Projekt MŠMTEU peníze středním školám Název projektu školyICT do života školy Registrační číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ ŠablonaIII/2 Sada 36 AnotaceOscilátory Klíčová slova Sinusové oscilátory, řídící obvod, aktivní obvod, zpětná vazba, RC člen PředmětElektronika Autor, spoluautorIng. Josef Sýkora JazykČeština Druh učebního materiáluPrezentace, výklad Potřebné pomůckyPC, dataprojektor Druh interaktivityVýklad pomocí prezentace, vyhledávání informací Stupeň a typ vzděláváníStřední škola, učiliště Cílová skupina2. a 3. ročník, žáci 17 – 18 let, obory elektro a Mechatronik Speciální vzdělávací potřebyNe ZdrojeVlastní zdroje - viz poslední strana Oscilátory 1 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁSTŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje VY_32_INOVACE_36_735

ELEKTRONIKA Oscilátory

Oscilátory jsou elektronické obvody, které jsou zdrojem střídavého signálu pro další elektronická zařízení. Základem je zesilovač, z jehož výstupu se zavádí kladná zpětná vazba zpět na jeho vstup. Od klasického zesilovače se odlišují tím, že nemají vstupní svorky - nezpracovávají žádný vstupní signál - jsou to tedy dvojpóly. Zesílení zesilovače je dáno vztahem: A U … původní zesílení zesilovače A U ’ zesílení po zavedení ZV  … přenos ZV   A U … přenos otevřené ZV smyčky Podle průběhu výstupního signálu je dělíme do dvou skupin: a) sinusové oscilátory b) nesinusové oscilátory Principy sinusových a nesinusových oscilátorů se v mnohém liší. Oscilátory

SINUSOVÉ OSCILÁTORY Vytváří nízkofrekvenční nebo vysokofrekvenční napětí sinusového průběhu s přesně určeným časově stálým kmitočtem. Používají se vysílačích, rozhlasových a TV přijímačích, v měřicích přístrojích, v magnetofonech, atd. Základní části: řídící (zpětnovazební) obvod je sestaven z pasivních součástek, určuje kmitočet střídavého napětí aktivní obvod vhodným způsobem předává energii z napájecího zdroje řídícímu obvodu Oscilátory

SINUSOVÉ OSCILÁTORY Oscilátory se skládají ze dvou funkčních celků: řídící obvod je sestaven z pasivních součástek R, C a L s vhodnými parametry aktivní obvod …….... je zpravidla jednostupňový tranzistorový zesilovač Podmínky vzniku oscilací Vztah   A U = 1 z rovnice pro výpočet zesílení představuje komplexní rovnici, která v sobě zahrnuje dvě dílčí podmínky oscilací. Musí současně platit tyto dvě rovnice:   A U  = amplitudová podmínka oscilací  = 2  k   (k = 0, 1, 2 …) ….. fázová podmínka oscilací (rovnice vyjadřuje, že ZV signál je ve fázi  kladná ZV) Tyto podmínky musí být splněny pouze pro jediný kmitočet f 0. Oscilátory

SINUSOVÉ OSCILÁTORY Pro správnou funkci oscilátoru musí být splněny dva požadavky: a) počáteční podmínka oscilací (pro vznik kmitů): Energie přivedená na vstup musí být větší, než jsou ztráty v obvodech oscilátoru. b) mezní oscilační podmínka (pro udržování stálé amplitudy kmitů): Energie dodávaná do řídícího obvodu se přesně rovná jeho ztrátám. Splnění těchto podmínek je zaručeno automatickou změnou zesílení – zavedením záporné ZV rezistorem R E. Podle druhu řídícího čtyřpólu, který určuje kmitočet oscilací, se zpětnovazební oscilátory rozdělují na: oscilátory LC oscilátory RC oscilátory řízené krystalem Oscilátory

LC oscilátory s indukční vazbou Řídící a aktivní obvod je propojen indukční vazbou. Reinatzův oscilátor ZV je zavedena na bázi tranzistoru cívkou L v. Důležitá je vzájemná vazba mezi cívkami a směr vinutí cívek. R 1 a R 2 určují nastavení pracovního bodu tranzistoru. Odporový trimr P slouží k nastavení vlivu záporné ZV – má vliv na kmitočtovou a amplitudovou stabilitu (nastavení mezních oscilačních podmínek). Změnou kapacity ladícího kondenzátoru C můžeme v určitém rozsahu měnit kmitočet výstupního signálu. Oscilátory

LC oscilátory v tříbodovém zapojení Mají buď indukční (Hartleyův) nebo kapacitní větev (Colpittsův, Clappův) řídícího rezonančního obvodu upravenou jako dělič, který je ve třech bodech připojen k zesilovacímu stupni oscilátoru. R 1 a R 2 … tvoří dělič pro nastavení pracovního bodu tranzistoru R E ………. je jím vytvořena záporná ZV pro nastavení mezních oscilačních podmínek Oscilátory

Oscilátory RC Mají řídící obvod (čtyřpól) sestaven z rezistorů a kondenzátorů (RC členů) vhodných hodnot. Tyto členy musí otočit fázi zpětnovazebního signálu o 180°, aby výsledný fázový posuv zpětnovazebního signálu byl nulový (signál bude ve fázi) a ZV bude kladná. při správném nastavení dosahují téměř čistě sinusového průběhu výstupního napětí hodí se pouze pro nižší kmitočty do cca 1,5 MHz (při vyšších kmitočtech vykazuje větší zkreslení) používají se hlavně v tónových generátorech určených pro měřicí účely Oscilátory

Oscilátory RC – můstkové rezistory a kondenzátory v obvodu ZV vytváří můstkové zapojení je jimi zavedena mezi výstup a vstup zesilovače kombinace kladné a záporné (do emitoru) ZV dosahuje se tím lepší kmitočtové stability a menšího zkreslení lze přelaďovat v širokém kmitočtovém pásmu (20 Hz až 1 MHz) dílčí rozsahy přepínáním kapacit jemné naladění frekvence pomocí dvojitého potenciometru nebo kondenzátoru Oscilátory

Oscilátory RC – s posouvanou fází rezistory a kondenzátory jsou zapojeny do kaskády nejčastěji tří jednoduchých členů RC tyto členy se nesmí vzájemně neovlivňovat (vhodné hodnoty) jsou to tři integrační nebo derivační články s odstupňovanými hodnotami: 100R - C, 10R - 10C, R - 100C Nevýhoda: Nesnadná přeladitelnost – je nutná změna hodnot tří prvků (rezistorů nebo kondenzátorů). Oscilátory

Oscilátory řízené krystalem Používají jako řídícího prvku krystalových výbrusů z piezoelektrických materiálů (křemen, turmalín apod.). Krystal se přivedeným napětím deformuje a naopak, při deformaci se na jeho okrajích (polepech) objeví elektrické napětí (piezoelektrický jev). V obvodu se krystal chová jako rezonanční obvod. vynikají velkou kmitočtovou stabilitou (10 -5 až 10 -9, tj. 100 až krát větší než oscilátory LC) používají se tam, kde jsou přísné požadavky na stálost kmitočtu Typickým představitelem je Piercův oscilátor. Oscilátory

VÝHODY JEDNOTLIVÝCH TYPŮ OSCILÁTORŮ Oscilátory LC Vyznačují se velkou přeladitelností – např. v rozhlasových přijímačích generují signály od 150 kHz do 108 MHz) Oscilátory RC Mají nejmenší zkreslení – jsou nejpřesnější. Používají se v měřicích (tzv. tónových) generátorech pro měřicí účely. Oscilátory řízené krystalem Mají nejlepší kmitočtovou stabilitu (hodinky, vysílačky, počítače apod.) Oscilátory

Souhrn učiva Kontrolní otázky: 1.Jaké oscilátory jsou nejlepší z hlediska a) zkreslení kvality výstupního signálu b) kmitočtové stability 2.Z jakých funkčních částí se skládá oscilátor? 3.Co to je fázová podmínka oscilací – vysvětli! 4.Co to je amplitudová podmínka oscilací – vysvětli! 5.Co to je počáteční oscilační podmínka – vysvětli! 6.Co to jsou mezní oscilační podmínky – vysvětli! 7.LC oscilátory – konstrukce, funkce, vlastnosti, použití 8.Co je podmínkou dobré kmitočtové stability LC oscilátorů? 9.Co je typické pro LC oscilátory v tříbodovém zapojení (čím se vyznačují)? 10.RC oscilátory s posouvanou fází – konstrukce, vlastnosti, funkce, použití 11.Oscilátory řízené krystalem – konstrukce, vlastnosti, použití

15 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁSTŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Použité zdroje Text vlastní Obrázky z knihy: ING. UHLÍŘ, CSC, Jan; DOC. ING. KŘEČAN, Zdeněk. Elektronika pro 2. a 3. ročník SOU. Praha: SNTL, 1985 vlastní