Stabilitatea amplitudinii oscilatiilor

Stabilitatea amplitudinii oscilatiilor

Pentru a obtine o buna stabilitate a amplitudinii oscilatiilor, de regula, oscilatoarele de radiofrecventa functioneaza cu o autolimitarea ampltudinii.

Polarizarea tranzistoarelor in vederea autolimitarii amplitudinii trebuie sa asigure:

o excitatie usoara, ceea ce impune ca, in lipsa oscilatiilor , conditie realizabila daca tensiunea de polarizare initiala asigura deschiderea elementului activ, iar impedanta de sarcina este suficient de mare (circuit LC cu Q mare),

descresterea lui odata cu cresterea amplitudinii oscilatiilor, astfel incat, in regim dinamic permanent tensiunea de polarizare sa devina constanta, conditie indeplinita prin reactia negativa introdusa de componenta continua din spectrul impulsurilor de curent din circuitul de intrare si de iesire.

Pentru tranzistoarele bipolare aceste conditii se pot realiza folosind circuitul de polarizare din fig. 21, in care stabilizarea amplitudinii se realizeaza prin reactia introdusa de componenta de c.c. a curentului de emitor pe decuplata cu

a)                                                 b)

Fig. 21 Polarizarea tranzistorului bipoar in oscilatorul de radiofrecventa

a)     circuitul de polarizare; b) punctul de functionare

in regim permanent al oscilatiilor

Tensiunea baza-emitor in regim static (in lipsa oscilatiilor) va fi:

. (96)

Pentru amorsarea oscilatiilor componenta fixa trebuie sa indeplineasca conditia:

. (97)

In regim de oscilatii permanente, tinand seama ca: ; , se obtine tensiunea B-E:

. (98)

Impunandu-se semiunghiul de conductie , se pot calcula si

; ; (99)

. (100)

Mai sugestiva este rezolvarea grafica din fig. 21 b).

In regim static tranzistorul functioneaza in clasa A, cu , , astfel incat intersectia dreptelor ce definesc variatia tensiunii baza emitor - E_BE in functie de componenta continua a curentului de colector - , definite de relatiile (98) si (100), este punctul A, unde tensiunea initiala este mai mare decat tensiunea de deschidere a tranzistorului, . In regim dinamic semiunghiul de conductie se micsoreaza - , astfel incat intersectia dreptelor are loc in punctul B, unde .

Deoarece pe durata regimului tranzitoriu, pana la stabilizarea amplitudinii oscilatiilor, curentul de colector variaza de la zero la , variaza si el cu . Pentru a reduce cat mai mult pe , care modifica parametrii tranzistorului, trebuie marita reactia negativa - de exemplu, marind (in principiu poate lipsi, stabilizarea amplitudinii avand loc pe seama cresterii lui ). Componenta variaza mult cu temperatura, fapt pentru care este de dorit ca:

, (101)

astfel incat:

. (102)

Cand tranzistorul se foloseste in montaj emitor comun, si apar in paralel pe circuitul oscilant, astfel incat, pentru a nu reduce factorul de calitate valorile lor trebuie alese suficient de mari (un curent de divizor mic). In montaj emitor comun poate fi decuplata cu astfel incat:

. (103)

Daca este prea mare, poate sa apara o modulatie parazita de amplitudine dupa o lege exponentiala, ca in fig. 22 sau blocari periodice, ca in fig. 25.

Intr-adevar, daca este mare, cand tinde sa scada, ramane mare si , astfel incat, la un moment dat conditia de autooscilatie nu mai este indeplinita si oscilatorul se blocheaza.

Dupa ce scade, creste, iar cand se indeplineste conditia oscilatiile se amorseaza. Pentru ca aceste procese sa nu aiba loc este necesar ca:

; (104)

unde - constanta de timp a circuitului oscilant.

Fig. 22 Modulatia parazita de amplitudine in cazul

unei valori prea mari a capacitatii de decuplare

In cazul oscilatoarelor cu tranzistoare cu efect de camp limitarea amplitudinii poate fi obtinuta in doua moduri:

folosind polarizarea automata prin rezistenta de sursa - fig. 23 a):

a) b) c)

Fig. 23 Variante de polarizare a TEC

a) polarizarea automata prin rezistenta de sursa si

variatia tensiunii de polarizare pe durata regimului tranzitoriu;

b) polarizarea cu un grup RC serie; c) polarizarea cu un grup RC paralel

In acest caz, punctul static de functionare initial se alege in mijlocul zonei de conductie al caracteristicii (de exemplu pentru ).

Valoarea pantei va asigura conditia de amorsare. Rezistenta de sursa poate fi:

decuplata cu , amplitudine maxima;

nedecuplata sau decuplata partial, situatie in care oscilatiile vor avea un nivel redus al armonicilor.

Limitarea amplitudinii se datoreaza neliniaritatii caracteristicii .

folosind pentru polarizare cu un grup RC serie sau paralel, in circuitul de grila - fig.   23 b), respectiv c). Aceasta varianta prezinta avantajul ca punctul static de functionare initial se afla la (vezi fig. 16 b si fig. 19 b) unde are valoarea maxima.

Fig. 24 Regimul permanent in clasa C in oscilatoarele cu TEC

cu polarizare automata folosind un grup RC serie sau paralel

In acest caz, dupa amorsarea oscilatiilor apar impulsuri de curent de grila datorita redresarii tensiunii alternative de reactie in circuitul grila-sursa (pe baza neliniaitatii caracteristicii de transfer). Impulsurile de curent incarca condensatorul Cg, determinand cresterea tensiunii de polarizare |E_G0|, astfel incat punctul static de functionare ajunge in clasa C. Pentru regimul permaent se va alege un semiunghi de conductie a curentului de drena: . Tensiunea de polarizare a grilei ( - componenta continua a curentului de grila) este aproximativ egala cu amplitudinea tensiunii alternative din circuitul de grila:

.

Constanta de timp a circuitului de polarizare se alege astfel incat:

.

O valoare prea mare a constantei de timp poate conduce, ca si in cazul tranzistorului bipolar, la aparitia unei modulatii parazite de amplitudine sau chiar la blocarea oscilatiilor pe anumite intervale de timp, dupa cum se poate observa din fig. . Pentru a nu sunta prea mult circuitul oscilant, se recomanda urmatoarele valori uzuale pentru rezistenta de grila: R_g=20kΩ-1MΩ.

Fig. 25 Fenomenul de blocare a oscilatiilor in cazul

unei valori prea mari a constantei de timp

In oscilatoarele comandate in tensiune care acopera o gama larga de frecvente, amplitudinea oscilatiilor depinde de frecventa. In majoritatea cazurilor acordul se realizeaza cu ajutorul unei capacitati variabile (dioda varicap), astfel incat inductanta va ramane constanta, iar rezistenta la rezonanta si, implicit rezistenta de sarcina si amplitudinea oscilatiilor, va creste proportional cu . Dar, creste odata cu frecventa, fapt pentru care amplitudinea oscilatiilor va fi o functie neliniara in raport cu .

Pentru a mentine amplitudinea oscilatiilor constanta indiferent de frecventa, se folosesc sisteme de control automat al amplitudinii oscilatiilor sau limitatoare de amplitudine cu amplificatoare cu cuplaj prin emitor (tehnologie ECL), care pot functiona eficient la frecvente ridicate (se evita regimul de saturatie, care poate conduce la distorsionarea formelor de unda in functie de frecventa de lucru).