GENERATORY DRGAŃ

SINUSOIDALNYCH

• Warunki generacji

drgań

• Generatory

sprzężeniowe

• Generatory LC z

elementami o
ujemnej rezystancji

• Generatory

Colpittsa, Hartleya
i Meissnera

• Poprawka liniowa i

poprawka
nieliniowa
częstotliwości

• Generatory

kwarcowe

• Generatory RC ze

sprzężeniem
zwrotnym

Podstawowe parametry:

• bezwzględna niestałość częstotliwości

 

 

f t

f t

f





0

• względna niestałość częstotliwości

 

 



f t

f t

f





0

• stałość częstotliwości

 

f

f

f

d f dt

T

o

T

0

0

1





generatory kwarcowe



f

f

/

0

generatory LC

generatory RC













10

10

6

7













10

10

3

4

,









10

10

2

3

.

k

u



u



E

g

U



U

1

U

2

R

L

Rys. 2.1. Schemat blokowy wzmacniacza z dodatnią pętlą sprzężenia zwrotnego

 





k j

U

U

k

j

u

u

u









2

1

exp

 

















u

u

j

U

U

j





2

exp

 

 

   

k j

U

E

k j

k j

j

f

g

u

u

u





 









2

1

   

















k j

j

k

j

k

k

j

u

u

u

u

u

u

u

u

k

 



























Re

Im

exp

1





k

k

u

u

u

u





 



1

1

Re

Warunek amplitudy









Im

,

,

, ,

k

n

n n

u

u

k





















2

2

0 1

lub



Warunek fazy

U

2

U

2

U

2

a)

b)

c)

U

1

U

1

U

1

0

0

0

U( )



U( )



U( )



P

P

P

U

U

u

2

1



/



U

k U

u

2

1



U( )

0

U( )

0

U( )

0

tranzystor zatkany

tranzystor przewodzi

u t

1

( )

t

0

U

BE0

u t

BE

( )

t

0

Rys. 2.2. Wzbudzanie się drgań: a) wzbudzanie miękkie, b) wzbudzanie twarde,
c) wzbudzanie w układzie z automatyczną polaryzacją obwodu wejściowego wzmacniacza,
d) przebiegi czasowe napięć w układzie z automatyczną polaryzacją obwodu wejściowego

E

0

L

C

G

R

R

R

1/

N

L

I

0

C

S

R

S

I

I

U

U

g

r

u

u





1

0

/

A

P

0

B

A

P

0

B

R

S

r

u

 0

E

0

I

0

0

0

a)

b)

G

R

R

R

1/

Rys. 2.3. Podstawowe generatory LC z elementami o ujemnej rezystancji: a) obwód

równoległy odtłumiany przez element o charakterystyce typu N, b) obwód szeregowy

odtłumiany przez element o charakterystyce typu S

a)

b)

L

L

C

C

p

C

G

R

g

u

R

S

L

p

r

u

Rys. 2.4. Linearyzowane schematy zastępcze generatorów z elementami o ujemnej

rezystancji z charakterystykami: a) typu N, b) typu S

• dla układu z elementem typu N

Y G

g

j

L

j C j C

R

u

p













1

0







• dla układu z elementem typu S

Z R

r

j C

j

L j

L

S

u

p



 







1

0







G

g

R

r

R

u

S

u





oraz

Graniczny warunek amplitudy

G

g

R

r

R

u

S

u





oraz

(W rzeczywistych warunkach)















0

0

0

2

1

1











f

L C C

L L C

p

p

,

1

2

3 2

3

1

2

3

1

2

1

3

C

2

L

2

L

2

C

2

C

1

C

1

L

1

L

1

L

L

a)

b)

c)

2

3

1

2

1

3

C

C

C

C

Rys. 2.5. Zmiennoprądowe uproszczone schematy ideowe

generatorów trójpunktowych

LC (z tranzystorami bipolarnymi i JFET): a) Colpittsa, b) Hartleya,

c) Meissnera

Rys. 2.5. Zmiennoprądowe uproszczone schematy ideowe generatorów trójpunktowych

LC (z tranzystorami bipolarnymi i JFET): a) Colpittsa, b) Hartleya,

a)

b)

U

U

C2

2



U

U

L2

2



U

U

C1

1



U

U

L1

1



U

2

U

2

U

L

U

C

I

C2

I

L2

I

I

L

C

1



I

I

C

L

1



U

U

U

C

C

L

2

1





U

U

U

L

L

C

2

1





X

1

X

3

X

2

2

1

3

U

1

U

3

G

0

U

2

Rys. 2.6. Ogólny schemat
generatorów
trójpunktowych z
tranzystorem JFET

X

X

X

1

2

3

0







Warunek
fazy

   

 

1

3

1

1

0

0

0

0







X

X

X

k

k

u

u

u









Warunek
amplitudowy

G

0

X

3

U

3

U

2

3

2

X

1

1

U

1

X

2

G

L

Rys. 2.7. Ogólny schemat generatorów trój-
punktowych w układzie OS z obciążeniem G

L

a)

b)

U

U

C2

2



U

U

L2

2



U

U

C1

1



U

U

L1

1



U

2

U

2

U

L

U

C

I

C2

I

L2

I

I

L

C

1



I

I

C

L

1



U

U

U

C

C

L

2

1





U

U

U

L

L

C

2

1





a)

b)

U

U

C2

2



U

U

L2

2



U

U

C1

1



U

U

L1

1



U

2

U

2

U

L

U

C

I

C2

I

L2

I

I

L

C

1



I

I

C

L

1



U

U

U

C

C

L

2

1





U

U

U

L

L

C

2

1





Rys. 2.8. Wykresy wskazowe napięć i prądów
w układzie z rys. 2.6: a) w generatorze
Colpittsa, b) w generatorze Hartleya

X

1

X

2

X

3

G

0

1

2

3

X

1

X

2

X

3

G

0

'

1

2

3

Rys. 2.9. Transformacja konduktancji

G

G

p

p

X

X

X

0

0

2

2

1

2

'







gdzie

k

g

g

G

G

p

u

m

ds

L

( )

/



0

0

2









 

 

u

X

X

X

X

X

p

0

1

1

3

1

2

1

1







 

   

k

g

g

G

G

p

p

u

u

m

ds

L

0

0

0

0

2

1

1

1

  











































 





p g

G

g

p g

G

ds

L

m

m

2

0

0











 0





g

G G

g

g

m

L

ds

m

2

0

4















p

g

g

G g

G

g

g

G

g

m

m

ds

L

m

ds

L

m

1

2

0

4

2

































g

g

G

g

G

g

g

g

G

m

ds

L

m

m

m

m

L

0

X

1

X

3

X

2

2

1

3

U

1

U

3

G

0

U

2

p

X

X

X

g

g

G

m

m

L

1

2

1

2









X

X

G

g

L

m

1

2



• dla generatora Colpittsa

C

C

G

g

L

m

2

1



• dla generatora Harleya

L

L

G

g

L

m

1

2



1

1

1

2

0

2

C

C

L







L

L

C

1

2

0

2

1







G

0

1

3

2

C

1

C

2

L

G

L

g

in

C

1

C

2

L

G

L

g

in

'

G

0

'

Rys. 2.10. Transmitancja konduktancji wejściowej do zacisków wyjściowych wzmacniacza

G

G

p

0

0

2

'



gdzie

p

X

X

X

C

C

C

1

2

1

2

1

1

2









g

g

X

X

g

C

C

p

in

in

in

'











 









 













1

2

2

1

2

2

2

1

1

 

k

g

g

G

G

p

g

p

u

m

ce

L

in



0

0

2

2

1

1























G

g

g

G

g

m

o

L

m

0

2

02







.

f

L C

f

L C

r

in

r

o

1

1

2

2

1

2

1

2









,

a)

b)

R

B2

R

B1

R

B1

L

1

L

2

C

C

b

L

2

L

1

C

C

b2

C

b1

U

CC

U

CC

L

D

(dławik

w.cz.)

R

B2

C

b1

C

e

R

B

R

E

 U

EE

DZ

`

L

1

L

2

C

L

1

L

2

C

C

g

R

G2

R

G1

U

DD

M

c)

d)

Rys. 2.11. Zasilanie generatorów Hartleya:
a) szeregowo, b) równolegle przez dławik
w.cz., c) od strony emitera, d) szeregowe
w układzie sprzężenia źródłowego
(z tranzystorem VMOS)

a)

c)

R

B2

L

D

U

CC

b)

U

CC

L

D

R

D

R

B2

R

B1

R

B1

T

T

T

L

L

L

C

2

C

2

C

1

C

1

C

b2

C

b1

C

b

C

b

R

B

DZ

R

E

C

1

C

2

 U

EE

Dł.w.cz

Dł.w.cz

Rys. 2.12. Zasilanie generatorów Colpittsa: a) równoległe

przez dławik w.cz.,

b) przez dławik w.cz. i cewkę obwodu rezonansowego, c) od

strony emitera

a)

U

1

'

U

1

A

p

1

p

2

U

L

R

L

C

U

2

n

1

n

2

n

T

p

U

U

n

n

p

U

U

n

n

L

1

1

2

1

2

2

2









n - liczba uzwojeń

b)

g U

m 1

'

p g

1

2

11

p g

2

2

11

G

0

U

2

U

1

1

1

: p

Rys. 2.13. Generator Meissnera:
a) schemat ideowy, b) model liniowy
z rozciętą pętlą w obwodzie bazy
( w punkcie A)

f

LC

0

1

2





Dla

G

C

Q

0

0





G

G

p g

p G

R

L







0

1

2

11

2

2

 

 





k

g

G

p g

p G

p

u

u

m

L

  

0

0

0

1

2

11

2

2

1

1













T

L

n

1

n

2

n

C

b

R

B1

R

B2

R

L

C

U

CC

C

e

R

E

R

B

L

D

Dł.w.cz

a)

b)

U

CC

R

L

C

L

C

b2

C

b1

Rys. 2.14. Generator Meissnera: a) z zasilaniem szeregowym, b) z zasilaniem równoległym

a)

b)

T

T

L

L

z




























L

z1

L

z2

C

3

C

1

C

2

C

1

C

2

C

L

1

L

2

Rys. 2.15. Odmiany generatorów LC: a)
generator Clappa,
b) generator Khna-Hutha

L

L

C

z

 

1

2

3







f

f

r

f

L

r

L





0

2

0

2

2

1

2



f

LC

0

1

2









f

f

C

C C

r g

G

g

L

o

L









0

1

1

2

1

Dla generatora Colpitsa

f

L C

C

0

1

2

1

2

1 1

1

















Liniowa poprawka częstotliwości

Nieliniowa poprawka częstotliwości

 

L

j

C

j

G

Y







1







 

C

L

G

L

j

C

j

G

Y

1

,

1

2

0

0

0

0























 

 



0

1

1

1

0

2

0

0

0















L

k

k

j

G

L

k

j

C

k

j

G

k

Y









dla generatora Colpittsa

2

2

2

2

0

0

1

1

2

1

k

k

g

h

k

Q























R

z

R

z

X

z

r

k

X

z



s



r



m

1



C

o





s

k

Q

2

Rys. 2.16. Impedancja rezonatora
kwarcowego

C

1

C

2

2

3

1

2

1

3

C

L

2

L

1



S



S

T

T



S

a)

b)

c)

C

1

C

2

L

R

L

U

CC

U

EE

Rys. 2.17. Podstawowe układy Butlera: a) z czwórnikiem

sprzęgającym Colpittsa,

b) z czwórnikiem sprzęgającym Hartleya, c) praktyczna realizacja

z czwórnikiem

sprzęgającym Colpittsa

a)

b)

c)

d)

( )

L

( )

L

( )

L

1

( )

L

1

L

2

L

2

L

2

C

1

C

2

C

1

C

2

U

CC

U

CC

C

2

C

1

2

3

1

1

2

3

C

C

C

2

C

U

CC

U

CC

L L

z









L L

z

 



Rys.2.18. Generatory: a) Colpittsa-Pierce’a z dwoma pojemnościami,

b) Colpittsa-Piercea

z obwodem rezonansowym, c) Hartleya-Piercea z indukcyjnością, d)

Hartleya-Piercea

z obwodem rezonansowym

U

2

R

1

R

2

R

b

R

a

C

1

C

2

U





U





U

1

Rys. 2.19. Mostek
Wiena

2

1

2

2

/

Z

Z

Z

U

U















b

a

b

R

R

R

U

U











2

/



























Q

j

U

U

1

0

2











0

0





2

2

1

1

2

0

1

R

C

R

C





2

1

1

2

0

1

1

R

R

C

C











2

1

1

2

0

0

0

2

R

C

R

C

d

d

Q























b

a

b

R

R

R

U

U











2









2

2

2

2

1

U

U

U

U

U

U

U









































Praktyczni
e

R

R

R

C

C

C









2

1

2

1

,

3

/

1

,

3

/

1

,

/

1

0

0











Q

RC









R

R

a

b

 

2





 1





















1

3

1

3

j

)

1

(

9

)

3

)(

3

(

)

3

(

)

3

(

3

1

3

1





















j

j

j

j



























 



































9

1

1

0

j

j





0

9

 /































arg

arg

9

1 j



0

1



R C

Q 









 





0

0

0

2

2

1

1

9



| |



1 3

/



 0



 0



0



9

Im



Re



a)

b)

0

 0

0

 

 0

 1 3

/



0

0





0

0





0

0









o



o



o

arg



arg





0



 0









/2





/2







0

0





 0



c)

d)

Rys. 2.20. Charakterystyki transmitancji dla mostka Wiena: a)

amplitudowo-fazowa

b) modułu, c) fazy

 







9

0

k

u

C

C

C n

/

R

R

nR

U

2

U



Rys. 2.21. Czwórnik

TT

 

 









 

 







u

U

U

n

j

n

n

j











 





2

2

1

2

1 1/



















0

0

0

1

,

RC





n





05 1

1

,

'

'





dla















u

j

j

j

'

'

'

'



















4

4

1



| |



1

n05

,

n05

,

0



0

1

 / RC

2

1

2

1 1

n

n

n



  /

 

Im



u

 

Re



u



u0

n05

,

n 05

,

n 05

,

1

 



0



a)

b)

arg



u





arg



u



/2





/ 2

0

n05

,

n 05

,

c)

n 05

,

n 05

,

0





 2



Rys. 2.22. Charakterystyki transmitancji dla czwórnika TT: a)

amplitudowo-fazowa,

b) modułu c) fazy





 

























 

u

u

n

b

a

b

R

R

R

0 5

,

R

R R

b

a

b







4



 







































u

j

j

j
j

j

4 4

4

4

1

k

u







Im(

)





Re(

)









1/ k

u





0



0





a)

b)

d)

c)

k

u







Re(

)





Im(

)









A

'

A

0



0

1/ k

u













1/

'

k

u





Rys. 2.23. Schematy blokowe generatorów RC: a) z jedną pętlą, c) z dwoma pętlami i ich

charakterystyki amplitudowo-fazowe (odpowiednio b i d)

 









k

k

k

u

u

u

'

'

'

 

























0

0

1

 

 

  





 













0

0

0

,

Q

k
k

Q

u

u





'





k

u











Re(

)





Im(

)











0





0



0



0

 

Im( )



Re( )





0



a)

b)

c)

1

Rys.2.24. Schemat blokowy generatora z czwórnikiem podwójne TT i jego charakterystyki

amplitudowo-fazowe

 









k

k

k

u

u

u



 























0

0

1

a)

b)

R

R

R

R

R/ 2

C

C

C

1

C

2

U

o

R

4

R

3

R

2

R

7

R

G

R

6

 U

GG

 U

GS

JFET

JFET

D

1

D

2

U

C2

P

2

C

R

4

P

2

R

3

R

2

R

7

R

6

C

2

D

1

U

C2

C

1

D

2

R

5

R

5

U

GS

U

o

C

C

Rys. 2.25. Generatory RC: a) z mostkiem Wiena, b) z mostkiem podwójne T