Elektronika

Maturitní otázky

SINUSOVÉ LC OSCILÁTORY

46.SINUSOVÉ LC OSCILÁTORY

Obecně jsou oscilátory všechna zařízení, která vytvářejí periodicky proměnné průběhy fyzikálních veličin. Oscilátory LC jsou určeny hlavně pro výrobu vf signálů.

Po zavedení elektrické energie do obvodu LC se tento obvod rozkmitá na svém rezonančním kmitočtu. Pokud by byly součástky ideální, pak by tyto kmity byly netlumené a kondenzátor s cívkou by si do neustále předávaly svou energii. Protože se však jedná o reálné součástky L a C, které vykazují určité ztráty, kmitají kmity tlumenými.

Obr. 1. Paralelní rezonanční obvod, tlumené kmity, netlumené kmity

K udržení oscilací je proto zapotřebí zajistit stálou dodávku energie, která bude kmity udržovat. K tomu slouží aktivní součástka připojená k obvodu LC. Podle typu aktivní součástky a způsobu zapojení rozlišujeme dvoupólové oscilátory využívající prvku se záporným diferenciálním odporem a zpětnovazební oscilátory.

U dvoupólových oscilátorů využíváme součástek se záporným diferenciálním odporem – tunelová dioda, tetroda, apod. Každý obvod LC můžeme charakterizovat rezonančním kmitočtem f₀ a činitelem jakosti Q = w₀ L / R_s = R_p / w₀ L. Tento činitel udává, jak rychle doznívají vlastní kmity obvodu po vybuzení vhodným impulsem. Připojíme-li k takovému obvodu aktivní součástku se záporným diferenciálním odporem, bude se jím kompenzovat ztrátový odpor obvodu LC a tím se bude zvětšovat jeho činitel jakosti. Výsledný reálný odpor může být dokonce záporný, pak bude činitel Q rovněž záporný a amplituda kmitů bude stoupat. Nebude se tak však dít do nekonečna, neboť součástky vykazující záporný diferenciální odpor ho vykazují pouze v určité pracovní oblasti.

Obr. 2. Oscilátor s tunelovou diodou

V případě zpětnovazebních oscilátorů jsou ztráty obvodu LC hrazeny prostřednictvím zesilovače s kladnou zpětnou vazbou.

Obr. 3. Zesilovač se zpětnou vazbou

                Zpětnovazební oscilátor bude oscilovat pouze za určitých podmínek a těmi jsou

                  tj. tzv. amplitudová podmínka oscilací

a

                tj. tzv. fázová podmínka oscilací

Jako příklad zpětnovazebního oscilátoru zde uvedeme Meisnerovo zapojení.

Obr. 4. Meisnerův oscilátor se společným emitorem

Zpětnovazební člen b je tvořen laděným obvodem L_CC v kolektoru tranzistoru induktivně vázaným s vinutím v bázi L_B. Smysl vinutí vyznačený tečkami je volen tak, aby napětí v bodě 2 a v bodě 3 měla navzájem opačnou fázi a byla tedy při zapojení SE splněna fázová podmínka oscilací.

Činitel zpětné vazby b

Pro přenos zesilovače platí

kde Z je v našem případě impedance rezonančního obvodu, takže

Fázová podmínka oscilací bude splněna na kmitočtu, při kterém jsou napětí v bodech 2 a 3 otočena právě o 180°. Tímto kmitočtem je rezonanční kmitočet obvodu LC, při němž je poměrné rozladění F=0 a tedy přenos

Dosazením tak získáváme amplitudovou podmínku oscilací pro tento konkrétní popisovaný obvod

Často se můžeme setkat s tříbodovými zapojeními oscilátorů. Tyto oscilátory mají buď indukční nebo kapacitní větev rezonančního obvodu upravenou jako dělič, který je ve třech bodech připojen k zesilovači.

Obr. 5. Zapojení obvodu LC u Hartleyova a Colpittsova oscilátoru (tříbodová zapojení)

Jednoduché, spolehlivé, až do set MHz, malá stálost na velmi vysokých kmitočtech.