Oszcillátorok működési elve és felépítése:
Az oszcillátorok vagy rezgéskeltők olyan elektronikus áramkörök, amelyek egyenáramú energiát felhasználva csillapítatlan periodikus elektromos feszültséget vagy áramot állítanak elő. Az előállított periodikus jel alakja lehet: nem szinuszos, összetett, nagy felharmonikus tartalmú jel; szinuszos időbeli lefolyású.
A szinuszos elektromos rezgéseket előállító áramköröket harmonikus, vagy szinuszos oszcillátoroknak nevezzük. Bármilyen oszcillátornál szükség van egy frekvencia-meghatározó elemre, amely megszabja az előállított rezgés frekvenciáját és a frekvencia időbeli stabilitását. Ha egy feltöltött kondenzátor energiája egy induktivitáson keresztül kisül, csillapított elekt-romos rezgések keletkeznek, amelyek frekvenciája:.
A rezgőkör energiatartalma a veszteségek következtében folyamatosan csökken. A rez-gések fenntartása csak úgy lehetséges, ha a rezgőkör egy aktív elem áramkörébe kerül, amely képes a veszteségek kompenzálására: negatív ellenállású karakterisztika-szakasszal rendelke-ző elem alkalmazásával; pozitív visszacsatolással ellátott erősítő felhasználásával.
Oszcillátorok működési elve és felépítése:
Pozitív visszacsatolás esetén egy erősítő eredő erősítése növekszik a visszacsatolás-mentes állapothoz képest:, ahol az Au az eredeti erősítő erősítése és Auv a visszacsatolt rend-szer erősítése. Ha a hurokerősítés értéke megközelíti az egyet (, az erősítés nagysága az előbbi összefüggés szerint végtelen nagy értékűvé válik. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a vissza-csatolt erősítő a érték elérésekor bemeneti jel nélkül is szolgáltat kimeneti jelet.
LC oszcillátorok:
Az LC oszcillátorok frekvencia-meghatározó eleme egy LC-kör; a rezgőkör csillapítá-sának kompenzálását egy erősítő biztosítja. Az LC oszcillátorokat főleg magas frekvenciás tartományokban alkalmazzák, mivel alacsony frekvencián a szükséges kapacitások és induk-tivitások nagyon nagyok. A nagy jósági tényezőjű rezgőkörök a nagyfrekvenciás technikában könnyen megvalósíthatók. Ebben az esetben a rezgőkör feszültsége igen szélsőséges működé-si feltételek mellett is szinuszos.
Meissner-oszcillátor: jellegzetessége, hogy transzformátoros visszacsatolással működik, és a frekvencia-meghatározó elem a primer tekercsel párhuzamosan kapcsolt kondenzátorral kialakított rezgőkör. A rezgőkört alkotó L tekercs és C kondenzátor képviseli a váltakozó áramú munkaellenállást. A maximális kimeneti feszültség, a tranzisztor kollektorán rezonan-ciafrekvencián lép fel:.
A pozitív visszacsatolás megvalósítására a kimeneti feszültség egy bizonyos részét az L2 tekercsel lecsatolják, és az RV, CV soros tagon keresztül visszavezetik a tranzisztor bázisára. A visszacsatolási tényezőt a visszacsatoló tekercs (L2) és a rezgőköri tekercs (L) menetszámará-nyával, a csatolás nagyságával és az RV ellenállás változtatásával állíthatjuk be.
Hartley-oszcillátor: a közös emitteres kapcsolásban működő, bipoláris tranzisztorból épül fel. Az oszcillátor különlegessége, hogy a rezgőkörhöz a tekercs három ponton kapcso-lódik. A rezgőkör induktivitását megosztva alakítunk ki harmadik csatlakozási pontot. Az L és C elemekből álló rezgőkör határozza meg a rezonanciafrekvenciát és az oszcillátor kimene-ti feszültségének a frekvenciáját.
Colpitts-oszcillátor: a pozitív visszacsatolás nagyságát kapacitív feszültségosztó hatá-rozza meg. A visszacsatolás annál nagyobb, minél nagyobb Cb, Ca-hoz viszonyítva. A hango-lókapacitás értéke:.
RC oszcillátorok:
Kisfrekvenciás tartományban olyan oszcillátorokat alkalmaznak, amelyekben RC háló-zatok határozzák meg a rezgési frekvenciát, kiküszöbölve a nagy értékű és mértékű induktivi-tásokat. Előnyük az LC oszcillátorokhoz viszonyítva, hogy sokkal szélesebb frekvenciatarto-mányt képesek lefedni egy adott Cmax/Cmin arány esetén.
Fázistolós RC oszcillátor: a berezgés fázisfeltételét, vagyis a 180°-os fáziseltolást há-rom RC tag hozza létre egy bizonyos frekvencián. Ahhoz, hogy a berezgés bekövetkezzen, a csillapítást erősítéssel kell ellensúlyozni, méghozzá akkora erősítéssel, mint amekkora a csil-lapítás. Az oszcilláció frekvenciája olyan értékű lesz, amelynél az RC tagokból álló lánc pon-tosan 180°-os fázist fordít.
A berezgési frekvencia értéke három, azonos elemekből álló (), fázistoló láncnál:.
Mindkét kapcsolás a kapu ill. a bázis-karakterisztika görbültségét használja fela kimene-ti jelszint szabályozására.
Bipoláris tranzisztorral Térvezérlésű tranzisztorral
Wien-hidas RC oszcillátor: a híd kimeneti feszültsége rezonanciafrekvencián nulla. Eb-ben az esetben a Wien-híd nem használható visszacsatoló hálózatként, mivel az erősítő beme-netére nem jut feszültség. Az oszcillátoroknál ezért a Wien-hidat kismértékben kiegyenlítet-lenné teszik és az R3, R4 frekvenciafüggetlen osztó megválasztásával az erősítő bemenetére jutó jel szabályozható. Ha a frekvenciafüggetlen osztó osztásarányát a kimeneti jelszinttől függővé tesszük, hatékony szintszabályozás valósítható meg.
A pozitív visszacsatolást a Wien-híd R1C1, R2C2 elemeivel valósítják meg, amelyek a rezgési frekvenciát is meghatározzák. A negatív visszacsatoló hálózat feladata a rezgési amp-litúdó határolása és stabilizálása. Az itt található R4 változtatható ellenállástól függ a létreho-zott rezgések amplitúdójának nagysága. Ha R1=R2=R és C1=C2=C, a kapcsolás rezgési frek-venciája a következő összefüggéssel határozható meg:. A berezgési feltétel akkor teljesül, amikor:. Az oszcillátor rezgési frekvenciáját folyamatosan tudjuk változtatni egy kettős po-tenciométer alkalmazásával, vagy a fokozatokban a C1 és C2 kapacitások értékének átkapcso-lásával.
Az oszcillátorok vagy rezgéskeltők olyan elektronikus áramkörök, amelyek egyenáramú energiát felhasználva csillapítatlan periodikus elektromos feszültséget vagy áramot állítanak elő. Az előállított periodikus jel alakja lehet: nem szinuszos, összetett, nagy felharmonikus tartalmú jel; szinuszos időbeli lefolyású.
A szinuszos elektromos rezgéseket előállító áramköröket harmonikus, vagy szinuszos oszcillátoroknak nevezzük. Bármilyen oszcillátornál szükség van egy frekvencia-meghatározó elemre, amely megszabja az előállított rezgés frekvenciáját és a frekvencia időbeli stabilitását. Ha egy feltöltött kondenzátor energiája egy induktivitáson keresztül kisül, csillapított elekt-romos rezgések keletkeznek, amelyek frekvenciája:.
A rezgőkör energiatartalma a veszteségek következtében folyamatosan csökken. A rez-gések fenntartása csak úgy lehetséges, ha a rezgőkör egy aktív elem áramkörébe kerül, amely képes a veszteségek kompenzálására: negatív ellenállású karakterisztika-szakasszal rendelke-ző elem alkalmazásával; pozitív visszacsatolással ellátott erősítő felhasználásával.
Oszcillátorok működési elve és felépítése:
Pozitív visszacsatolás esetén egy erősítő eredő erősítése növekszik a visszacsatolás-mentes állapothoz képest:, ahol az Au az eredeti erősítő erősítése és Auv a visszacsatolt rend-szer erősítése. Ha a hurokerősítés értéke megközelíti az egyet (, az erősítés nagysága az előbbi összefüggés szerint végtelen nagy értékűvé válik. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a vissza-csatolt erősítő a érték elérésekor bemeneti jel nélkül is szolgáltat kimeneti jelet.
LC oszcillátorok:
Az LC oszcillátorok frekvencia-meghatározó eleme egy LC-kör; a rezgőkör csillapítá-sának kompenzálását egy erősítő biztosítja. Az LC oszcillátorokat főleg magas frekvenciás tartományokban alkalmazzák, mivel alacsony frekvencián a szükséges kapacitások és induk-tivitások nagyon nagyok. A nagy jósági tényezőjű rezgőkörök a nagyfrekvenciás technikában könnyen megvalósíthatók. Ebben az esetben a rezgőkör feszültsége igen szélsőséges működé-si feltételek mellett is szinuszos.
Meissner-oszcillátor: jellegzetessége, hogy transzformátoros visszacsatolással működik, és a frekvencia-meghatározó elem a primer tekercsel párhuzamosan kapcsolt kondenzátorral kialakított rezgőkör. A rezgőkört alkotó L tekercs és C kondenzátor képviseli a váltakozó áramú munkaellenállást. A maximális kimeneti feszültség, a tranzisztor kollektorán rezonan-ciafrekvencián lép fel:.
A pozitív visszacsatolás megvalósítására a kimeneti feszültség egy bizonyos részét az L2 tekercsel lecsatolják, és az RV, CV soros tagon keresztül visszavezetik a tranzisztor bázisára. A visszacsatolási tényezőt a visszacsatoló tekercs (L2) és a rezgőköri tekercs (L) menetszámará-nyával, a csatolás nagyságával és az RV ellenállás változtatásával állíthatjuk be.
Hartley-oszcillátor: a közös emitteres kapcsolásban működő, bipoláris tranzisztorból épül fel. Az oszcillátor különlegessége, hogy a rezgőkörhöz a tekercs három ponton kapcso-lódik. A rezgőkör induktivitását megosztva alakítunk ki harmadik csatlakozási pontot. Az L és C elemekből álló rezgőkör határozza meg a rezonanciafrekvenciát és az oszcillátor kimene-ti feszültségének a frekvenciáját.
Colpitts-oszcillátor: a pozitív visszacsatolás nagyságát kapacitív feszültségosztó hatá-rozza meg. A visszacsatolás annál nagyobb, minél nagyobb Cb, Ca-hoz viszonyítva. A hango-lókapacitás értéke:.
RC oszcillátorok:
Kisfrekvenciás tartományban olyan oszcillátorokat alkalmaznak, amelyekben RC háló-zatok határozzák meg a rezgési frekvenciát, kiküszöbölve a nagy értékű és mértékű induktivi-tásokat. Előnyük az LC oszcillátorokhoz viszonyítva, hogy sokkal szélesebb frekvenciatarto-mányt képesek lefedni egy adott Cmax/Cmin arány esetén.
Fázistolós RC oszcillátor: a berezgés fázisfeltételét, vagyis a 180°-os fáziseltolást há-rom RC tag hozza létre egy bizonyos frekvencián. Ahhoz, hogy a berezgés bekövetkezzen, a csillapítást erősítéssel kell ellensúlyozni, méghozzá akkora erősítéssel, mint amekkora a csil-lapítás. Az oszcilláció frekvenciája olyan értékű lesz, amelynél az RC tagokból álló lánc pon-tosan 180°-os fázist fordít.
A berezgési frekvencia értéke három, azonos elemekből álló (), fázistoló láncnál:.
Mindkét kapcsolás a kapu ill. a bázis-karakterisztika görbültségét használja fela kimene-ti jelszint szabályozására.
Bipoláris tranzisztorral Térvezérlésű tranzisztorral
Wien-hidas RC oszcillátor: a híd kimeneti feszültsége rezonanciafrekvencián nulla. Eb-ben az esetben a Wien-híd nem használható visszacsatoló hálózatként, mivel az erősítő beme-netére nem jut feszültség. Az oszcillátoroknál ezért a Wien-hidat kismértékben kiegyenlítet-lenné teszik és az R3, R4 frekvenciafüggetlen osztó megválasztásával az erősítő bemenetére jutó jel szabályozható. Ha a frekvenciafüggetlen osztó osztásarányát a kimeneti jelszinttől függővé tesszük, hatékony szintszabályozás valósítható meg.
A pozitív visszacsatolást a Wien-híd R1C1, R2C2 elemeivel valósítják meg, amelyek a rezgési frekvenciát is meghatározzák. A negatív visszacsatoló hálózat feladata a rezgési amp-litúdó határolása és stabilizálása. Az itt található R4 változtatható ellenállástól függ a létreho-zott rezgések amplitúdójának nagysága. Ha R1=R2=R és C1=C2=C, a kapcsolás rezgési frek-venciája a következő összefüggéssel határozható meg:. A berezgési feltétel akkor teljesül, amikor:. Az oszcillátor rezgési frekvenciáját folyamatosan tudjuk változtatni egy kettős po-tenciométer alkalmazásával, vagy a fokozatokban a C1 és C2 kapacitások értékének átkapcso-lásával.
Megjegyzés küldése