7. Generatory LC

Generator

Wzmacniacz YLYG

YL

Zasilanie

Zasilanie

IG

7.1. Wstęp

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)

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)

Podział generatorów sinusoidalnych :

7.3. Parametry generatorów :

- bezwzględna niestałość częstotliwości

0)()( ftftf gdzie : f0 - częstotliwość na początku obserwacji,

f(t) - częstotliwość w chwili t obserwacji.

- względna niestałość częstotliwości

0

)()(

f

tftf

- średnia niestałość częstotliwości w okresie T

Tf

dttf

f

fT

T

0

0

0

)(

7.4.Warunki generacji drgań generatorów sprzężeniowych

EG KYL

U1

β

ΣU2

Uz

U2

Rys.7.4.1.Generator jako układ ze sprzężeniem zwrotnym

jjK

jK

E

UjK

jU

Uj

jKU

UjK

Gf

z

1

exp

exp)(

2

2

1

2

0jK f

(7.4.1)

(7.4.2)

(7.4.3)

(7.4.4)

,1,02

1)()(

00

00

nn

jjK

1)exp()()()()( 000000 jjKjjK

(7.4.5)

(7.4.6)

0 U1

U2

S

21 UU

112 )( UUKU

0 U1

U2

S

21 UU

112 )( UUKU

0 U1

U2

S

21 UU

112 )( UUKU 11

'2 )( UUKU

11''

2 )( UUKU

Rys.7.4.2. Wzbudzanie się drgań w generatorze

(a) miękkie (b) twarde

(c) Z automatyczną polaryzacją

K

YL

β

X3X1 X2

T

7.5. Warunki generacji w generatorach „trójpunktowych”z tranzystorem unipolarnym

Rys.7.5.1. Ogólny schemat generatora trójpunktowego

YL

β

ML1-M

L2-M

K

C

K

YL

β

LC1 C2

Generator Colpittsa

YL

β

CL1 L2

KGenerator Hartleya

YL

βM

K

C

Generator Meissnera

Rys.7.5.2. Praktyczne realizacje schematu generatora trójpunktowego

X3 X2X1

G0

X3 X2X1 G0’

X1 + X2 +X3 = 0

r

LfQ

Q

CfG 00

0

22 G0’ = ?

21

220'

0 ;XX

Xm

m

GG

7.5.1. Uwzględnienie strat w obwodzie LC w generatorach trójpunktowych

Rys. 7.5. 1.1. Transformacja rezystancji strat obwodu LC

(7.5. 1.1. )

(7.5. 1.2. )

(7.5. 1.3. )

K

GL

β

X3X1 X2

UGS gDS

gmUGS

G0/m2

Rys. 7.5. 1.1. Schemat generatora trójpunktowego z transformowaną rezystancją strat obwodu LC

K

GL

β

X3X1 X2

U1 = UGS

gDS

gmUGS

G0/m2

U2

U2Uz

7.5. 1.2. Schemat generatora trójpunktowego z rezystancją strat obwodu LC przeniesioną do obciążenia

mX

X

XXX

X

XX

X

U

U

m

GGg

g

U

Uk

zu

LDS

mu

11

2

1

211

1

31

1

20

201

20

1)()( 00 uuk

(7.5. 1.4. )

(7.5. 1.5. )

(7.5. 1.6. )

mL

m

mL

m

mLDS

mLDSmm

mLDSm

mLDSm

mmLDS

gG

g

gG

g

gGg

gGgGggm

gGgg

GgGgg

GgmgGgm

2

2

2

4

4

04

0

02

1

2

02

02

Lm

m

Gg

g

XX

Xm

21

21

m

L

g

G

X

X

2

1

(7.5. 1.7. )

(7.5. 1.8. )

(7.5. 1.9. )

7.5.2. Generatory Colpitssa i Hartleya

Warunek amplitudy dla generatora Colpitssa

m

L

g

G

C

C

1

2

Warunek amplitudy dla generatora Hartleya

m

L

g

G

L

L

2

1

(7.5. 2.1. )

(7.5. 2.2. )

Warunek fazy dla generatora Colpitssa

LCC

20

21

11

Warunek fazy dla generatora Hartleya

CLL

20

21

1

(7.5. 2.3. )

(7.5. 2.4. )

7.5.3. Warunki generacji w generatorach „trójpunktowych”z tranzystorem bipolarnym (s.110)

K

YL

β

X3X1 X2

T

G0

Rys. 7.5.3.1. Generator trójpunktowy z tranzystorem bipolarnym

K

GL

β

X3X1 X2

UBE gCE

gmUBE

G’0 = G0/m2

gwe

Rys. 7.5.3.2. Schemat zastępczy generatora trójpunktowego z tranzystorem bipolarnym

K

GL

β

X3X1 X2

UBE gCE

gmUBE

G’0 = G0/m2 g’we = gwe/(m 1)2

Rys. 7.5.3.3. Generator trójpunktowy z transformowaną konduktancją wejściową tranzystora bipolarnego

K

GL

β

X3X1 X2

UBE gCE

gmUBE

G’0 = G0/m2

g’we = gwe/(m1)2

U2

Rys. 7.5.3.4. Generator trójpunktowy z tranzystorem bipolarnym i transformowanymi kondunktancjami do obciążenia

mX

X

XXX

X

XX

X

U

U

m

m

X

Xm

m

g

m

GGg

g

U

Uk

zu

weLCE

mu

11

1

2

1

211

1

31

1

20

1

21

21

201

20

mL

m

gGg

gG

0

2

0 2,0

wy

r

we

rCL

fCL

f2

2

1

12

1

2

1

(7.5. 3.1. )

(7.5. 3.2. )

(7.5. 3.3. )

(7.5. 3.4. )

(7.5. 3.5. )

7.6. Generatory Meissnera, Clappa

GL p22

βM

K

Cn1n

U2

Uz

p1 G0

p1=Uz/U2 = n1/n p2=UL/U2 = n2/n

Rys. 7.6.1. Schemat generatora Meissnera z tranzystorem unipolarnym

i Kühna-Hutha

Q

CG

CLf 0

00 ;1

LR GpGG 220 Tranzystor unipolarny

weLR gpGpGG 21

220 Tranzystor

bipolarny

L

mu GpG

gk

220

0

Tranzystor unipolarny

weL

mu gpGpG

gk

21

220

0

Tranzystor bipolarny

10 p

1)()( 00 uk

(7.6. 1 )

(7.6. 2 )

(7.6. 3 )

(7.6. 4 )

(7.6. 5 )

(7.6. 6 )

(7.6. 7 )

Rys. 7.6.2. Generator Clappa Rys.7.6.3.Generator Kühna-Hutha

YL

β

CL1 L2

K

C1 C2

Lz1 Lz2

YL

β

LC1 C2C3

K

32

1

CLLz

Lz

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 zasilaniatranzystora płynie przez cewkę obwodu rezonansowego.

W układzie zasilania równoległego, składowa stała prądu zasilaniatranzystora nie płynie przez cewkę obwodu rezonansowego, lecz przez dodatkowy element - dławik w.cz. Ten rodzaj zasilania jestszczególnie preferowany w generatorach dużej mocy.

L2L1

C

Cb

RB2

RB1

+VCC

Rys. 7.7.1. Zasilanie szeregowe generatora Hartleya

L2

L1

C

Cb2RB2

RB1

+VCC

Rys. 7.7.2. Zasilanie równoległe generatora Hartleya

Cb1

LD

Dławik w.cz.

L2

L1

C

Ce

RERB1

-VEE

Rys. 7.7.3. Zasilanie od strony emitera generatora Hartleya

CbRB2

7.8. Poprawka liniowa i poprawka nieliniowa częstotliwości

Liniową poprawką częstotliwości nazywamy odchylenie generowanej częstotliwości f0 spowodowane oddziaływaniem obciążenia, stratelementów układu oraz elementów pasożytniczych zaburzającychbilans 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 :

)(1 021

10 LLg Ggr

CC

Cff

210

111

2

1

CCLf

gdzie

(7.8.1)

(7.8.2)

Nieliniową poprawką częstotliwości nazywamy odchylenie generowanej częstotliwości f0 spowodowane obecnością częstotliwości harmonicznychw przebiegu wyjściowym generatora, będących efektem nieliniowościelementu aktywnego.Występowanie częstotliwości harmonicznych spowodowane nieliniowościami elementu aktywnego narusza bilans mocy biernych.W związku z czym częstotliwość podstawowa musi zmaleć tak, abydla częstotliwości podstawowej obwód miał charakter indukcyjny.

2

222

0

0

1

1

2

1

kk

g hkQ

Na przykład dla generatora Colpittsa nieliniowa poprawkaczęstotliwości wynosi :

(7.8.3)

7.9. Generatory kwarcowe

X LCSRS

CO

O

SS

OS

R

S

S

C

C

CCL

CL

111

1

1

Rys. 7.9.1. Schemat zastępczy kwarcu

7.9.1. Wstęp

(7.9.1.1)

(7.9.1.2)

7.9.2. Układy generatorów kwarcowych, w których kwarc pracuje jako zastępcza indukcyjność LZ

YL

β

LZ

C1 C2

K

Układ Colpitssa-Pierce’a

YL

β

C

LZ

L2

K

Układ Hartleya-Pierce’a

Rys. 7.9.2.1. Układy generatorów kwarcowych

Układ Colpitssa-Pierce’a

CMOS

UWY

CMOS

ESS ESS

10 MOhm 100 kOhm

C1 (30pF) C2 (30pF)

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

7.9.3.2. Generator Buttlera-Colpitssa 7.9..3.3. Generator Buttlera-Hartleya

Rys. 7.9.3.1. Generatory kwarcowe w tzw. układach aperiodycznych