7. Oszcillátort kell készítenie hangfrekvenciás erősítők méréséhez. Az alábbi kapcsolási rajzot kapta munkatársától. Magyarázza el az itt látható Wien-hidas oszcillátor működését, az oszcilláció beindulásának feltételét! Magyarázatában térjen ki az oszcillációs frekvencia meghatározására is! Felkészülése és felelete során használja az alábbi információkat!

 

Oszcillátoroknak azokat az áramköröket nevezik, amelyek adott (és állítható) frekven­ciájú, amplitudójú és alakú periódikus jeleket állítanak elő. A legtöbb oszcillátor pozitívan visszacsatolt erősítő, amelyeknél olyan mértékű visszacsatolást alkalmaznak, hogy öngerjedés jöjjön létre.

Az oszcillátor egy olyan villamos áramkör, amely stabil frekvenciájú elektromágneses rezgést hoz létre és tart fenn. (Az elektromágneses rezgés vezetékben váltakozó áramként, szabad térben elektromágneses hullámként jelentkezik.)

1, A visszacsatolt elvű oszcillátorok. Pozitív visszacsatolás:


Az oszcillátor olyan áramkör, amelyre tápot kapcsolva a kimeneten periodikus jel jelenik meg. Az oszcillátort meg valósíthatjuk úgy, hogy pozitív visszacsatolást alkalmazunk. Pozitív vcs-t érhetünk el akkor, ha egy erősítő valamelyik kimeneti pontjáról ugyanolyan fázisú jelet csatolunk vissza a bemeneten lévő tranzisztor bázisára.  Így a visszacsatolt jel hozzáadódik az ott lévő jelhez => a bemeneti jel nagyobb lesz => ez felerősödve még nagyobb => a visszacsatolt jel pedig megint nagyobb lesz.  Ekkor az erősítő begerjed, mert ez egy önmagát gerjesztő áramkör.

Oszcillátor fő részei:

  1. erősítő
  2. visszacsatoló áramkör
  3. frekvenciahatároló
  4. határoló amellyel a gerjedést szabályozzuk

 

fajtái:

·        RC

·        LC

·        kvarc


2, Az oszcilláció amplitúdó- és fázisfeltétele:

Az AUV akkor lesz a legnagyobb ha 1 – β * AUV ≈ 0
 
Pozitív visszacsatolásnál az erősítés:

β * AU = 1

 
 
 


Amplitúdó feltétel:

Ennél a legbiztosabb a begerjedés. A fázisfeltétel pedig azt jelenti, hogy olyan jelet kell visszacsatolni, amely növeli a bemenő jelet, vagyis a tranzisztort jobban kinyitja. Tehát a visszacsatolt jel, és a bemeneti jel fázisa azonos.

3, Wien-hidas oszcillátor működési elve:

felépítése:

A T1 és T2 2db NPN tranzisztor FE-s kapcsolásban. Az első fokozat fázist fordít a második pedig vissza. Az eredő erősítésnek egyenlőnek kell lennie 3-al. (Ae=3). A második fokozat erősítő kimenete a T3 bemenetére kapcsolódik. A T3-as egy FC-os kapcsolás, áramot erősít. Ennek az emitteréről csatoljuk vissza a jelet a T2 bázisára a Wien-osztón keresztül.

A Wien-osztó felső tagja egy soros RC.

C felső = 50pF, 100pF, 1,5 µF, 15 µF, 150 µF, 1,5nF

R felső = 900Ω , 10kΩ Potméter

 

Ez megy a T1-es bázisára.

 

A Wien-osztó alsó tagjai a T1 tranzisztor bázisától lefelé van. Ez egy párhuzamos RC.

            C alsó = 50pF, 100pF, 1,5 µF, 15 µF, 150 µF, 1,5nF

            R alsó = 900Ω , 10kΩ  Potméter

Ezen az ábrán jobban látható a WIEN-híd felépítése:

A 2 potméter lába közös tengelyen van => egyszerre lehet változtatni az értéküket.

A T3-as emitterkörében van egy visszacsatolás, 100Ω-os trimmer, ezzel az első fokozat emitterére csatolunk vissza. Ott van egy 1kΩ-os ellenállás és egy PTK ellenállás /izzó/. Ez hozza létre a negatív visszacsatolást. A trimmerrel lehet beállítani a legnagyobb torzítatlan kimenetet.

A kimenő jelet a T3-as tranzisztor kollektoráról van levéve a P potméter segítségével. A kimeneten van még egy feszültségosztó, így háromféle feszültség vehető le.

-  25mV

-  0,25 V

-  2,5 V

A kis torzítású kimeneti jel érdekében az erősítés optimális értéke Auv=3.

Ezt a feltételt nagyon pontosan kell beállítani és akkor is tartani kell, ha a külső körülmények – tápfeszültség, hőmérséklet stb. – megváltozik. Ehhez automatikus erősítésszabályozást kell beépíteni az áramkörbe. Ennek többféle megoldása lehetséges.

PTC-vel történő amplitúdó-szabályozás:

Az izzólámpák ellenállása a hőmérséklet emelkedésével nő. Ezek pozitív hőmérsékleti állandójú (PTC) alkatrészek.

Nagyobb kimeneti feszültség esetén az izzó fényesebben világít. Hőmérséklete magasabb lesz, és ezzel ellenállása megnő. Az R2/R1 arány csökken és vele egyidejűleg kisebb lesz az erősítés is. A kimeneti amplitúdó lecsökken. A kimeneti jel csökkenésével a folyamat fordítottja zajlik le.

4, Az oszcillációs frekvencia meghatározása:
Az oszcillációs frekvenciát a Wien-osztó szabja meg a soros RC-t és a párhuzamos RC adatai alapján.

5 sávban lehet beállítani a frekvenciát a 6db kondenzátorral. A kondenzátoroknál lévő kapcsolókat együtt lehet kapcsolni. 1-1 sávon belül a 10kΩ-os Potméter változtatásával lehet folyamatosan finoman beállítani a frekvenciát.


f = \frac{1}{2 \pi R C}