LC oscilátory s indukčnou väzbou.

 

    Pre tieto oscilátory je charakteristické, že spätná väzba sa realizuje pomocou transformátora, ktorého jedno vinutie spolu s kondenzátorom vytvára kmitavý ( rezonančný ) obvod. Aby bola splnená fázová podmienka v oscilátore s jedným tranzistorom ( ten otáča fázu napätia o 180° ), tento transformátor zabezpečuje otočenie fázy v spätnoväzobnom bloku o ďalších 180°. Toto je dosiahnuté navinutím cievok transformátora v opačnom zmysle, proti sebe. Frekvenciu vytváraných kmitov vypočítame zo známeho Thomsonovho vzťahu :

    Hlavnými predstaviteľmi tejto skupiny oscilátorov sú Meissnerov oscilátor a od neho odvodený Schnellov oscilátor.

    Ako vidno na obrázkoch, Meissnerov oscilátor má rezonančný obvod LC zapojený v kolektorovom obvode tranzistora T a  väzobnú cievku Lv v jeho bázovom obvode. Schnellov oscilátor má v kolektorovom obvode zapojenú väzobnú cievku Lv a  rezonančný obvod LC v bázovom obvode tranzistora T.

    V nasledujúcej časti si vysvetlíme vznik kmitov v oscilátore s indukčnou väzbou. Na vysvetlenie použijeme modifikované zapojenie Schnellovho oscilátora, ktoré je na obrázku vpravo. Ako z obrázka vidno, spätnoväzobný blok  ß je zložený z transformátora, ktorého primárna cievka Lv je pripojená na výstup zosilňovacieho bloku A  cez väzobný kondenzátor C2 a sekundárna cievka Lo spolu s kondenzátorom Co je pripojená na vstup zosilňovacieho bloku A  cez väzobný kondenzátor C1.
    Zosilňovací blok je tvorený zosilňovačom s tranzistorom T. Na zlepšenie stability polohy pracovného bodu Po tranzistora je v zosilňovači zavedená záporná prúdová spätná väzba do emitora tranzistora emitorovým rezistorom RE. Aby tento rezistor neznižoval zosilnenie zosilňovača pre striedavý signál, je premostený kondenzátorom CE. K stabilite pracovného bodu prispieva aj odporový delič v obvode bázy tranzistora T zložený z rezistorov RB1RB2. Tento delič tiež určuje kľudovú polohu pracovného bodu Po. Filtračný kondenzátor Cf zabraňuje prípadnému šíreniu striedavého signálu napájacou vetvou zosilňovača.

    Celý proces vzniku kmitov v oscilátore si začneme všímať od okamihu pripojenia napájacieho napätia +UCC k oscilátoru. Po pripojení napájacieho napätia sa nastaví tranzistora T do svojho kľudového pracovného bodu Po skokom, vplyvom napätia UB na odporovom deliči RB1RB2. Jeho kolektorové napätie UK narastá. Nárast kolektorového napätia spôsobí vznik nabíjacieho prúdu i2 kondenzátora C2 a  vznik magnetického poľa v okolí väzobnej cievky Lv spätnoväzobného transformátora. Tento prúd vytvorí úbytok napätia u2 na väzobnej cievke Lv, ktoré sa pretransformuje do rezonančnej cievky Lo ako napätie u1. Keďže nárast kolektorového napätia po pripojení napájania na oscilátor je veľmi rýchly, skokový, aj vznik nabíjacieho prúdu i2 a napätia u2 je skokové. Tento napäťový skok je bohatý na kmitočty od najnižších po najvyššie frekvencie. Rezonančný obvod Lo Co vyberie z tohoto množstva kmitočtov jeden kmitočet s frekvenciu  fo.
    Napätie
u1 sa z rezonančného obvodu Lo Co spätnoväzobného transformátora dostáva na bázu tranzistora T s orientáciou polarity a to : mínus pól ( – ) na báze tranzistora T a plus pól ( + ) na elektrickej zemi oscilátora. Toto záporné napätie u1 sa pripočíta k napätiu UB na odporovom deliči RB1, RB2 a spôsobí jeho pokles, čím sa tranzistor T priviera a jeho kolektorové napätie UK ďalej narastá a s ním narastá aj nabíjací prúd i2 kondenzátora C2. Nárastom prúdu i2 narastá aj napätie u2 a v konečnom dôsledku aj napätie u1, ktoré spôsobí pokles napätia UB až na hodnotu, pri ktorej sa tranzistora T úplné uzatvorí. Po uzatvorení tranzistora T sa nárast jeho kolektorového napätia UK zastaví a  nadobúda hodnotu blízku napájaciemu napätiu +UCC. Zároveň má nabíjací prúd i2 tendenciu zaniknúť. Proti jeho okamžitému zániku pôsobí indukované napätie u2´ v cievke Lv ( podľa Lentzovho zákona, vplyvom magnetického poľa cievky Lv ). Toto napätie sa pretransformuje na sekundárnu stranu spätnoväzobného transformátora ako napätie u1´ a na báze tranzistora T má orientáciu polarity : plus pól ( + ) na báze tranzistora T a mínus pól ( – ) na elektrickej zemi oscilátora. Toto kladné napätie u1´ spôsobí opätovný nárast napätia UB na odporovom deliči RB1, RB2 ( je prirodzené, že tomu výrazne napomáha aj samotný odporový delič RB1, RB2, ktorý sa snaží vždy vrátiť napätia UB na jeho kľudovú hodnotu ), čím sa tranzistor T pootvorí, jeho kolektorové napätie UK začne klesať a pootvoreným prechodom K–E tranzistora T začína tiecť vybíjací prúd i2´ kondenzátora C2. Tento vybíjací prúd vytvorí v okolí väzobnej cievke Lv nové magnetické pole a na nej úbytok napätia s rovnakou orientáciou ako má napätie u2´. Čím viac sa tranzistor T otvorí, tým viac narastie vybíjací prúd i2´, zároveň aj napätie u2´ s následným nárastom napätia u1´ na báze tranzistora T. Celý tento proces nárastu prúdu i2´ a napätí u2´ a u1´ sa zastaví v okamihu, keď sa tranzistor T úplne otvorí ( dostane sa do stavu saturácie ). V tom okamihu vybíjací prúd i2´ začína zanikať. Proti jeho okamžitému zániku pôsobí podľa Lentzovho zákona, vplyvom magnetického poľa cievky Lv, indukované napätie u2. Toto napätie sa pretransformuje na sekundárnu stranu spätnoväzobného transformátora ako napätie u1 , ktoré spôsobí uzatváranie tranzistora T. Nárastom jeho kolektorového napätia UK vzniká nabíjací prúd i2 kondenzátora C2, čím sme sa dostali na začiatok vytvárania novej periódy generovaných kmitov.

    V hore uvedenom výklade sme si kvôli lepšiemu pochopeniu procesu vytvárania kmitov zjednodušili situáciu na začiatku vytvárania kmitov, v procese tzv. nasadenia kmitania oscilátora. V reálnom oscilátore sa na výstupe neobjavia kmity okamžite s maximálnou hodnotou amplitúdy, ale ich amplitúda narastá postupne. Čím je kvalita rezonančného obvodu LoCo menšia, tým pomalšie narastá amplitúda kmitov.
    Kvôli tomu, aby sa oscilátor bezpečne rozkmital volíme prevod spätnoväzobného transformátora vždy tak, aby súčiniteľ spätnej väzby
ß.Au > 1. Potom po pripojení napájania začnú vznikať kmity a  ich amplitúda sa exponenciálne zväčšuje dovtedy, kým nenastane jej samočinné ustálenie v dôsledku zakrivenia dynamickej prevodovej charakteristiky zosilňovacej súčiastky, čím sa zmenší jej prúdové zosilnenie a v konečnom dôsledku aj jej napäťové zosilnenie. Z tohoto dôvodu klesne súčiniteľ spätnej väzby z pôvodnej hodnoty ß.Au > 1 na hodnotu ß.Au = 1. To spôsobí, že amplitúda vytváraných kmitov sa ustáli a ostáva konštantná. Situácia je znázornená na obrázku.


!!!   Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora   !!!

Spracoval :  Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu