OSCILATORJI

Sinusno ali nesinusno napetost od nizkih do visokih frekvenc pridobivamo s posebnimi generatorji. Od njih zahtevamo:

  1. Čim manjša harmonična popačenja,
  2. stabilnost frekvence,
  3. stabilna izhodna napetost.

Generatorje, ki zagotavljajo te pogoje izpolnjujo vezja, ki se imenujejo oscilatorji.

Oscilator je vezje, ki ima sposobnost, da enosmerno napetost izvora napajanja pretvori v izmenièno napetost doloèene frekvence.

 

Delitev oscilatorjev:

HARMONSKI (izhodni signal sinusne oblike)

oscilatorji s pozitivno povratno vezavo

oscilatorji z uporabo negativne upornosti (uporaba tunelske diode)

RELAKSACIJSKI (izhodni signal trikotne ali pravokotne oblike)

multivibratirji in integratorji

 

Delitev oscilatorjev glede na frekvenco izhodnega signala:

nizkofrekvenčne

RC oscilatorje (20Hz-20kHz)

mostične (Wienov mostič)

oscilatorje z RC(RL) povratnimi vezji

Utripne (akustično območje frekvenc 20Hz-100kHz)

Elektromehanske

osc. z glasbenimi vilicam

magnetostrikcijski oscilator

LC oscilatorje

oscilatorji s transformatorskim sklopom

oscilatorji s p četveropolom

Hartleyev osc. (L1,L2,C)

Colpittsov osc. (C1,C2,L)

visokofrekvenčne (Visoko frekvenčni oscilatorji se uporabljajo za frekvence nad 300MHz.)

klistroni

magnetroni

cevi na potujoče valove

V posebno skupino spadajo kristalni oscilatorji, pri katerih izkoriščamo pojav piezo-električnosti. Če kristal mehansko niha, se pojavi na dveh vzporednih ploskvah napetost. Pojav je recipročen. Če priključimo na dve ploskvi napetost, kristal zaniha. Uporabljajo se do frekvenc 50Mhz, z izkoriščanjem višje harmonskih frekvenc kristala pa tudi do 200Mhz.

 

Nizkofrekvenčni oscilatorji

 

RC oscilatorji

 

MOSTIČNI OSCILATOR:

V vodu povratne vezave je Wienov most. Izhodna napetost je v fazi z vhodno samo pri eni frekvenci.

Pogoj nihanja: .

RC oscilator z mostičem

Od napetostnega ojačanja zavisi razmerje uporov R1 : R2. Pri idealnem operacijskem ojačevalniku je in lahko zapišemo:

.

Frekvenco spreminjamo s kapacitivnostjo:

OSCILATOR Z RC (RL) POVRATNIM VEZJEM:

V vodu povratne vezave so trije RC členi (RL izvedba v praksi ne pride v uporabo - je predraga). Vsak doprinese 600 faznega zasuka - skupaj 1800.

Oscilator niha s frekvenco :

LEVI: DESNI: .

 

LC oscilatorji

Uporaba:

Na radijskih frekvenčnih območjih od 100kHz do 300MHz (amplitudna modulacija), kjer konča področje VHF. Najstarejši med njimi je Meissnerjev oscilator ali oscilator s transformatorskim sklopom.

Princip delovanja:

Fazni zasuk 1800 preskrbi transformator. Da se doseže ta zasul le pri eni frekvenci, predstavlja eno od navitij induktivnost vzporednega nihajnega kroga. Glede na lego nihajnega kroga ločimo dve izvedbi:

a)osc. z resonančnim krogom v kolektorski veji

b)osc. z resonančnim krogom v bazni veji:

a) b)

Frekvenca nihanja:

 

Oscilator s p četveropolom

Uporaba:

Na področju kratkih in ultrakratkih valov.

Blokovna shema:

Princip delovanja:

Četveropol A vsebuje ojačevalni element, četveropol B pa 3 pasivne frekvenčno odvisne elemente. Ohmske upornosti ne pridejo v upoštev, ker ne morejo obračati faze in po nepotrebnem trošijo moč. Četveropol B ustvari fazni zasuk 1800. Reaktančno vezje v obliki četveropola p je najenostavnejše vezje, ki še lahko obrne fazo za 1800.

Možni sta dve konfiguraciji vezja p :

 

a)Hartleyev oscilator: b)Colpittsov oscilator:

M - medsebojna induktivnost

 

Stabilnost oscilatorjev

Stabilnost amplitude

Stabiliziramo jo lahko:

-s spreminjanjem ojačenja s temperaturno odvisnimi upori

-z nelinearnostjo aktivnih elementov

-s pomočjo amplitudnega detektorja.

 

Stabilnost frekvence

S stabilnostjo frekvence je določena točnost oscilatorjev (pri laboratorijskih je dovolj +/- 1%). Pri oddajnikih pa je problem spreminjanja frekvence velik zaradi medsebojnih motenj. Relativno odstopanje frekvenc na področju VHF - FM je lahko: !

Najvažnejši faktorji, ki vplivajo na stabilnost oziroma točnost frekvence oscilatorja so naslednji:

-Sprememba temperature vpliva na nelinearni element in na elemente, ki določajo frekvenco nihajnega kroga - problem rešimo z izbiro ustreznih temperaturnih koeficientov pri L in C.

-Nihanje napajalnih napetosti vpliva na parametre nelinearnega elementa - spremeni se delovna točka in s tem ojačenje. Napajalne napetosti moramo stabilizirati, da odpravimo ta problem.

-Sprememba vlažnosti in pritiska zraka vplivata na kondenzatorje (sprememba permeabilnosti zraka zaradi spremembe pritiska in sprememba prevodnosti zaradi vlažnosti). Vezje je potrebno hermetično zapret.

-Vibracije lahko močno vplivajo na točnost frekvence - oddajnike na vozilih in plovilih je potrebno amortizirati proti vibracijam.

1.Vpliv kvalitete nihajnih krogov:

Čim višja je kvaliteta nihajnih krogov oscilatorja, tem večja je njegova stabilnost.

2.Vpliv bremena:

Obremenitev oscilatorja vpliva na kvaliteto elementov, ki določajo frekvenco. Med oscilator in breme damo ločilno stopnjo (emitorski sledilnik).

3.Majhna moč oscilatorja je pogoj za boljšo stabilnost (moč lahko ojačimo po potrebi v posebni stopnji).

4.Racionalna konstrukcija lahko vpliva močno na stabilnost frekvence.

Kristalni oscilatorji

Sam kristal predstavlja zaporedni nihajni krog z majhno upornostjo R.

Nadomestna električna shema kristala in diagram impedance v odvisnosti od frekvence:

Kvaliteta Q kremenovega kristala je zelo velika (od nekaj 1000 do 105).

Ima dve resonanci - serijsko in paralelno:

, ;

Frekvence: od nekaj kHz do 50MHz, če pa izkoriščamo višje harmonike pa do 200MHz. Izkoriščamo obe resonanci.

a)v Clappovem oscilatorju lahko nadomesti zaporedni nihajni krog

b)kristal je v povratni vezavi - paralelna resonanca

 

VCO – oscilatorji ( Voltage Controlled Oscillate)

Napetostno kontrolirani oscilator ima namesto spremenljivega kondenzatorja vezano kapacitivno diodo. S spreminjanjem napetosti na diodi spreminjamo njeno kapacitivnost in s tem frekvenco nihanja oscilatorja. VCO oscilatorje uporabljamo v regulacijskih zankah kjer z regulacijsko napetostjo spreminjamo frekvenco ( nastavitev kanalov pri TV sprejemniku ).