7. Generatory LC 7.1. Wstęp Generator Wzmacniacz YL YG Zasilanie IG Rys.7.1.1. Wzmacniacze a generatory

7.2.Klasyfikacja generatorów Podział ze względu na kształt drgań : - generatory drgań sinusoidalnych, - generatory drgań niesinusoidalnych (prostokątnych, trójkątnych, impulsowych) Podział generatorów sinusoidalnych : a) ze względu na stawiane im wymagania : - generatory częstotliwości (duża stałość częstotliwości, bez konieczności dbania o ich sprawność energetyczną), - generatory mocy (duża moc wyjściowa, duża sprawność), b) ze względu na rozwiązania układowe i sposób pracy elementu aktywnego - generatory sprzężeniowe (generatory LC, RC, układy ze stabilizacją piezo- elektryczną), w których element aktywny objęty jest pętlą dodatniego sprzę- żenia zwrotnego, - generatory dwójnikowe (generatory z elementami o ujemnej rezystancji)

7.3. Parametry generatorów : - bezwzględna niestałość częstotliwości gdzie : f0 - częstotliwość na początku obserwacji, f(t) - częstotliwość w chwili t obserwacji. - względna niestałość częstotliwości - średnia niestałość częstotliwości w okresie T

7.4.Warunki generacji drgań generatorów sprzężeniowych EG K YL U1 β Σ U2 Uz Rys.7.4.1.Generator jako układ ze sprzężeniem zwrotnym

(7.4.1) (7.4.2) (7.4.3) (7.4.4)

(7.4.5) (7.4.6)

Rys.7.4.2. Wzbudzanie się drgań w generatorze U1 U1 (a) miękkie (b) twarde U2 S (c) Z automatyczną polaryzacją U1 Rys.7.4.2. Wzbudzanie się drgań w generatorze

K β 7.5. Warunki generacji w generatorach „trójpunktowych” z tranzystorem unipolarnym K YL β X3 X1 X2 T Rys.7.5.1. Ogólny schemat generatora trójpunktowego

K YL β L C1 C2 Generator Colpittsa Generator Hartleya K YL β C L1 L2 K YL β M K C Generator Meissnera YL β L2-M L1-M M C Rys.7.5.2. Praktyczne realizacje schematu generatora trójpunktowego

7.5.1. Uwzględnienie strat w obwodzie LC w generatorach trójpunktowych X1 X3 X2 X1 X3 X2 G0’ Rys. 7.5. 1.1. Transformacja rezystancji strat obwodu LC (7.5. 1.1. ) X1 + X2 +X3 = 0 G0’ = ? (7.5. 1.2. ) (7.5. 1.3. )

K β Rys. 7.5. 1.1. Schemat generatora trójpunktowego z transformowaną gmUGS UGS GL gDS X3 X1 X2 G0/m2 β Rys. 7.5. 1.1. Schemat generatora trójpunktowego z transformowaną rezystancją strat obwodu LC

K β 7.5. 1.2. Schemat generatora trójpunktowego z rezystancją strat GL β X3 X1 X2 U1 = UGS gDS gmUGS G0/m2 U2 Uz 7.5. 1.2. Schemat generatora trójpunktowego z rezystancją strat obwodu LC przeniesioną do obciążenia

(7.5. 1.4. ) (7.5. 1.5. ) (7.5. 1.6. )

(7.5. 1.7. ) (7.5. 1.8. ) (7.5. 1.9. )

7.5.2. Generatory Colpitssa i Hartleya Warunek amplitudy dla generatora Colpitssa (7.5. 2.1. ) Warunek amplitudy dla generatora Hartleya (7.5. 2.2. )

Warunek fazy dla generatora Colpitssa (7.5. 2.3. ) Warunek fazy dla generatora Hartleya (7.5. 2.4. )

K β 7.5.3. Warunki generacji w generatorach „trójpunktowych” z tranzystorem bipolarnym (s.110) K YL β X3 X1 X2 T G0 Rys. 7.5.3.1. Generator trójpunktowy z tranzystorem bipolarnym

K β Rys. 7.5.3.2. Schemat zastępczy generatora trójpunktowego gmUBE UBE gwe GL gCE X3 X1 X2 β G’0 = G0/m2 Rys. 7.5.3.2. Schemat zastępczy generatora trójpunktowego z tranzystorem bipolarnym

K β Rys. 7.5.3.3. Generator trójpunktowy z transformowaną gmUBE UBE GL gCE X3 X1 X2 g’we = gwe/(m 1)2 β G’0 = G0/m2 Rys. 7.5.3.3. Generator trójpunktowy z transformowaną konduktancją wejściową tranzystora bipolarnego

K β Rys. 7.5.3.4. Generator trójpunktowy z tranzystorem bipolarnym gmUBE GL UBE U2 gCE G’0 = G0/m2 g’we = gwe/(m1)2 X3 X1 X2 β Rys. 7.5.3.4. Generator trójpunktowy z tranzystorem bipolarnym i transformowanymi kondunktancjami do obciążenia

(7.5. 3.1. ) (7.5. 3.2. ) (7.5. 3.3. ) (7.5. 3.4. ) (7.5. 3.5. )

K β 7.6. Generatory Meissnera, Clappa i Kühna-Hutha GL p22 U2 β M C n1 Uz n p1 G0 p1=Uz/U2 = n1/n p2=UL/U2 = n2/n Rys. 7.6.1. Schemat generatora Meissnera z tranzystorem unipolarnym

(7.6. 1 ) (7.6. 2 ) Tranzystor unipolarny Tranzystor bipolarny (7.6. 3 ) Tranzystor unipolarny (7.6. 4 ) Tranzystor bipolarny (7.6. 5 ) (7.6. 6 ) (7.6. 7 )

YL β L C1 C2 C3 K YL β C L1 L2 K C1 C2 Lz1 Lz2 Lz Rys. 7.6.2. Generator Clappa Rys.7.6.3.Generator Kühna-Hutha

7.7. Zasilanie generatorów LC Typowe układy zasilania generatorów LC : szeregowe, równolegle przez dławik w.cz., zasilanie od strony emitera lub źródła tranzystora W układzie zasilania szeregowego, składowa stała prądu zasilania tranzystora płynie przez cewkę obwodu rezonansowego. W układzie zasilania równoległego, składowa stała prądu zasilania tranzystora nie płynie przez cewkę obwodu rezonansowego, lecz przez dodatkowy element - dławik w.cz. Ten rodzaj zasilania jest szczególnie preferowany w generatorach dużej mocy.

Rys. 7.7.1. Zasilanie szeregowe generatora Hartleya +VCC L2 L1 RB2 C Cb RB1 Rys. 7.7.1. Zasilanie szeregowe generatora Hartleya

Rys. 7.7.2. Zasilanie równoległe generatora Hartleya +VCC LD RB2 Dławik w.cz. Cb2 C L2 Cb1 L1 RB1 Rys. 7.7.2. Zasilanie równoległe generatora Hartleya

Rys. 7.7.3. Zasilanie od strony emitera generatora Hartleya C L2 Ce Cb RB2 RB1 RE -VEE Rys. 7.7.3. Zasilanie od strony emitera generatora Hartleya

7.8. Poprawka liniowa i poprawka nieliniowa częstotliwości Liniową poprawką częstotliwości nazywamy odchylenie generowanej częstotliwości f0 spowodowane oddziaływaniem obciążenia, strat elementów układu oraz elementów pasożytniczych zaburzających bilans mocy urojonej w układzie oraz zmianę przesunięcia fazy sygnału zwrotnego względem fazy sygnału wyjściowego. Poprawka ta występuje we wszystkich typach generatorów. Na przykład dla generatora Colpittsa mamy : (7.8.1) (7.8.2) gdzie

Nieliniową poprawką częstotliwości nazywamy odchylenie generowanej częstotliwości f0 spowodowane obecnością częstotliwości harmonicznych w przebiegu wyjściowym generatora, będących efektem nieliniowości elementu aktywnego. Występowanie częstotliwości harmonicznych spowodowane nieliniowościami elementu aktywnego narusza bilans mocy biernych. W związku z czym częstotliwość podstawowa musi zmaleć tak, aby dla częstotliwości podstawowej obwód miał charakter indukcyjny. Na przykład dla generatora Colpittsa nieliniowa poprawka częstotliwości wynosi : (7.8.3)

Rys. 7.9.1. Schemat zastępczy kwarcu 7.9. Generatory kwarcowe 7.9.1. Wstęp CS RS L X CO Rys. 7.9.1. Schemat zastępczy kwarcu (7.9.1.1) (7.9.1.2)

K β β 7.9.2. Układy generatorów kwarcowych, w których kwarc pracuje jako zastępcza indukcyjność LZ K K YL YL β β C1 C2 C L2 LZ LZ Układ Colpitssa-Pierce’a Układ Hartleya-Pierce’a Rys. 7.9.2.1. Układy generatorów kwarcowych

Rys. 7.9.2.2. Układ generatora kwarcowego z układami bramkowymi ESS ESS CMOS CMOS UWY 100 kOhm 10 MOhm C1 (30pF) C2 (30pF) Układ Colpitssa-Pierce’a Rys. 7.9.2.2. Układ generatora kwarcowego z układami bramkowymi

7.9.3. Układy generatorów kwarcowych, w których kwarc pracuje jako selektywny element sprzęgający UWY Rys. 7.9.3.1. Generatory kwarcowe w tzw. układach aperiodycznych 7.9.3.2. Generator Buttlera-Colpitssa 7.9..3.3. Generator Buttlera-Hartleya