Wybrane zagadnienia generatorów sinusoidalnych (generatorów częstotliwości)

Schemat blokowy generatora; warunki generacji warunki Barkhaussena można uzyskać autonomiczne źródło przebiegu wyjściowego

Proces startu generatora pierwsza przyczyna? kiedy koniec narastania drgań?

Ustalanie się amplitudy przebiegu generowanego

od początkowego wzmocnienia pętlowego zależy czas ustalania się drgań i ich amplituda końcowa większa nieliniowość wzmacniacza

Do narostu amplitudy oscylacji generatora konieczne jest w warunkch ustalonych im większe tym szybciej generator startuje, ale potem pracuje z większą nieliniowością harmoniczne !

Układy generatora Colpitts’a OEOB pojemności wejściowe i wyjściowa czwórnika (tranzystora) są bocznikowane przez znacznie większe pojemności obwodu rezonansowego – lepsza stabilność dlaczego?

„Inżynierski” dobór pojemności C1 i C2 wzmacniacz napięciowy o określonym wzmocnieniu układ sprzęgający o określonym współczynniku podziału napięcia OC

Generator Colpitts’a na pasmo 2 GHz podział napięcia = ? dobroć obwodu = ?

Stabilność częstotliwości generowanej przyczynaskutek W stanie ustalonym, przy generacji …pojawia się zakłócenie (zmiana napięcia zasilania czy temperatury), które zmienia właściwości wzmacniacza (ale generator nadal pracuje)…, zmienia się przesunięcie fazowe we wzmacniaczu w jaki sposób? …przez niewielką zmianę częstotliwości generowanej, ponieważ jest „silną” funkcją częstotliwości

Stabilność częstotliwości generowanej Warunki na stabilność częstotliwości w obecności czynników zakłócających: 1) zmiany fazy we wzmacniaczu powinny być jak najmniejsze; 2) pochodna zmian fazy od częstotliwości w obwodzie sprzężenia zwrotnego powinna być jak największa. różniczka ale

Stabilność częstotliwości generowanej 1) Stabilizacja temperatury, stabilizacja napięcia zasilania generatora 2) Kiedy pochodna fazy w układzie sprzęgającym jest duża? lepiej gorzej lepiej ważne jest, w którym miejscu takiej charakterystyki pracuje generator Pochodna powinna być największa dla częstotliwości pracy

Stabilność częstotliwości generowanej Warunek na dużą stabilność częstotliwości: duża dobroć obwodu Q Jak to jest z obwodem rezonansowym jako układem sprzęgającym?

Stabilność częstotliwości generowanej przypomnienie rysunku… …pochodna jest duża, ale tylko dla częstotliwości rezonansowej… pochodna b. duża pochodna zmniejszona ok. 5 razy w punkcie przesunięcie fazowe czwórnika sprzęgającego jest równe ok. 60°, tzn. przesunięcie fazowe we wzmacniaczu musi być równe -60°

Stabilność częstotliwości generowanej Warunek na dużą stabilność częstotliwości: wysoka częstotliwość graniczna wzmacniacza (tranzystora) co daje przesunięcie fazowe we wzmacniaczu bliskie zeru (lub 180º). Jeżeli wzmacniacz opóźnia znacznie fazę oznacza to, że pracuje blisko częstotliwości granicznej duże opóźnienie fazowe we wzmacniaczu duże przesunięcie fazowe w czwórniku sprzęgającym mała wartość pochodnej zmniejszona stabilność częstotliwości w obecności czynników zakłócających

rezonator kwarcowy (piezoelektryczny) rezonator dielektryczny rezonator magnetostrykcyjny Obwody rezonansowe o bardzo dużej dobroci

r, C, L – odpowiedniki parametrów mechanicznych rezonatora r - straty C - podatność mechaniczna (odwrotność modułu sztywności) L - masa rezonatora C o – pojemność elektryczna między elektrodami Rezonator piezoelektryczny

Zjawisko piezoelektryczne w kwarcu Właściwości piezoelektryczne kwarcu zależą od orientacji względem jego osi. Najbardziej popularne tzw. kwarce o cięciu AT (70-80% zastosowań) - bardzo dobre właściwości termiczne. Zależność częstotliwości od temperatury wykazuje punkt przegięcia przy 25  C.

częstotliwości charakterystyczne rezonatora CL C np. 1,0001-1,001 f r /f s = 1,0002 f r = Hz f s = Hz

Możliwość (niewielkiego) przestrajania rezonatora kwarcowego

rezonator zachowuje się jak cewka, ale o indukcyjności bardzo uzależnionej od częstotliwości Generatory kwarcowe to często odpowiedniki generatorów Colpitts’a, w których cewkę zastąpiono rezonatorem, symulującym indukcyjność

pomimo bardzo dużych zmian pojemności zewnętrznej częstotliwość pracy generatora pozostaje ~ stała, ponieważ występują bardzo duże zmiany zastępczej indukcyjności rezonatora L = 202,66 mH C = 0,02 pF C o = 17 pF L z = 81,3 uH L z = 8,1 uH L z = 0,81 uH

jeżeli zaniedbać r...

Indukcyjność zastępcza rezonatora w funkcji częstotliwości skala liniowa skala logarytmiczna

Stabilność częstotliwości generatorów kwarcowych wynika z dużej dobroci rezonatorów kwarcowych jako obwodów rezonansowych ze zmian zastępczej indukcyjności rezonatora, przeciwdziałających wszelkim zmianom częstotliwości uwaga – te cechy są wzajemnie powiązane! zjawiska te występują także w klasycznych obwodach rezonansowych, ale w znacznie mniejszej skali

odpowiednik generatora Hartley’a Inne układy generatorów kwarcowych

generator Pierce’a odpowiednik generatora Colpittsa charakter pojemnościowy

przełączanie rezonatorów (np. zdalne)

Generator LC o sprzężeniu emiterowym bardzo łatwe warunki wzbudzenia układ scalony MC1248 – do 1,1 GHz

Szumy fazowe w generatorach przebieg bez fluktuacji fazy przebieg z fluktuacjami fazy, o tej samej częstotliwości średniej ogólnie: szumy amplitudoweszumy fazowe

Szumy fazowe w generatorach generator idealny generator rzeczywisty, z szumami fazowymi szumy fazowe = np tzn. przy odstrojeniu od nośnej o 10 kHz, poziom napięcia jest o 90 dB mniejszy szumy fazowe - spowodowane przez „mikrozmiany” warunków generacji w układzie