Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

Oscilátory Oscilátory dělíme podle několika hledisek (uvedené třídění není zcela jednotné - bylo použito vžitých názvů, které vznikaly v různém období vývoje a za zcela odlišných podmínek):

a)

Podle průběhu výstupního generovaného signálu

•

Sinusové

•

Obdélníkové (blokující oscilátory)

•

Generátory funkcí (např. trojúhelník, pila)

b)

Podle frekvence výstupního generovaného signálu

•

Nízkofrekvenční (do 1 MHz)

•

Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz)

•

Generátory cm vln (až desítky GHz)

c)

Podle způsobu vzniku oscilací v obvodu

•

Zpětnovazební (spojení zesilovače + obvodu kladné zpětné vazby)

•

Parametrické (využívá se negativní diferenciální odpor součástek)

• d)

Astabilní (volně kmitající) klopné obvody - multivibrátory Podle typu zpětnovazebního členu

•

RC oscilátory

•

LC oscilátory (Colpitts, Hartley, Clapp)

•

Krystalové oscilátory

e)

Podle použitého typu aktivního prvku

•

S tranzistory - bipolárními i unipolárními (JFET)

•

S operačními zesilovači

•

S logickými (klopnými) obvody

Provazník

1

oscilatory.docx

Zpětnovazební oscilátory Skládají se ze 2 základních funkčních bloků: zesilovače a obvodu zpětné vazby. Oscilátor pracuje na principu kladné zpětné vazby.

OUT

Zesilovač Zesílení = A

Kladná zpětná vazba Zesílení = B Základní podmínky pro činnost oscilátoru: Fázový posun signálu mezi zesilovačem a obvodem ZV musí být 0° Zesílení zesilovače a ZV musí být shodné, blízké 1 celkové zesílení A • B ≥ 1 Pokud je toto zesílení < 1, velikost kmitů oscilátoru má sestupnou tendenci, až dojde k úplnému ustání oscilací. V opačném případě (> 1), má hodnota kmitů oscilátoru vzrůstající tendenci, vedoucí až k limitním hodnotám

3 1  1 1 3

Vliv rozdílné velikosti zesílení na amplitudu výstupního signálu zpětnovazebního oscilátoru Bez těchto podmínek nastává tlumené kmitání a tím zánik oscilací

Provazník

2

oscilatory.docx

RC oscilátor Obvod ZV je tvořen součástkami typu RC, které způsobují fázový posun 60°. Obvod zesilovače s tranzistorem v zapojení SE obrací fázi o 180° celková fáze zapojení zesilovače a ZV je 360, respektive 0°. Oscilátor produkuje výstupní sinusový signál s konstantní amplitudou za předpokladu podmínky A • B = 1 Tento oscilátor kmitá pouze na jednom poměrně stabilním kmitočtu. Na obrázcích je zesilovač od zpětné vazby oddělen bílou čarou

Základní schéma sinusového RC oscilátoru.

Sinusové LC oscilátory tyto oscilátory se nazývají tříbodové a přeladitelnost bývá 1:3. a) Colpittsův oscilátor obvod ZV obsahující prvky LC funguje vlastně jako filtr, tj. propouští pouze specifický rezonanční kmitočet fr.

fr 

1 2 LC

Kondenzátory C1 a C2 jsou zapojeny v sérii a výsledná hodnota je

C 

Provazník

3

C1  C2 C1  C2

oscilatory.docx

b) Harteyův oscilátor Pracuje na podobném principu zpětnovazebního LC obvodu jako Colpittsův, tentokráte složeného ze sériového zapojení indukčností L1 a L2 a kondenzátoru C. Rezonanční kmitočet obvodu ZV je roven kmitočtu generovaného sinusového signálu.

fr 

1 2 LC

L = L1 + L2

Odvození Thomsonova vzorce z oscilační podmínky XC = XL

2f 0 L 

1 1 1  2f 02 L   f 02   2f 0 C 2C 4 2 LC Thomsonův vzorec

f0 

Provazník

1 2

4

LC

oscilatory.docx

Wienův oscilátor Oscilátor je tvořen wienovým článkem, kde bývá kapacita přepínána a ladění se provádí pomocí tandemového potenciometru (dva potenciometry na společné hřídeli). Používá se pro kmitočty od 10 Hz do 1 MHz a přeladitelnost je o dekádu.

f0 

1 2RC

Krystalové oscilátory Krystalové oscilátory se vyznačují velkou teplotní stálostí, a přesností generovaného výstupního signálu. Proto se nej častěji používají jako primární generátory hodinových signálů. Krystalový rezonátor: značka (a), el. náhradní obvod (b), typická konstrukce (c) a základní provedení (d).

Krystalový oscilátor s krystalovým rezonátorem v obvodu ZV využívajícím (a) sériovou (b) paralelní rezonanci. Přesnost a stabilita frekvence těchto oscilátorů je určena přesností a stabilitou frekvence krystalového rezonátoru, který jako část zpětnovazebního obvodu používá piezoelektrických vlastností výbrusu křemenného krystalu

Provazník

5

oscilatory.docx

Krystalový oscilátor na bázi jednoho (a) dvojice (b) CMOS invertoru. Astabilní klopné obvody (AKO) vyrábějí periodický pravoúhlý kmitočet Základní zapojení obvodu AKO a) se dvěma bipolárními tranzistory b) pomocí logických obvodů Výhodou tohoto zapojení je možnost měnit střídu výstupního signálu poměrem kapacit C1 a C2 a)

b)

Základní pojmy: a) Oscilátor je vlastní obvod pro tvorbu kmitů b) Generátorem se rozumí měřicí přístroj obsahující oscilátor a další pomocné obvody (proměnné ladění kmitočtu, amplitudy a impedanční přizpůsobení výstupního napětí) c) Funkční generátor slouží zpravidla k výrobě trojúhelníkovitého a pilovitého průběhu napětí, tvarovaného nejčastěji na sinusovku. Jako „vedlejší produkt“ současně generuje napětí obdélníkovitého průběhu. Tato lineárně se měnící periodická napětí je možné podle potřeby dále tvarovat nebo modulovat a klíčovat.

Provazník

6

oscilatory.docx