Elektr
Elektronika dla informatyków
onika dla inf
or
ma
tyków
Elektronika dla informatyków
Elektronika
Elektronika
(nie tylko) dla informatyków
(nie tylko) dla informatyków
Elementy i układy elektroniczne
Elementy i układy elektroniczne
wokół mikroprocesora
wokół mikroprocesora
Wykład 10. Równoległy obwód LC w praktyce
Mikroprocesory są dziś powszechnie stosowane bazie mikroprocesorów. Zdarza się jednak, iż elektronikami. Niniejszy cykl, przedstawiający nie-
w najróżniejszych urządzeniach, nie tylko fabrycz- twórcy takich konstrukcji, zafascynowani łatwoś- zbędne zasady, kluczowe elementy elektroniczne
nych. Niska cena, łatwość programowania i dostęp- cią programowania, popełniają błędy układowe, i rozwiązania układowe, opracowany został wpraw-
ność wszelkich niezbędnych narzędzi powodują, że wynikające z nieznajomości podstaw elektroniki. dzie głównie dla miłośników mikroprocesorów, ale
coraz młodsi realizują interesujące układy na Okazują się dobrymi informatykami, ale słabymi pożytek zeń odniosą wszyscy Czytelnicy.
Obwody rezonansowe w sza. Gdy będzie dużo większa od R1, wtedy miedzi i  żelaza (ferrytu), tym ma większą
praktyce praktycznie cały sygnał wejściowy przejdzie dobroć. Natomiast popularne małe dławiki
Obwody rezonansowe od dawna pełniły i po na wyjście. ogólnie biorąc mają kiepską dobroć.
części nadal peÅ‚niÄ… rolÄ™ filtrów. Jednak współ- Ale elektronicy nie lubiÄ… cewek, a zwÅ‚asz- PamiÄ™tamy też, że Rr = Q*Á, wiÄ™c jeÅ›li i
czesny elektronik rzadko ma do czynienia ze cza ich nawijania. CzÄ™sto wykorzystujÄ… goto- Á, i Q bÄ™dÄ… maÅ‚e, to i rezystancja Rr bÄ™dzie
złożonymi filtrami LC, a co najwyżej z pro- we cewki, w tym miniaturowe dławiki, a niewielka. Wtedy okaże się, że nawet dla czę-
stymi obwodami rezonansowymi, zazwyczaj te nie mają zbyt dużej dobroci. Niektórzy stotliwości rezonansowej nasz filtr z rysunku
równoległymi. Podstawowa zasada jest pro- dodatkowo chcą przy tym okazać się sprytni 70 znacznie tłumi sygnał.
sta: czym większa dobroć obwodu, tym węż- i gotowi są zastosować cewkę o małej induk- Ktoś zaproponuje, żeby w takim wypadku
sze pasmo przenoszenia i zwykle zależy nam cyjności, a dla uzyskania potrzebnej często- radykalnie zmniejszyć rezystancję R1...
na uzyskaniu czy utrzymaniu dużej dobroci, tliwości rezonansowej chcą dołączyć do niej Na pozór jest to dobry pomysł, bo tłumie-
ponieważ chcemy skutecznie filtrować syg- kondensator o dużej wartości. Owszem, uzy- nie sygnału powinno się zmniejszyć. Owszem,
nały. Warto mieć choć podstawową wiedzę o skają w ten sposób potrzebną częstotliwość tylko wtedy pojawi się kolejny problem.
takich prostych filtrach. rezonansową, ale... Początkujący popełniają tu fatalny błąd. I
W praktyce czÄ™sto równolegÅ‚y obwód Czy już widzisz, gdzie tu jest puÅ‚apka? to nie tylko w obwodach o maÅ‚ej opornoÅ›ci Á.
rezonansowy włączony jest w szereg z rezy- Otóż  sprytna próba wykorzystania małe- Także jeśli obwód LC ma dużą dobroć, cieszą
stancją, z którą tworzy dzielnik napięcia go dławika i dużego kondensatora wpraw- się z tej dobroci i... gotowi są zastosować
 rysunek 70a. Tu sprawa jest dość pro- dzie zapewni potrzebną częstotliwość rezo- rezystor R1 o małej wartości. Tymczasem
sta: jest to zwyczajny dzielnik. Nie możemy nansową, jednak jednocześnie oznacza, że rezystor ten psuje dobroć obwodu!
zapomnieć, że jest to rzeczywisty obwód ze rezystancja charakterystyczna Á bÄ™dzie maÅ‚a. W podrÄ™cznikowych analizach obwodów
Á
stratami, które możemy przedstawić w posta- Przecież równoległych, a także w naszych wcześniej-
ci rezystancji równoległej Rr, jak na rysunku szych rozważaniach, jako oczywisty trak-
L


70b. Przy częstotliwości rezonansowej f nasz towaliśmy fakt, że sygnał dostarczany jest
0
C

filtr-dzielnik uprości się do postaci jak na z generatora, w którym amplituda napięcia
rysunku 70c i da na wyjściu największy syg- Mała cewka i duży kondensator tworzą obwód jest niezmienna, niezależna od częstotliwości.
nał. Natomiast dla innych częstotliwości syg- o bardzo małej oporności charakterystycznej Taki generator to idealne z
ródło napięciowe,
naÅ‚ wyjÅ›ciowy bÄ™dzie stÅ‚umiony i przesuniÄ™ty Á. A to oznacza, że bÄ™dÄ… tam pÅ‚ynąć duże a takie z
ródło ma, jak wiadomo, zerową rezy-
Á
w fazie mniej więcej jak na rysunku 70d. prądy, które powodować będą straty choćby stancję wewnętrzną  rysunek 71a. Oznacza
Przy częstotliwość rezonansowej mamy w rezystancji drutu cewki. W praktyce dobroć to między innymi, że w filtrze-dzielniku z
dzielnik R1/Rr i oczywiście zależy nam na obwodu LC jest wyznaczona przez właściwo- rysunku 70 rezystancja R1 zostanie dołączona
tym, żeby rezystancja Rr była jak najwięk- ści użytej cewki. To bardzo złożony temat, ale równolegle (tak!) do rezystancji Rr i tym spo-
można w uproszczeniu stwierdzić, że czym sobem zepsuje dobroć obwodu LC! Ilustruje
Rys. 70
większe wymiary ma cewka, czym ma więcej to rysunek 71b.
Popatrz na
a) b) c) d)
a
1.0 90.0°
rysunki 70 i 71.
0.9
67.5°
Czy już widzisz,
R1 R1 R1
0.8
45.0°
że wskazują one
0.7
22.5°
dwa sprzeczne
0.6
0.5 0.0°
kierunki działań?
G L G L G
0.4
-22.5° W praktyce rezy-
0.3
R
R
r
r
-45.0° stancja strat Rr
C C 0.2
R
R
r
r
-67.5° jest wyznaczona
0.1
przez obwód LC,
0.0 -90.0°
częstotliwoS
ć
Maj 2010 El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch
M
a
j
2
0
1
0
32
32
e
Faza
e
e
we
w
we
w
we
w
U
U
U
U
U
U
Amplituda
y
y
y
wy
w
wy
w
wy
w
U
U
U
U
U
U
Elektronika dla informatyków
Elektronika dla informatyków
a) I b) c) d)
U+ U+
a) b)
przepięcie obcięte
p
r
z
e
p
i
Ä™
c
i
e
o
b
c
i
Ä™
t
e
L L L L
przez diodÄ™
p
r
z
e
z
d
i
o
d
Ä™
C C
U+ U+
C C
R R R R
R
R
R
R
r r r R r
r
r
r
r
R
T
T
x
ródło
prÄ…dowe
duża rezystancja R
d
u
ż
a
r
e
z
y
s
t
a
n
c
j
a
R
T
T
L
T
niewiele pogarsza dobroć
n
i
e
w
i
e
l
e
p
o
g
a
r
s
z
a
d
o
b
r
o
ć
D L
tranzystor
R
R
T
T
tranzystor
sterowane
x
ródło prądowe
x

r
ó
d
Å‚
o
p
r
Ä…
d
o
w
e
T T
Rys. 72
torowy tranzystora nie jest idealnym
a) b)
U+ U+
Rys. 74
z
ródłem prądowym (rysunek 72c), ale
jego rezystancja dynamiczna R dla
T
składowa
I
I zmienna
składowa
składowa prądu przebiegów zmiennych jest duża, więc wyłączaniu cewki (np. przekaz
nika) i dla
stała
I I
stała kolektora
prÄ…du
prądu dodatkowe tłumienie wnoszone przez ograniczenia przepięć włączamy diodę gaszą-
t
kolektora
składowa
t
kolektora
stała
dużą rezystancję R jest niewielkie cą  rysunek 74, tylko że tam impulsy napię-
T
napiecia
wyjS
ciowego
(rysunek 72d) i sytuacja jest zdecydo- cia występują jedynie podczas przerywania
wanie korzystniejsza, niż w układzie z prądu w cewce, natomiast na obwodzie rezo-
rysunku 71b, gdzie był rezystor R1 o nansowym występuje przebieg sinusoidalny,
stosunkowo niedużej wartości. praktycznie bez składowej stałej.
Rys. 73
napięcie wyjS
ciowe
n
a
p
i
Ä™
c
i
e
w
y
j
S

c
i
o
w
e
poniżej masy Zauważ, że po pierwsze, nie ma tu Idz
my dalej: a jaką wartość będzie mieć to
p
o
n
i
ż
e
j
m
a
s
y
zwłaszcza cewkę. Aby jak najmniej stłumić dodatkowego rezystora R1 o niedużej napięcie wyjściowe?
sygnał przy częstotliwości f , chcielibyśmy wartości, a po drugie, że napięcie wyjściowe Gdyby tranzystor był idealnym z
ródłem
0
zmniejszyć R1, zgodnie z rysunkiem 70, ale wykroczy ponad dodatnie napięcie zasilania. prądowym, wtedy zgodnie z rysunkiem 72a,
to spowoduje zmniejszenie dobroci, jak wska- To akurat nie jest nic dziwnego  w układzie zmienne napięcie wyjściowe, występujące
zuje rysunek 71b. Sprawa redukcji dobroci z rysunku 70 (a także we wcześniej analizo- przy częstotliwości rezonansowej f na obwo-
0
jest poważna, bo rezystancja R1 zazwyczaj wanych obwodach) mieliśmy do czynienia dzie LC, zależałoby tylko od rezystancji strat
jest znacznie mniejsza od Rr, a więc pogor- z napięciami zmiennymi, które były syme- Rr i wielkości składowej zmiennej prądu:
szenie dobroci będzie poważne, może nawet tryczne względem masy. Jednak w przypadku Uwy = I * Rr
niedopuszczalne. Ale nie będziemy wchodzić tranzystora z rysunku 72b jest to o tyle warte Przy okazji warto podkreślić, że do obli-
w dalsze szczegóły, bo chcę Ci tylko zasygna- szerszego wyjaśnienia, ponieważ początku- czeń trzeba tu wziąć właśnie rezystancję Rr,
lizować ten poważny i dość trudny problem. jÄ…cy majÄ… z tym kÅ‚opot. Jak wiadomo, prÄ…d a nie Á. Oznacza to, że przy czÄ™stotliwo-
Á
Okazuje się oto, że piękna idea filtru z kolektora płynie tylko w jednym kierunku. ści rezonansowej w cewce i kondensatorze
rysunku 70a w praktyce okazuje się nieła- Gdyby obciążenie było rezystorem, otrzyma- popłyną prądy I , I wielokrotnie większe, niż
C L
twa do realizacji, zwłaszcza jeśli chcemy libyśmy na nim napięcie o jednej biegunowo- składowa sinusoidalna prądu kolektora I. Jak
utrzymać dużą dobroć, czyli uzyskać wąskie ści. Natomiast ku zdziwieniu początkujących, już wiemy, prądy te będą Q razy większe od
pasmo przenoszenia i dobrą selektywność. ten sam prąd jednokierunkowy, płynąc przez składowej zmiennej prądu kolektora I. Prądy
Jednak są inne możliwości. Przecież już obwód rezonansowy, spowoduje powstanie na I , I mogą osiągnąć dużą wartość, ale w
C L
wcześniej zauważyliśmy, że dla uzyskania nim napięcia przemiennego. Nie jest to jed- praktyce ryzyko uszkodzenia występuje tylko
dużej dobroci korzystne jest zwiększenie war- nak nic dziwnego. Przeanalizujmy analogicz- w obwodach wysokiej częstotliwości i dużej
tości R1. Idz
my tym tropem. Otóż najlepiej ny obwód z tranzystorem PNP. Jak pokazuje mocy, np. w nadajnikach radiowych.
by było, gdyby równoległy obwód rezonan- rysunek 73a, prąd kolektora może być modu- Rezystancja Rr jest zwykle duża, prąd
sowy współpracował nie ze z
ródłem napię- lowany przebiegiem sinusoidalnym. Powiemy, możemy zwiększać, w razie potrzeby stosu-
ciowym i rezystorem R1 według rysunku że prąd ten zawiera składową stałą i składową jąc tranzystor większej mocy, a to wskazuje,
70a, tylko ze z
ródłem prądowym (oczywiście sinusoidalnie zmienną. Na rezystorze prąd ten że...
prądu zmiennego), ponieważ idealne z
ródło wywoła spadek napięcia, który też będzie miał można otrzymać na wyjściu dowolnie
prądowe ma nieskończenie wielką oporność składową stałą i składową zmienną. Natomiast duże napięcie i to przy zachowaniu dużej
wewnętrzną. Wtedy niepotrzebny byłby w w obwodzie z obwodem LC z rysunku 73b dobroci Q!
ogóle rezystor R1! Idea pokazana jest na składowa stała, czyli mająca częstotliwość Owszem, choć trzeba uwzględnić nie-
rysunku 72a, a często spotykana realizacja zero, przepływając przez obwód rezonanso- doskonałość tranzystorowego z
ródła prądo-
 na rysunku 72b. Co prawda obwód kolek- wy, spowoduje co najwyżej niewielki spadek wego, zobrazowaną na rysunku 72c i 72d.
napięcia stałego na rezystancji drutu cewki, Dobroć zostanie zmniejszona wskutek rów-
Rys. 71
który możemy spokojnie pominąć. Natomiast noległego połączenia rezystancji Rr i R ,
T
składowa zmienna prądu wywoła napię- jednak rezystancja R generalnie jest dość
a) b) T
cie sinusoidalnie zmienne względem duża i redukcja dobroci będzie zdecydowanie
R1 masy (porównaj wcześniejsze rysunki mniejsza niż w koncepcji z rysunku 70 i 71.
rezystancja
r
e
z
y
s
t
a
n
c
j
a
L
R =0
R
=
0
w
wewnetrzna w
w
e
w
n
e
t
r
z
n
a
30, 54). Teoretycznie napięcie wyjściowe mogłoby
x
ródła C
x

r
ó
d
Å‚
a
R1 R
R
r Chyba nie masz wątpliwości, że więc być dowolnie duże, wielokrotnie więk-
r
L
napięcie na obwodzie rezonansowym, sze od napięcia zasilania tego tranzystorowe-
włączonym w obwód kolektora lub go układu. W praktyce ograniczeniem okazu-
C
drenu tranzystora, wykroczy poza je siÄ™ tranzystor. Ale tÄ… kwestiÄ… zajmiemy siÄ™
R
R
r
r
napięcie zasilania. Z czymś podob- w następnym odcinku.
nym mamy przecież do czynienia przy Piotr Górecki
idealne x
ródło napięciowe
x

r
ó
d
Å‚
o
n
a
p
i
Ä™
c
i
o
w
e
R =0
R
=
0
w
w
El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch Maj 2010
El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch Maj 2010
M
M
a
a
j
j
2
2
0
0
1
1
0
0
33
y
y
wy
w
wy
w
U
U
U
U