4. Oscilátory

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání
Oscilátor je systém nebo zařízení schopné kmitavého pohybu které se periodicky opakují. Oscilátory mohou být mechanické i elektrické a dělí se na harmonické(průběh kmitu charakterizován sinusoidou), relaxační( s nesouměrným tvarem kmitů) a další.
Kyvadlosinusovka.gif

Obsah

Podmínky oscilace

Schémaoscilátor.JPEG
Podmínkyoscilací.JPEG


Amplitudová a fázová podmínka


Harmonický oscilátor

Nabijeme kondenzátor, ten se stává zdrojem elektrické energie, vybíjí se přes
Oscilační LC obvod v oscilátoru

cívku, kolem které průchodem elektrického proudu vznikne magnetické pole, v cívce se indukuje proud a stává se zdrojem elektrické energie, nabíjí kondenzátor, a děj se pořád opakuje- přelévání energie mezi cívkou a kondenzátorem. Aby obvod rezonoval, musí být impedance cívky a odporu totožné .Kvůli ztrátám takto vznikají tlumené kmity. Pro vznik netlumených kmitů musíme nahradit ztracenou energii vnějším zdrojem. Pro výpočet rezonanční frekvence platí Thomsonův vztah.

Thomson1.png
Thomson2.png

Zpětnovazební oscilátor

( Schémaoscilátor.JPEG ) V případě zpětnovazebních oscilátorů jsou ztráty v rezonančním obvodu nahrazovány zesilovačem s kladnou zpětnou vazbou. Proto se každý zpětnovazební oscilátor zkládá ze 2 zákl. částí.

A) Zesilovač – je realizován vhodným aktivním čtyřpólem (tranzistory, operační zesilovače…) B) Řídící obvod - je realizován buď pasivním 4pólem (podle typu oscilátoru obsahuje obvod RC nebo LC) nebo krystalem a svými vlastnostmi určuje frekvenci generovaného napětí.


Zpětnovazební oscilátor bude kmitat za splnění podmínek

1) Amplitudová podmínka vzniku oscilací :

Oscilátor muže kmitat pouze tehdy, jestli pokles zesílení vyrovná zpětnovazební článek, tedy je-li splněn určitý vztah mezi napěťovým zesílením signálu Au a mezi napěťovým přenosem zpětnovazebního bloku β → (co se utlumí ve frekvenčně závislém prvku, to musí dohnat zesilovač) Z toho platí vztah:

|βA|=1


2) Fázová podmínka vzniku oscilací:

Kmitání bude konstantní tehdy, je-li výstupní napětí ve fázi vstupního napětí, tato podmínka je vyjádřena rovnicí:

φ=0+2κπ

Pokud nebudou splněny podmínky oscilací, oscilátor nebude mít symetrické kmity a signál bude postupně ztrácet na intenzitě a nakonec se vytratí nebo naopak bude až příliš zesilován a zdeformován na špičkách amplitudy napájecím napětím zesilovače.

βA<1

BA=menší než 1

βA>1

BA=větší než 1

RC Oscilátory

Oscilátory s rezonančním LC jsou výhodnější pro vyšší frekvence. Pro velmi nízké frekvence však tyto oscilátory nejsou vhodné, protože bychom museli použít vysoce indukční cívku vzhledem k činiteli jakosti Q rezonančního obvodu. Proto pro nízké frekvence od zlomku Hz až do několika stovek kHz používají RC oscilátory.

RC Oscilátory s posouvanou fází

tyto oscilátory vznikají spojením zesilovače a kaskády tří nebo více jednoduchých RC členů. Ty jsou zapojeny jako derivační nebo integrační články. RC členy musí otočit fázi signálu tak, aby bylo po zavedení zpětné vazby výsledný posuv nulový.

Inte deri clanek.png

Realizace RC oscilátoru s posouvanou fází(integrační článek/dolní propust)

9898.png

Můstkové RC Oscilátory

Základní zapojení je tvořeno operačním zesilovačem a dvěma zpětnovazebními větvemi. Větev záporné zpětné vazby obsahuje odporovou síť( červeně) a větev kladné zpětné vazby obsahuje pásmovou propust(Zeleně) tvořenou Wiennovým článkem

Wienna RC osc.png
Wiennův článek je sérioparalelní kombinace dvou stejných odporů a kondenzátorů. Toto zapojení má na kmitočtu f0 největší přenos rovný jedné třetině a na tomto kmitočtu neposouvá fázi výstupního napětí
Wienna clanek.png

Krystalové oscilátory

Vyznačují se vysokou frekvenční stabilitou. Jako řídící prvek se používá piezoelektrický rezonátor/krystal. Ten je vyroben výbrusem v přesně stanovených řezech z monokrystalu křemene např. Ve tvaru destičky nebo hranolu, kde jsou na protilehlé strany napařeny kovové elektrody.

Krystal osc.png


Využívá se zde Piezoelektrického jevu, při kterém v důsledku mech. namáhání materiálu vzniká na jeho stěnách elektrické napětí. Opatřím-li tyto krystaly elektrodami, můžu na nich snímat napětí rovno velikosti mechanického namáhání. Pokud přivedu napětí na krystal, dochází k jeho mechanické deformaci. Je-li na krystal přivedeno vysokofrekvenční napětí, jsou v celém jeho objemu vybuzeny mechanické kmity a krystal se na venek jeví jako selektivní obvod o jedné určité frekvenci. Elektrické vlastnosti krystalu si mužeme představit takto:

R- představuje mechanické ztráty v krystalu (charakterizuje tlumení),L-Ekvivalent krystalové hmoty C- Ekvivalent pružnosti krystalu. Na obrázku je realizace jak je elektricky vnímán selektivní obvod krystalu. Elektrické náhradní schéma tvoří sériový rezonanční obvod s velkou indukčností, malou kapacitou a odporem, který vyjadřuje tlumení kmitů a paralelně je k tomuto obvodu připojena kapacita elektrod.


Krystal schema.png
Krystal vydlicka.png

Křemík byl vyřezán do tvaru (úderové ladičky) za účelem upravení jeho mechanických a tedy jeho rezonančních vlastností.

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje