Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor...
Transcript of Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor...
![Page 1: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/1.jpg)
Oscilatoare sinusoidale• Generatoare de semnale: sinusoidal, dreptunghiular, triunghiular,
rampa, etc.
• Obtinerea unui semnal sinusiodal:
▪ triunghi sinus
▪ generare semnal sinusoidal, retea selectiva in frecventa in
bucla de RP a unui amplificator: oscilator armonic
transf. functional
-Frecventa de oscilatie: f0
-Amplitudinea oscilatiei:
- Conditia de oscilatie, amorsare a oscilatiei
-Stabilitatea frecventei de oscilatie
-Stabilitatea amplitudinii
-Distorsiunea semnalului de iesire
oV̂
![Page 2: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/2.jpg)
Bucla de reacție
rsi xxx
ar
aA
1
Amplificator cu RP:
)()(1
)()(
jrja
jajA
finit;0 0 xxs
0)()(1 00 jrja
pentru o
valoare unica 00 2 f
In domeniul complex
![Page 3: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/3.jpg)
Condiția de oscilație
ajejaja
)()(
condiția lui Barkhausen
1)()( 00 jrja
condiţie de reproducere
a semnalului pe bucla
rjejrjr
)()(
1)()()()()(
0000 raj
ejrjajrja
kra 2
condiţia de modul:
conditia de fază:
1)()( 00 jrja
rezulta f0
rezulta a0
De unde rezulta ?oV̂ Neliniaritatea amplificarii
![Page 4: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/4.jpg)
Oscilatoare RC
➢ Amplificatorul de baza independent de frecventa
• inversor
• neinversor
➢Retea de reactie selectiva in frecventa
0a
o180a
Pentru a indeplini conditia de faza, trebuie
sa existe o frecventa unica, f0 la care defazajul introdus sa fie:
00 180 daca ,180 ar
00 0 daca ,0 ar
![Page 5: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/5.jpg)
Oscilatoare RC
de tip trece banda
➢ Amplificator de bază independent de frecvență:
• inversor
• neinversor
➢ Rețea de reacție selectiva in frecventa
0a
o180a
Defazajul introdus de reteaua de
reactie este in domeniul [+90o; -90o].
0r
Este necesar sa apropiem
cei doi poli.
Pentru a indeplini conditia de faza:
o amplificator neinversor
o pentru o frecventa
unica (f0)
![Page 6: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/6.jpg)
sp
ps
s
p
p
so
r
CRCRj
C
C
R
Rjv
jvjr
11
1
)(
)()(
iesire intrare
jvjrjv or )()(
)()(
jv
jvjr
o
r
ps
p
ZZ
Zjr
)(
s
ssCj
RZ
1
p
ppCj
RZ
1||
Puntea WIEN Circuit si functia de transfer complexa
transfer tensiune
![Page 7: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/7.jpg)
rjejrjr
)()(
22
11
1)(
sp
ps
s
p
p
s
CRCR
C
C
R
R
jr
s
p
p
s
sp
ps
r
C
C
R
R
CRCR
arctg
1
1
Modul si faza
Puntea WIEN
sp
ps
s
p
p
s
CRCRj
C
C
R
Rjr
1
1
1)(
Modul
Faza
![Page 8: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/8.jpg)
0 0)( jr
psps
oCCRR
1
0)( jr
s
p
p
s
C
C
R
Rjr
1
1)( valoarea
maxima
asimptota
22
11
1)(
sp
ps
s
p
p
s
CRCR
C
C
R
R
jr
ModulPuntea WIEN
asimptota
![Page 9: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/9.jpg)
0090r
valoare
intermediara
090r
00r
s
p
p
s
sp
ps
r
C
C
R
R
CRCR
arctg
1
1
psps
oCCRR
1
Faza
asimptota
asimptota
Puntea WIEN
![Page 10: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/10.jpg)
pentru
o unică frecvenţă, f0
avem
0r
Puntea WIEN
intrareiesire
Pentru a indeplini conditia de
faza: => amplif neinversor
![Page 11: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/11.jpg)
0r 01
0
0 sp
psCR
CR
psps CCRRf
2
10
s
p
p
s
C
C
R
Rjr
1
1)( 0
RRR ps
CCC ps RCf
2
10 3
1)( 0 jr
iesire intrare
Dacă
sp
ps
s
p
p
so
r
CRCRj
C
C
R
Rjv
jvjr
11
1
)(
)()(
Puntea WIEN
psps CCRR
10
![Page 12: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/12.jpg)
Oscilator cu AO si punte WIEN
tfVtv oo 02sinˆ)(
RRR ps CCC ps
RCf
2
10
3
1)( 0 jr3
)(
1)(
0
0
jr
ja
3
41R
Ra 31
3
4 R
R34 2RR
?ˆ oV Determinata de apropiere de saturatie a AO
![Page 13: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/13.jpg)
1)()( jrja
1)()( jrja
oscilaţiile sunt atenuate - zero
oscilaţiile sunt amplificate - saturatie
tfVv oo 02sinˆ
cstjr )(
00ˆ,)(,ˆ VjaVo
Asigurarea stabilitatii amplitudinii de oscilatie control automat al
amplificarii depanzand de valoarea tensiuni de iesire
Controlul automat al amplificării (CAA)
1)()( 00 jrja oscilațiile sunt întreținute
oV̂
![Page 14: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/14.jpg)
CAA pentru oscilatorul cu punte Wien
3
41R
Ra
• R4 - să depindă de vo
sau
• R3 - să depindă de vo
sC
pCsR
pR
Cum se poate implementa CAA
astfel încât a să depindă de vo?
![Page 15: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/15.jpg)
1)()( 00 jrjac
1)()( 00 jrjab
1. Cu diode
pentru )(tvo mică, D1, D2 – (b)
3
''
4
'
41R
RRab
mentinerea oscilatiilor
)(tvo creşte, D1 – (c)
pe alternanţa
pozitivă
D2 – (c) pe
alternanţa
negativă
3
''
4
'
4 ||1
R
rRRa d
c
oV̂ data de valoarea rd
![Page 16: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/16.jpg)
Problema
Cum arată, calitativ, semnalele vo(t) şi
v+(t) în regim permanent?
Calculaţi frecvenţa semnalului de
ieşire vo(t).
Dimensionaţi R4 astfel încât circuitul să
asigure menţinerea oscilaţiilor în
regim permanent. Se va considera
că în conducţie rezistenţa
echivalenta a diodei este
rD1,on=rD2,on=0,5 KΩ, iar in bocare
rD1,off=rD2,off=∞. Verificaţi că
valoarea aleasă pentru R4 permite
şi amorsarea oscilaţiilor în regim
tranzitoriu.
![Page 17: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/17.jpg)
2. Cu MOSFET cu
canal inițial de tip n
DSrR
Ra
'3
41
rDS - rezistență liniară
comandată de tensiunea vGS
D1, C3 – detector de vârf negativ
T funcționeaza cu vGS < 0
VP
![Page 18: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/18.jpg)
VTh
MOSFET cu canal initial de tip n utilizat in regiunea liniara
G
D
S
22 DSDSThGSD vvvvi
Pentru vDS mic
DSThGSD vvvi 2 ThGSDS
DSDS
vvi
vr
2
1
![Page 19: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/19.jpg)
)(2
1
ThGS
DSVv
r
DSrR
Ra
'3
41
rDS - rezistenta liniara
comandata de tensiunea vGS
D1, C3 –
detector de varf
negativ
ODSGSO VarvV ˆ,,,,ˆ
T functioneaza
cu vGS<0
![Page 20: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/20.jpg)
Oscilator cu AO și rețea defazoare RC
•Trece sus
•Trece jos
• defazajul reţelei de reacţie
este in domeniul [0o; -90o]
• amplificator de baza inversor
• care este numarul minim de
celule RC de acelaşi fel pentru
a putea construi un oscilator
sinusoidal?
transfer tensiune
![Page 21: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/21.jpg)
Retea defazoare RC trece jos cu
trei celule
32651
1)(
RCRCjRCjr
o180r
063
00 RCRC
RCf
2
60
29
10 jr
29
10 jr
![Page 22: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/22.jpg)
Schema oscilatorului cu AO și rețea defazoare RC
De ce nu este utilizat un amplificator inversor cu un singur AO?
![Page 23: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/23.jpg)
Oscilatoare LC
• circuit rezonant LC paralel
• se utilizează pentru frecvențe ridicate
• rețea de reacție selectivă în frecvență
Frecvența de rezonanță:
Relația lui Thompson
LC ZZZech || LjZCj
Z LC
1
CLj
CLZech
1
/
LCf
2
10
Circuitul LC paralel conectat in serie cu o sarcina
funcționează ca un filtru oprește banda, având
impedanța infinit la frecvența de rezonanță.
![Page 24: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/24.jpg)
Amplificatorul de baza este inversor (EC), asadar divizorul Z2, Z3
trebuie sa introduca defazaj de -180 grade; Z2, Z3 vor fi de semn opus
(de natura diferita)
Z3 si Z1 de acelasi tip (apar conectate in serie) pentru a rezulta
un circuit rezonant paralel LC intre colector si baza
ov
Cum se conecteaza circuitul LC paralel intr-un
circuit cu RP pentru a rezulta un oscilator
sinusoidal ?
Oscilatoare in trei puncte,
amplificator cu tranzistorSchema de
principiu,
pentru
variatii de
semnal
“intrare”
“ieșire”
![Page 25: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/25.jpg)
31
31
CC
CCC
31 LLL
CLf
2
02
1
2
02
1
LCf
Schema echivalenta pentru variatii a
oscilatoarelor in trei puncte
ov ov
![Page 26: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/26.jpg)
Colpitts Hartley
Optional
![Page 27: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/27.jpg)
Oscilatoare cu cuarţ
simbolcircuit
echivalent
sp CC
scazutafoartevaloareRSe poate neglija
• Rezonanta serie
s
sLC
f2
1
• Rezonanta paralel
s
ps
psC
CC
CCC
sp f
LCf
2
1
domeniu zeci KHz … sute MHz
![Page 28: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/28.jpg)
oscilator
sinusoidal cu
cuarţ
• avantaj: frecventa foarte stabila, factor de calitate ridicat
• dezavantaj: oscileaza pe frecventa fixa (frecvența cuarțului)
Optional+VAl
![Page 29: Oscilatoare sinusoidale - bel.utcluj.ro · Cu MOSFET cu canal ini ... amplificator cu tranzistor Schema de principiu, pentru variatii de semnal](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052122/5b4ba7997f8b9a5c278cf2b6/html5/thumbnails/29.jpg)
The crystal oscillator circuit sustains oscillation by taking a voltage
signal from the quartz resonator, amplifying it, and feeding it back
to the resonator. The rate of expansion and contraction of the quartz
is the resonant frequency, and is determined by the cut and size of
the crystal.
During startup, the circuit around the crystal applies a random noise
(ac) signal to it, and purely by chance, a tiny fraction of the noise
will be at the resonant frequency of the crystal. The crystal will
therefore start oscillating in synchrony with that signal. As the
oscillator amplifies the signals coming out of the crystal, the
crystal's frequency will become stronger, eventually dominating the
output of the oscillator. Natural resistance in the circuit and in the
quartz crystal filter out all the unwanted frequencies.
Quartz is amongst one of the most common minerals in the
Earth's continental crust. It has a hexagonal crystal structure
made of trigonal crystallized silica (silicon dioxide, SiO2)