1. ábra a három RC-tagból felépített fázistoló

Hasonló dokumentumok
1. ábra 1 (C 2 X C 3 ) C 1 ( R 1 + R 2 ) R 3. 2 π R C

Wien-hidas oszcillátor mérése (I. szint)

Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

2. és 3. ábra az áthidalt T-tag átviteli- és fáziskarakterisztikája

ELMÉLETI ÉS MÉRÉSI ALAPISMERETEK

1. ábra A Wien-hidas mérőpanel kapcsolási rajza

1. ábra A Colpitts-oszcillátor, valamint közös drain-ű változata, a Clapp-oszcillátor

1. ábra A Meißner-oszcillátor mérőpanel kapcsolási rajza

A Wien-osztó, mint a Wien-hidas oszcillátor szelektív hálózata

1. ábra A visszacsatolt erősítők elvi rajza. Az 1. ábrán látható elvi rajz alapján a kövezkező összefüggések adódnak:

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

1. ábra a függvénygenerátorok általános blokkvázlata

5. MÉRÉS LC OSZCILLÁTOROK VIZSGÁLATA

Elektronika 11. évfolyam

Elektronika I. Gyakorló feladatok

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

Elektronika Oszcillátorok

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

19.B 19.B. A veszteségek kompenzálása A veszteségek pótlására, ennek megfelelıen a csillapítatlan rezgések elıállítására két eljárás lehetséges:

O S Z C I L L Á T O R O K

KÖZÖS EMITTERŰ FOKOZAT BÁZISOSZTÓS MUNKAPONTBEÁLLÍTÁSA

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KÖRÖK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

A 2009-es vizsgákon szereplő elméleti kérdések

Versenyző kódja: 28 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

Attól függően, hogy a tranzisztor munkapontját melyik karakterisztika szakaszon helyezzük el, működése kétféle lehet: lineáris és nemlineáris.

HÁROMPONT-KAPCSOLÁSÚ OSZCILLÁTOROK

Földelt emitteres erősítő DC, AC analízise

Elektronika II. laboratórium

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

u ki ) = 2 x 100 k = 1,96 k (g 22 = 0 esetén: 2 k)

Bipoláris tranzisztoros erősítő kapcsolások vizsgálata

Műveleti erősítők. 1. Felépítése. a. Rajzjele. b. Belső felépítés (tömbvázlat) c. Differenciálerősítő

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Áramgenerátorok alapeseteinek valamint FET ekkel és FET bemenetű műveleti erősítőkkel felépített egyfokozatú erősítők vizsgálata.

ÍRÁSBELI FELADAT MEGOLDÁSA

AUTOMATIKAI ÉS ELEKTRONIKAI ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Versenyző kódja: 7 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Áramkörök számítása, szimulációja és mérése próbapaneleken

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Adatok: R B1 = 100 kω R B2 = 47 kω. R 2 = 33 kω. R E = 1,5 kω. R t = 3 kω. h 22E = 50 MΩ -1

Versenyző kódja: 31 15/2008. (VIII. 13) SZMM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny

Elektronika Előadás

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

ANALÓG ÉS DIGITÁLIS TECHNIKA I

1. Milyen módszerrel ábrázolhatók a váltakozó mennyiségek, és melyiknek mi az előnye?

Számítási feladatok megoldással a 6. fejezethez

Az együttfutásról általában, és konkrétan 2.

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Teljesítmény-erősítők. Elektronika 2.

Zárt mágneskörű induktív átalakítók

13.B 13.B. 13.B Tranzisztoros alapáramkörök Többfokozatú erısítık, csatolások

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. Felhasznált eszközök. Mérési feladatok

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Hálózati egyenirányítók, feszültségsokszorozók Egyenirányító kapcsolások

Ideális műveleti erősítő

Feszültségérzékelők a méréstechnikában

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

A felmérési egység kódja:

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők felépítése, ideális és valós jellemzői

Az erősítés frekvenciafüggése: határfrekvenciák meghatározása ELEKTRONIKA_2

Számítási feladatok a 6. fejezethez

Nagyfrekvenciás rendszerek elektronikája házi feladat

M ű veleti erő sítő k I.

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ÁLTALÁNOS SZENZORINTERFACE KÉSZÍTÉSE HANGKÁRTYÁHOZ

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsolt kapacitású szűrők

DR. KOVÁCS ERNŐ MŰVELETI ERŐSÍTŐK MÉRÉSE

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Mûveleti erõsítõk I.

Zh1 - tételsor ELEKTRONIKA_2

10. Mérés. Oszcillátorok mérése. Összeállította: Mészáros András, Nagy Balázs

2.A Témakör: A villamos áram hatásai Téma: Elektromos áram hatásai vegyi hatás hőhatás élettani hatás

Elektronika zöldfülűeknek

EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA

Tranzisztoros erősítő vizsgálata. Előzetes kérdések: Mire szolgál a bázisosztó az erősítőkapcsolásban? Mire szolgál az emitter ellenállás?

Érzékelők és beavatkozók

Tételek Elektrotechnika és elektronika I tantárgy szóbeli részéhez 1 1. AZ ELEKTROSZTATIKA ALAPJAI AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS FOGALMA 8 1.

A soros RC-kör. t, szög [rad] feszültség áramerősség. 2. ábra a soros RC-kör kapcsolási rajza. a) b) 3. ábra

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

AMSTRONG-MEIßNER-OSZCILLÁTOROK

SEM Erősítő tanfolyam 3. rész:

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Átírás:

Az RC-oszcillátorok családjában kétség kívül a fázistolós oszcillátor az egyik legegyszerűbb konstrukció. Nevében a válasz arra, hogy mi is lehet a szelektív hálózata, mely az oszcillátor rezonanciafrekvenciáját határozza meg. Az esetek döntő többségében felüláteresztő jellegű RC-tagokat alkalmazunk. A pozitív visszacsatolás létrehozásának alapfeltétele, hogy a rezonancián 180, vagy 360 fokos legyen a fázisforgatása mind a szelektív hálózatnak, mind pedig az erősítőnek (kialakítástól függően). Szelektív hálózata: Erősítőfokozata: Erősítőelem: - láncbakapcsolt alul-, illetve felüláteresztő RC-tagok (klasszikus esetben a tagok száma:3). - kvázilineáris - lineáris erősítő, külső nemlineáris határolóáramkörrel. - bipoláris tranzisztor, FET; - elektroncső; - műveleti erősítő. A fázistolós oszcillátor szelektív hálózata Mint ismeretes, minden RC-tag jellemzője a fázistolás. Ebben az oszcillátortípusban három felüláteresztő jellegű RC-tag láncbakapcsolásával valósítjuk meg a 180 fokos fáziseltolást (vagyis tagonként 60 fokost). Ennek megfelelően célszerű az egyes tagok elemeinek értékét azonosra választani. Fontos megemlíteni, hogy az egyes tagok kimenetén nem pontosan 60 fokos a fáziseltolás. Ez könnyen belátható, hiszen az egyes fokozatok nincsenek elválasztva, vagyis minden újabb RC-tag az előtte levő tagot terheli. Egy biztos: van olyan saját frekvencia, amelyen pontosan 180 fokos a fáziseltolás. Számunkra ez a lényeg. Nézzük a szelektív hálózatunk kapcsolási rajzát, valamint sz egyes elemek egyszerűsített számítási módját. 1. ábra a három RC-tagból felépített fázistoló Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok III-1/10

1 A berezgési frekvencia értéke (matematikai levezetés nélkül): f 0 = 2 π RC 2 N f 0 : a berezgési frekvencia; R : az ellenállás értéke Ohm-ban; C : a kapacitás értéke Farad-ban; N : az RC-tagok száma (esetünkben 3); C=C 1 =C 2 =C 3 és R=R 1 =R 2 =R 3. Felírható tehát a három (azonos) tagú fázistolós oszcillátor berezgési frekvenciájának 1 általános képlete: f 0 =. A fázistoló feszültségátviteli tényezője a rezonanciafrekvencián: ß 1. Nincs más teendőnk, minthogy olyan erősítőfokozatot alkal- 2 π RC 6 29 mazzunk, melynek 180 fokos a fáziseltolása, valamint az erősítése nagyobb, mint 29, vagyis A> 29. Mindezek együttesen biztosítják a kezdeti feltételt (a rezonancia megindulása). ϕ=ϕ A +ϕ B =180 fok +180 fok =360 fok (0 fok ) és H = A ß Mivel kezdetben A>29 és ß 1 29 érdekében. ezért H >1 értékű, mely megkívánt a berezgés 0.00 b -29 db -50.00 átviteli tényező [db] -100.00-150.00-200.00 0.00 1,09 khz a -100.00 fázis [fok] -200.00 180 fok -300.00 10 100 1k 10k Frekvencia [Hz] 1,09 khz 2. ábra a fázistoló átviteli- és fáziskarakterisztikája III-2/10 Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok

A fázistolós oszcillátoros megvalósítása Eme oszcillátorok előnyös tulajdonsága az egyszerű felépítés, valamint, hogy a tagok számának változtatásával különböző fázishelyzetű jeleket tudunk előállítani. Hátránya a hangolhatóságában rejlik: gyakorlatilag csak 3 elem (vagy R, vagy C ) együttes hangolásával megvalósítható. Erre pedig kicsi a sansz, hiszen nincsenek hármas, közös tengelyű potenciométerek, kondenzátorok. Amennyiben lennének, akkor is rendkívül nehéz lenne megoldani az együttfutást. A 3. ábrán az előző kritériumoknak megfelelő konkrét kapcsolási rajzot láthatunk, ahol az erősítőelem bipoláris tranzisztor. A kialakított közös emitteres kapcsolás erősítése nagyon egyszerűen kiszámítható. Ebben az elrendezésben az erősítés a kollektorellenállás és az emitterkörben levő ellenállások párhuzamos ellenállásának hányadosa. Ne felejtsük el, hogy a közös emitteres kapcsolás fázist fordít, így az A negatív előjelű: R C 7500 ohm A= = R 6 R 7 39ohm = 192,3 Lássuk meg, hogy abban az esetben, ha R 6 emitterellenállást hidegítenénk a kondenzátorral, akkor munkapontfüggő, de mindenképpen nagyon nagy nyílthurkú erősítést kapnánk eredményül, hiszen ilyenkor a fokozat erősítése A= R C r d lenne, ahol r d a tranzisztor munkapontjához tartozó differenciális ellenállás, mely igen kis értékű! Visszatérve eredeti kapcsolásunkra: a kapott A= 192,3 nyílthurkú erősítésérték bőven teljesíti a A >29 kritériumot. Az amplitúdó szintszabályozását és stabilizálását (ezzel együtt az üzemi A =29 értéket) a tranzisztor nemlineáris báziskarakterisztikája hozza létre. Lényegében ez biztosítja az egységnyi üzemi hurokerősítést ( H =1 ). Nem figyelmen kívűl hagyható tény, hogy a fázistolót terheli a bipoláris tranzisztor (áramerősítésí tényezőjétől függően, h 11 ), valamint a bázisosztó R 4 ellenállása. Ezt a tervezéskor kell figyelembe venni ( R 3 és R 4 párhuzamos kapcsolása => helyettesítő kép, 3. ábra). Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok III-3/10

3. ábra tranzisztoros fázistolós oszcillátor kapcsolási rajza, valamint a váltakozóáramú, kisjelű helyettesítő képe III-4/10 Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok

Egyszerűen kikerülhetjük ezt a tervezést, valamint a szelektív hálózat káros terhelését, ha erősítőelemnek térvezérlésű tranzisztort alkalmazunk, az 4. ábra szerinti kapcsolásban. 4. ábra FET-tel kivitelezett fázistolós oszcillátorkapcsolás Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok III-5/10

A FET gate-köre lényegében szakadást képvisel (csatorna térvezérlése okán). Ez nagyon kedvező tény, hiszen így az erősítőfokozat nem terheli a szelektív hálózatot, ezért a berezgési frekvenciára történő hatása is elhanyagolható. A FET-es áramkörhöz nagyon hasonló az elektroncsöves kapcsolás (5. ábra), valamint közel áll az elektroncső viselkedése a FET-éhez. Az elektroncsöves fázistolós oszcillátor áttekintése ma már csak technikatörténeti vetület miatt fontos. Ahogy a FET-es, úgy az elektroncsöves kapcsolásban is az erősítőelem (rács-kör) nemlinearitása valósítja meg az amplitúdó szintszabályozását és stabilizálását. 5. ábra Elektroncsővel felépített fázistolós oszcillátorkapcsolás Nyilvánvaló, hogy műveleti erősítőt is alkalmazhatunk az erősítőfokozatban. Előnyös az alkalmazása többek között a nagy nyílthurkú erősítése, valamint az erősítés pontos, gyors tervezése és beállíthatósága miatt. Ilyen oszcillátort tekinthetünk meg a 6. ábrán. Megfigyelhető, hogy a fázisfeltétel, valamint az amplitúdófeltétel is biztosított: ϕ=ϕ A +ϕ B =180 fok +180 fok =360 fok (0 fok ) a hurokerősítés kezdetben: H = A ß >1, mivel A = R 5 36 kohm 1 = =36 és ß R 4 1kohm 29 így H =36 1 29 =1,24 III-6/10 Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok

6. ábra fázistolós oszcillátor műveleti erősítővel felépítve, valamint helyettesítő képe Kimeneti amplitúdószabályózás és -stabilizálás A bipoláris-, a térvezérlésű tranzisztoros és az elektroncsöves oszcillátorokban a bázis-, a gate, illetve a rácskör nemlineáris karakterisztikája miatt alakul ki a stabil kimeneti amplitúdó ( H =1), ahogy azt az előzőekben tárgyaltuk. Ebben az esetben belső szabályozásról beszélünk, összességében kijelenthető, hogy az erősítés szintfüggő. Más a helyzet azonban a műveleti erősítők esetében, amikor a kezdeti feltételt teljesítve beindul ugyan az oszcilláció, azonban a kimeneti jel amplitúdójának csak a műveleti erősítő tápfeszültsége szab határt. Ennek okán a kimeneti jel vágott, torzított lesz, vagyis eredeti célkitűzésünk jelentősen csorbul, nem kapunk stabil, kis harmonikustartalmú, torzítatlan szinuszjelet. Műveleti erősítős kapcsolásokban mindig külső határolást kell alkalmaznunk. Ennek legegyszerűbb módja az antiparallel-diódás határoló áramköri kivitelezése. Ilyen kiegészítés esetén a határolás által megkívánt nemlinearitást a diódák nemlineáris nyitókarakterisztikája realizálja (félperiodusonként felváltva, hol az egyik, hol pedig a másik dióda nyit ki, a H =1 hurokerősítést elérve. Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok III-7/10

7. ábra a műveleti erősítős kapcsolás, határolóáramkörrel Gyakorlati kapcsolások Napjainkban mind a bipoláris-, mind a térvezérlésű tranzisztoros, mind pedig a műveleti erősítős megoldásokat alkalmazzák. Ennek megfelelő példákat láthatunk a 3. és a 7. ábrán. A tranzisztoros áramkör belső-, a műveleti erősítős kapcsolás külső határolású. Speciális változat Mint azt a korábbiakban említettük, néhány esetben előfordul, hogy aluláteresztő jellegű RC-tagokból építik fel a fázistolót, ahogy az a 8. ábrán kitűnik. 8. ábra III-8/10 Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok

0.00-10.00 átviteli tényező [db] -20.00-30.00-40.00 0.00 a -100.00 fázis [fok] -200.00-300.00 10 100 1k 10k frekvencia [Hz] 8. és 9. ábra az aluláteresztő jellegű fázistoló kapcsolási rajza és jellemző karakterisztikái Alkalmazási területek, hangolhatóság, jellemzők A fázistolós oszcillátor alkalmazási köre rendkívül szűk, egyszerű felépítése ellenére. Zömmel alacsonyfrekvenciás (hangfrekvenciás) tartományban használatosak. Ennek egyik oka, hogy az RC-oszcillátorok amúgy is az kisfrekvenciás sávban működnek, a másik ok pedig az, hogy a fázistoló frekvenciaátviteli görbéjét tekintve látható, hogy ez a szelektív hálózat lényegében nem is tekinthető szelektív hálózatnak, hiszen sávzáró-, sávszűrő jelleg helyett csak alul-, illetve felüláteresztő jelleget mutatnak, így kellően nagy jóság nem biztosított. Mindennek tükrében a fázistolós oszcillátorok frekvenciastabilitása meglehetősen kicsi. Sajnos ennek következtében és a korrekt külső és/vagy belső határolás ellenére az amplitúdóstabilitásban sem jeleskedik ez a konstrukció. Mint ahogy korábban utaltunk rá, ennek az oszcillátornak a hangolása rendkívül nehezen kivitelezhető, mert egyszerre legalább három elem értékét kellene Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok III-9/10

változtatnunk (vagy az ellenállásokét, vagy a kondenzátorokét), pontos együttfutás mellett. Összefoglalva: a fázistolós oszcillátorok alkalmazása alacsony minőségi követelmények mellett, fix frekvenciás generátorokban ajánlott. Pl. elektronikus hangvilla. Működési frekvenciatartomány: kb. 5 Hz néhány MHz, fix frekvenciás; Harmonikus torzítás: 1 5 %. Amplitúdóstabilitás: 3 %. III-10/10 Mike Gábor: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK: RC oszcillátorok