Główna O
nas Kontakt Projekty Timer
NE555 ST6 Realizer Historia
Linki
Materiały udostępnione przez
Generatory - generatory LC
W drugiej części artykułu o generatorach zajmiemy się generatorami LC. Generatory
sinusoidalne LC są zbudowane ze wzmacniacza odwracającego fazę objętego
pętlą sprzężenia zwrotnego zawierającego obwód rezonansowy LC, którego
zadaniem jest przesunięcie fazy o dalsze 180° (czyli w sumie o 360°, a więc
sprzężenie jest dodatnie) tylko dla wybranej częstotliwości, określonej
parametrami tego obwodu. Spełnienie warunku fazy i amplitudy można osiągnąć
przez odpowiedni podział reaktancji obwodu LC lub za pomocą sprzężenia
transformatorowego. Ze względu na rozwiązanie umożliwiające spełnienie
warunku fazy i amplitudy rozróżnia się następujące podstawowe układy
generatorów LC: Na
rysunku powyżej przedstawione są schematy blokowe podstawowych układów
generatorów LC. Na rysunku a jest schemat generatora z dzieloną
indukcyjnością - układ Hartleya. Na rysunku b jest schemat generatora
z dzieloną pojemnością - układ Colpittsa. Na rysunku c jest schemat
generatora ze sprzężeniem transformatorowym - układ Meissnera - strojony w
obwodzie wyjściowym, a na rysunku d - strojony w obwodzie wejściowym.
Generatory LC są stosowane do generowania przebiegów o częstości większej
od kilkudziesięciu kiloherców. Przy mniejszych częstotliwości wymagana
bowiem zbyt duża wartość indukcyjności L obwodu rezonansowego. Trudno
wówczas uzyskać dużą dobroć obwodu, a wymiary cewek są zbyt duże.
Na poniższym rysunku jest pokazany generator Hartleya w konfiguracji WE.
Generator
ten jest zbudowany z jednostopniowego wzmacniacza pracującego w konfiguracji WE
z pętlą sprzężenia zwrotnego zawierającą obwód rezonansowy L, C1,
w którym indukcyjność L jest podzielona na dwie części L1
i L2 (stąd jego nazwa - generator z dzieloną indukcyjnością),
ze środkowym odczepem (wspólnym dla L1 i L2)
dołączonym do masy. Obwód taki przy częstotliwości rezonansowej: przesuwa
w węźle A fazę napięcia wyjściowego wzmacniacza o 180°, zapewniając
tym samym spełnienie warunku fazy, gdyż przesunięcie fazy w samym wzmacniaczu
wynosi również 180°. Wartość sygnału sprzężenia zwrotnego pobieranego z
indukcyjności L1 zależy od współczynnika podziału
indukcyjności L (stosunku L1/L2) i musi być
dobrana tak, aby przy danym wzmocnieniu wzmacniacza był spełniony warunek
amplitudy. Kondensator C2 o dużej pojemności blokuje przepływ
składowej stałej prądu kolektora przez obwód rezonansowy (stąd określenie układ
z zasilaniem równoległym), natomiast sygnał sprzężenia zwrotnego do
bazy tranzystora jest dostarczany przez C3. Rezystory R1,
R2 i RE stanowią obwód polaryzacji ustalający
punkt pracy tranzystora, przy czym kondensator CE zwiera
rezystor RE dla przebiegów zmiennych. Dławik w.cz.
przepuszcza składową stałą prądu, lecz blokuje przedostawanie się sygnału
zmiennego z wyjścia generatora do obwodu zasilania (zwieranie sygnału przez
obwód zasilania).
Na rysunku poniżej jest przedstawiony przykład innego generatora, w którym
obwód rezonansowy LC1 jest włączony bezpośrednio w obwód
kolektora tranzystora T1 pracującego w konfiguracji WB. Układ
taki jest nazywany układem z zasilaniem szeregowym, gdyż przez obwód
rezonansowy przepływa również składowa stała prądu kolektora. W tym układzie
sygnał sprzężenia zwrotnego, pobierany z części L1
indukcyjności L i podawany przez kondensator C2 na
emiter tranzystora, nie jest przesunięty w fazie względem napięcia wyjściowego.
Ponieważ wzmacniacz w konfiguracji WB również nie przesuwa fazy sprzężenie
zwrotne jest dodatnie. Jeżeli jest spełniony równocześnie warunek amplitudy
(odpowiedni podział indukcyjności L), to układ generuje na wyjściu
sygnał sinusoidalny o częstotliwości równej częstotliwości rezonansowej
obwodu LC1. Kondensator CB zwiera do masy
bazę tranzystora T1 dla sygnałów zmiennych. Pozostałe
elementy układu pełnią identyczne funkcje jak w generatorze Hartleya w
konfiguracji WE.
Przestrajanie generatorów Hartleya, czyli zmiana częstotliwości generowanego
sygnału, może być realizowana przez zmianę indukcyjności L lub
pojemności C1 (ten sposób jest zwykle stosowany). Dla
zapewnienia dużej stałości częstotliwości generowanego sygnału niezależnej
od zmiany temperatury, napięcia zasilającego itp., należy stosować obwód
rezonansowy o dużej dobroci Q.
Na poniższym schemacie* przedstawiono popularną konfigurację
generatora Hartleya, wykonaną z użyciem bipolarnego tranzystora n-p-n. Obwód
rezonansowy tego generatora jest przestrajany za pomocą kondensatora zmiennego.
Sygnał wyjściowy otrzymywany jest w wyniku magnetycznego sprzężenia kilku
zwojów drutu z cewką obwodu rezonansowego. Jest to pewien rodzaj
transformatora obniżającego napięcie.
Na rysunku poniżej przedstawione są generatory Colpittsa. Na rysunku a
jest przedstawiony generator Colpittsa z zasilaniem równoległym (konfiguracja
WE), a na rysunku b - z zasilaniem szeregowym (konfiguracja WB). Generatory
te są bardzo podobne do układów generatorów Hartleya. Różnią się
zastosowaniem dzielonej na dwie części pojemności (C1, C2)
obwodu rezonansowego, zamiast dzielonej indukcyjności. Dlatego generatory w układzie
Colpittsa są nazywane również generatorami z dzieloną pojemnością.
W układzie z rysunku a sygnał sprzężenia zwrotnego z kondensatora C1
(węzeł A), przesunięty w fazie o 180° względem sygnału wyjściowego, jest
przez kondensator C4 podawany zwrotnie na bazę tranzystora
pracującego w układzie wzmacniacza o konfiguracji WE. Natomiast w układzie z
rysunku b sygnał sprzężenia zwrotnego (węzeł B), zgodny w fazie z
sygnałem wyjściowym, jest podawany na emiter tranzystora pracującego w
konfiguracji WB (kondensator CB zwiera bazę do masy dla sygnałów
zmiennych). W obydwu układach warunek fazy jest spełniony dla częstotliwości
rezonansowej obwodu LC: gdzie:
natomiast warunek
amplitudy zależy od stosunku pojemności obwodu rezonansowego C1/C2.
Rezystory R1, R2 i RE są
elementami obwodu polaryzacji stałoprądowej tranzystora, ustalającymi jego
spoczynkowy punkt pracy. Częstotliwość generowanego przebiegu sinusoidalnego
może być zmieniana przez zmianę wartości indukcyjności L lub
jednoczesną zmianę pojemności C1 i C2,
przy zachowaniu ich stałego stosunku.
Na poniższym schemacie** przedstawiono popularną konfigurację
generatora Colpittsa, z równoległym obwodem rezonansowym na wejściu
wzmacniacza i z sygnałem dodatniego sprzężenia zwrotnego pobieranym z jego
wyjścia. Poziom
zniekształceń generatora, według danych źródłowych, jest mniejszy niż -
60dB. Sygnał wyjściowy otrzymywany jest w wyniku magnetycznego sprzężenia
kilku zwojów drutu z cewką obwodu rezonansowego. Jest to pewien rodzaj
transformatora obniżającego napięcie.
Na poniższym rysunku przedstawione są generatory Meissnera strojone w
kolektorze. Na rysunku a mamy generator z zasilaniem szeregowym, a na
rysunku b - z zasilaniem równoległym. W
generatorze Meissnera dodatnie sprzężenia zwrotne, konieczne dla podtrzymania
procesu generacji, uzyskuje się przez sprzężenie transformatorowe obwodu
kolektora i bazy tranzystora pracującego w układzie selektywnego wzmacniacza
rezonansowego LC. Kondensator C o zmiennej pojemności, umożliwiający
przestrajanie obwodu rezonansowego ustalającego częstotliwość drgań, może
być włączony w obwodzie kolektora (generator strojony na wyjściu). Aby był
spełniony warunek fazy w przypadku tranzystora pracującego w konfiguracji WE,
przesunięcie fazowe sygnału w pętli sprzężenia zwrotnego musi wynosić 180°.
Takie przesunięcie uzyskuje się przez nawinięcie uzwojeń transformatora w
przeciwnych kierunkach lub przez odwrócenie końcówek uzwojenia, np.
pierwotnego względem wtórnego. Istnieje wiele wariantów układowych
generatora Meissnera różniących się umieszczeniem i sposobem zasilania
(szeregowe, równoległe) obwodu rezonansowego oraz konfiguracją pracy elementu
czynnego. W obydwu układach przedstawionych powyżej tranzystor pracuje w
konfiguracji WE. Rezystory R1, R2 i RE
ustalają jego spoczynkowy punkt pracy. Spełnienie warunku amplitudy zależy od
stosunku indukcyjności L2/L1 transformatora sprzęgającego.
Częstotliwość generowanego przebiegu jest bliska częstotliwości
rezonansowej obwodu LC i może być zmieniana przez zmianę pojemności C.
* ** - Oba schematy pochodzą z książki: P.Horowitz, W.Hill Sztuka
elektroniki. cz.1 WKŁ, Warszawa 1996