Oscilator in conexiune DC/CC

Oscilator in conexiune DC/CC

Schema de principiu este prezentata in fig. 15.

Fig. 15 Oscilator in conexiune DC

Din figura rezulta ca amplitudinea oscilatiilor la iesire:

(58)

nu poate depasi valoarea limita:

. (59)

Amplificarea in tensiune va fi:

,

egala cu valoarea coeficientului de priza.

In conditii de semnal mic amplificarea unui etaj repetor pe sursa/emitor se determina cu relatia:

,

care, pentru tranzistoare cu efect de camp poate varia in limitele 0,5-0,8, iar pentru tranzistoare bipolare in limitele 0,8-0,95. In conditii de semnal mare, in functie de valoarea semiunghiului de conductie se poate obtine in ambele situatii o amplificare in limitele 0,5-0,8.

La stabilirea valorii amplificarii in tensiune se are in vedere si varianta de implementare a oscilatorului. Astfel, pentru oscilatoarele Colpitts comantate in tensiune, indiferent de elementul activ folosit, se prefera un coeficient de priza de 0,5, obtinut cu ajutorul a doua diode varicap identice.

Conductanta de sarcina optima se determina cu relatia (46), unde - tensiunea continua intre electrozii de iesire va avea valoarea:

. (62)

Pe baza acesteia se stabileste valoarea conductantei de sarcina cu relatia (47), dupa care putem determina:

conductanta echivalenta a circuitului oscilant:

(63)

conductanta echivalenta a circuitului oscilant in gol:

. (64)

Pentru un factorul de calitate al circuitului oscilant in gol masurat practic, putem determina:

valoarea reactantei :

; (65)

factorul de calitate echivalent:

; (66)

valoarile reactantelor si :

; .

Studiu de caz. Varianta 1. Sa se proiecteze un oscilator Hartley folosind tranzistorul cu efect de camp BF254 in montaj drena comuna, casa C, pornind de la urmatoarele date initiale:

Stabilirea punctului static de functionare Tranzistorul functionand in clasa C () vom realiza polarizarea automata prin intermediul unui grup paralel in circuitul de grila (vezi paragraful .). Fiind vorba de un oscilator Hartley, sursa se va conecta la masa prin rezistenta infasurarii inductantei L2. Conform relatiilor (43) si (45) rezulta:

tensiunea intre electrozii de intrare:

tensiunea de polarizare: .

tensiunea drena sursa:

Calculul performantelor si elementelor de circuit in curent alternativ Conform relatiilor (48)-(50) rezulta:

amplitudinea oscilatiilor:

amplificarea in tensiune:

coeficientul de priza: .

conductanta de sarcina optima:

.

Stabilim

conductanta echivalenta:

conductanta echivalenta a circuitului oscilant in gol, avand in vedere modul de polarizare a tranzistorului (vezi fig. ), va fi: ,

valoarea reactantei : ;

valoarea rezistentei de pierderi a bobinei

Fiind vorba de un oscilator Hartley aceasta reactanta va avea caracter capacitiv , astfel incat putem determina valoarea lui pentru ca oscilatorul sa oscileze pe frecventa impusa de 1 MHz:

factorul de calitate echivalent:

valoarea reactantei , care va avea caracter inductiv:

,

de unde, pentru frecventa de oscilatie de 1 MHz obtinem:

valoarea reactantei, de acelasi tip cu (inductiv):

de unde, pentru frecventa de oscilatie de 1 MHz obtinem:

In fig. 1 este prezentata schema de principiu a oscilatorului si rezultatele simularii. Aceste rezultate confirma corectitudinea calculelor.

a) c)

Fig. 16 Oscilator Hartley cu TEC in montaj DC

a) Schema de principiu; b) Rezultatele simularii cu reprezentre

in domeniul timp; c) in domeniul frecventa;

In cazul in care inductante sunt cuplate mutual, cu un coeficient de cuplaj k = 1 (specific mediului de simulare), valorile acestora se determina avand in vedere ca inductanta echivalenta a circuitului oscilant , pentru a nu maodifica frecventa de oscilatie, trebuie sa fie egala cu:

.

Stiind ca, in acest caz valoarea coeficientului de priza trebuie sa fie egal cu:

; (69)

iar

,

rezulta: ;

;

Din analiza rezultatelor simularii se constata ca acest tip de oscilator se amorseaza mai greu, avand in vedere ca tranzistorul functioneaza in montaj drena comuna (amplificare subunitara) si in clasa C. Amorsarea oscilatiilor are loc dupa aproximativ , iar intrarea in regim permanent dupa aproximativ .

Studiu de caz. Varianta 2. Sa se proiecteze un oscilator Colpitts comandat in tensiune cu diode varicap, folosind tranzistorul cu efect de camp BF254 in montaj drena comuna, pornind de la urmatoarele date initiale:

Stabilirea punctului static de functionare Deoarece oscilatorul Colpitts in montaj drena comuna necesita prezenta rezistentei de sursa, polarizarea se va face automat, prin intermediul acesteia. In clasa A, valoarea acestei rezistente este de ordinul sutelor de ohmi, ceea ce determina o suntare puternica a circuitului oscilant cu consecintele cunoscute. Pentru a mari valoarea rezistentei de sursa si pentru o amorsare usoara a oscilatiilor vom alege clasa A-B de functionare, cu un semiunghi de deschidere de 1,67 rad (95,7^o). Pentru transferarea diferentei de potential in grila, aceasta se va conecta la masa prin intermediul rezistentei ifasurarii bobinei de inductanta (vezi fig. 17).

Conform relatiilor (43) si (45) rezulta:

tensiunea intre electrozii de intrare: ,

tensiunea de polarizare: ,

tensiunea pe rezistenta de sursa: ,

componenta continua a curentului de drena:

rezistenta de sursa: .

tensiunea drena sursa:

Fiind vorba de un oscilator Colpitts comandat in tensiune cu diode varicap, rezulta ca trebuie sa indeplinim conditia ca .

Deoarece rezulta: tensiunea de intrare: , astfel incat amplitudinea oscilatiilor va fi: .

Calculul elementelor de circuit in curent alternativ

conductanta de sarcina optima, in acest caz, se determina tinand cont de valoarea reala a tensiunii de iesire, adica:

,

Datorita suntarii puternice pe care o exercita rezistenta de sursa asupra circuitului oscilant este greu de satisfacut relatia (47), astfel incat, atunci cand se opteaza pentru varianta Colppits, valoarea reala a conductantei de sarcina o vom stabili cautand sa se ideplineasca conditia:

, (71)

ceea ce, in cazul nostru inseamna . Se constata ca, in cazul nostru va fi destul de greu de amorsat oscilatiile, fapt pentru care, de cele mai multe ori se prefera varianta Hartley de implementare. Pentru exemplificare vom considera pierderile bobinei neglijabile, astfel incat ;

conductanta echivalenta va fi:

, (72)

in cazul nostru ,

conductanta echivalenta a circuitului oscilant in gol ,

valoarea reactantei , considerand un factor de calitate echivalent , acceptabil la frecventa de 100 MHz, se va determina din relatia:

; (73)

rezultand

valoarea rezistentei de pierderi a bobinei . La simulare putem analiza influenta pierderilor bobinei asupra functionarii oscilatorului, modificand valoarea lui in limite acceptabile.

Fiind vorba de un oscilator Colpitts aceasta reactanta va avea caracter inductiv, , astfel incat putem determina valoarea lui pentru ca oscilatorul sa oscileze pe frecventa minima impusa de 100 MHz:

reactantele si sunt egale cu si au caracter capacitiv, astfel incat, la frecventa minima impusa de 100 MHz:

In procesul de acord in gama se modifica valoarea capacitatilor si , inductanta ramanand constanta, astfel incat, la frecventa maxima:

,

, .

In aceste conditii schema de principiu a oscilatorului, in cazul functionarii pe frecventa fixa va fi cea prezentata in fig. 17 a), iar comandat in tensiune cea prezentata in fig. 18. In acest ultim caz apare necesitatea separarii in curent contunuu a anozilor diodelor varicap de potentialul sursei prin capacitatea de separare Cs.

Din analiza rezultatelor simularii, prezentate in fig. 17 b) si c) se constata corectitudinea calculelor si faptul ca, alegand clasa A-B de functionare a tranzistorului oscilatiile se amorseaza foarte rapid, insa, suntarea puternica a circuitului oscilant de catre rezistenta de sursa face ca acesta sa ajunga mai lent in regim de semnal mare.

Fig. 17 Oscilator Colpitts cu TEC in montaj

drena comuna pe frecventa fixa;

a) Schema de principiu, b) Rezultatele simularii

cu reprezentre in domeniul timp; c) in domeniul frecventa

Fig. 17 Oscilator Colpitts cu TEC in montaj

drena comuna, comandat in tensiune