Maciej Babirecki Gdynia 2000-11-10

Radioelektronika III

Temat: Generatory sinusoidalne i kwarcowe.

CEL ĆWICZENIA: Celem ćwiczenia jest poznanie budowy generatorów sinusoidalnych LC, sposobu zaprojektowania oraz obserwacje charakterystyk przejściowych. Zapoznanie się z właściwościami pozwoli na znalezienie zastosowania ogólnie generatorów.

1.Wstęp.

Generatorem nazywamy układ elektroniczny przeznaczony do wytwarzania zmiennego przebiegu elektrycznego. W przypadku generatorów drgań sinusoidalnych powinien być to przebieg harmoniczny o możliwie małych zniekształceniach oraz o stałej częstotliwości i amplitudzie.

Jako obwód elektryczny, generator jest układem niestabilnym, gdyż wytwarza przebieg zmienny bez doprowadzenia sygnału z zewnątrz.

Parametry opisujące właściwości generatora są następujące:

- częstotliwość generowania

- amplituda przebiegu

- stałość częstotliwości

- stałość amplitudy

- zawartość harmonicznych

- fluktuacje częstotliwości i amplitudy.

W generatorze drgań sinusoidalnych musi być zastosowany układ określający częstotliwość, mówimy o generatorach LC, jeśli jest to kryształ piezoelektryczny o generatorach kwarcowych.

2.Przebieg ćwiczenia.

2.1 Obliczenia projektowe.

Dla generatora Colpittsa

I tak dla L = 15 uH, f = 225 kHz,

Cce = 0,5 pF = C2

Z warunku amplitudy:
stąd

Cbe = 30 nF = C1

Dla generatora Clappa

Obliczenia z warunku fazy: Xce + Xcb + Xbe = 0

dlaL = 30 uF, f = 225 kHz,

C1 = 18 nF, Cce = C2 = 33 nF, Cbe = C12 = 1 nF.

2.2. Obserwacja kształtu drgań generatora z wzmacniaczem pasmowym

2.2.1 Schemat układu pomiarowego :

2.3.1 Schemat układu pomiarowego :

a) Układ Colpitssa b) Układ Clappa

C₁=30 nF C₁=18nF

C₂= 0,5 pF C₂=33 nF

L=30 μH C₁₂=1 nF

.

2.4.Generator z bramkami i kwarcem.

3.Wnioski.

Generatory to układy wytwarzające przebiegi elektryczne o określonym kształcie. Aby nastąpiła generacja muszą być spełnione dwa warunki:

a) warunek amplitudy |K_u| |β| = 1,

b) warunek fazy ϕ + ψ = 0 + 2π (k = 0,1,2, ...)

Zgodnie z warunkiem amplitudy układ może wytwarzać drgania tylko wtedy, gdy wzmacniacz kompensuje działania tłumiące czwórnika sprzężenia zwrotnego. Warunek fazy wskazuje, że drgania mogą wystąpić tylko wtedy, gdy suma przesunięć fazowych wnoszonych przez wzmacniacz i czwórnik sprzężenia zwrotnego wynosi zero lub wielokrotność 360°. Częstotliwość generowania sygnału zależy głównie od elementów sprzężenia zwrotnego, natomiast amplituda sygnału od wzmocnienia wzmacniacza.

Pierwszym badanym układem to generator ze wzmacniaczem pasmowym. Przy zmianie obciążenia potencjometrem w górę amplituda napięcia maleje, a częstotliwość dolna wynosi f_d=200 Hz (RM). Natomiast zmieniając w dół f_d=6890 Hz. Otrzymane przebiegi przedstawiono na wykresie.

Drugim układem był generator Colpitssa, w którym cechą charakterystyczną jest pojemnościowy dzielnik napięcia C₁ ,C₂ określający wartość napięcia sprzężenia zwrotnego dodatniego. Od pojemności zastępczej kondensatorów C₁ ,C₂ połączonych szeregowo (C = C₁||C₂ ) i indukcyjności L zależy częstotliwość drgań. W obwód zasilania kolektora jest włączony dławik o indukcyjności L_z, który odseparowywuje obwód zasilania od obwodu sygnału generowanego. Zwiększając wartość I_e obserwujemy wzrost amplitudy napięcia co obrazuje przebieg na wykresie.

Jedynym z generatorów o zwiększonej stałości częstotliwości jest generator Clappa, będący modyfikacją generatora Colpitssa. zamiast indukcyjności sprzęgającej wejście z wyjściem zastosowano szeregowy obwód rezonansowy L, C₁₂. Dzięki temu, mimo dużych pojemności kondensatorów C₁, C₂, C₁₂ oraz indukcyjności L może być spełniony warunek fazy. Przebiegi napięć przedstawiono na wykresie.

Generator kwarcowy składa się z szeregowego obwodu rezonansowego o bardzo dużej dobroci oraz z równoległej pojemności oprawki i doprowadzeń. Charakteryzuje się dwiema częstotliwościami: rezonansu szeregowego i równoległego. W najprostszych generatorach kwarcowych rezonator pracuje jako element rezystancyjno indukcyjny. Generatory kwarcowe umożliwiają wytważanie sygnałów o częstotliwościach w zakresie 10KHz - 100MHz.

---