для типичного бытового применения, это не очень хороший стиль. Синхронные часы не должны использоваться для точного хронометража.
Ссылки
- Он-лайн частотомер для энергосистемы Великобритании.
- Принципы энергосистемы: статья Джона С. Денкера о балансировке частоты и нагрузки в электросети США.
- Точность и стабильность частоты сети 50 Гц: аналогичное исследование частоты сети, но выполненное в течение гораздо более длительного периода времени.
