Post on 04-Jan-2016
description
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