Všeobecné podmienky kmitania.


    Ako sme na konci predchádzajúcej state povedali, na vytvorenie oscilátora s konštantnou amplitúdou je potrebné sústavné dodávanie energie kmitajúcej sústave pomocou zosilňovača s vhodne zvolenou spätnou väzbou. Ide teda o spätnoväzobné oscilátory s kladnou spätnou väzbou, ktoré majú tzv. blok spätnej väzby, označovaný ß a blok zosilnenia, označovaný A. Keďže tieto bloky obsahujú reaktancie, kondenzátory a niekedy aj cievky, ich prenosy majú komplexný tvar.

V téme “Zosilňovače” v podtéme “Spätná väzba v zosilňovačoch” sme si definovali napäťový prenos zosilňovača Au so spätnou väzbou rovnicou :

    Ako sme si v spomínanej podtéme povedali, ß.Au je stupeň spätnej väzby a môže nadobúdať kladné aj záporné hodnoty. Pre kladnú spätnú väzbu nadobúda kladné hodnoty. Môže nastať špeciálny prípad, keď stupeň spätnej väzby ß.Au = 1. Vtedy vznikajú harmonické kmity. Rovnosť ß.Au = 1 je všeobecnou podmienkou vzniku kmitania. Keďže vo všeobecnosti stupeň spätnej väzby má komplexný tvar, všeobecná podmienka kmitania bude splnená, ak budú splnené dve dielčie podmienky. Tieto dielčie podmienky dostaneme, ak si všeobecnú podmienku vyjadríme v komplexnom tvare.

Ak jednotlivé prenosy vieme vyjadriť v komplexnom tvare a to :

potom všeobecnú podmienku kmitania vieme zapísať :

        ( 3 )

Rovnica ( 3 ) bude splnená len vtedy, ak budú platiť tieto dve rovnice :

ß.Au = 1
jß + jA = 2.k.p ( k = 0, 1, 2, ... )

    Prvá rovnica  ß.Au = 1  sa nazýva amplitúdová podmienka kmitania. Podľa nej bude oscilátor vytvárať ustálené kmity len vtedy, ak súčin prenosu ß bloku spätnej väzby a zosilnenia Au bloku zosilnenia sa bude rovnať jednej. V praxi sa nastavuje tento súčin na hodnotu mierne väčšiu ako jedna, čím sa zabezpečí spoľahlivé rozkmitanie oscilátora aj pri zmenšení zosilnenia Au bloku zosilnenia napríklad z dôvodu zníženia napájacieho napätia alebo starnutia aktívnych alebo pasívnych prvkov v zosilňovači.

    Druhá rovnica  jß + jA = 2.k.p  sa nazýva fázová podmienka kmitania. Podľa tejto podmienky bude oscilátor vytvárať kmity len vtedy, keď súčet fázových posunov bloku spätnej väzby a bloku zosilnenia v  slučke spätnej väzby bude celočíselným násobkom 2.p.

    V harmonických oscilátoroch sú tieto podmienky splnené pre jedinú frekvenciu vytváraných kmitov  fo. Ak by obidve podmienky kmitania platili v ustálenom stave súčasne pre viac rôznych frekvencií, potom by oscilátor pracoval ako generátor nesínusových ( neharmonických ) kmitov, pretože by vytváral napätie s priebehom daným superpozíciou ( lineárnym sčítaním ) všetkých frekvenčných zložiek, pre ktoré sú obidve dielčie podmienky kmitania splnené.

    Ako sme už povedali, v praxi sa nastavuje súčin ß.Au vždy mierne väčší ako jedna. V takomto prípade by mala amplitúda vytváraných kmitov tendenciu narastať do nekonečna. V skutočnosti amplitúda vytváraných kmitov sa 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, alebo v dôsledku zmenšenia jej vstupného odporu, čím sa zväčší útlm pasívneho štvorpólu oscilátora pripojeného na vstup zosilňovacej súčiastky.

    Na záver je možné povedať, že pre vznik samočinného kmitania oscilátora je potrebné, aby vždy boli splnené obidve podmienky kmitania. Ak by bola splnená len jedna a druhá by sa len približovala k požadovanej hodnote ( napr. by  ß.Au = 0,95 alebo jß + jA = 320° ) , potom by obvod bol len náchylný na kmitanie. Vplyvom vonkajšieho pôsobenia ( napr. pri zapnutí napájania, alebo po privedení impulzu ) by sa obvod rozkmital, ale kmity by postupne zanikali, až by sa úplne utlmili.




!!!   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