Capitolo_11-Generatori_di_segnali_sinusoidali

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62 Capitolo 11 Fig. 11.21 (a) Circuito dinamico di un oscilla tore tipo Colpitts a EJT con quarzo. (b) Oscillatore di Miller. (c) Oscillatore a quarzo con operazionale. D Esistono numerose versioni di oscillatori a quarzo. Una delle più comuni si rifà all'oscillatore Colpitts, dove però la bobina viene sostituita dal cristallo. Un confronto diretto si può fare fra lo schema di principio dell'oscillatore a BIT di fig. 1l.15b e l'oscillatore a quarzo di fig. 11.21a. La frequenza di oscillazione, imposta dal quarzo, è situata nel ristretto intervallo compreso tra fr e J;" nel·quale la reattanza del quarzo stesso è induttiva. In prima approssimazione la condizione di oscillazione ad ampiezza stabile è data dalla seguente relazione ~~ c"~/ ~ T ~ + I I C2 ~ c- ,- I 1 = ---,-- '>R3 >--+-- Il ~'.-J " I T7T I R2 (a) t ! I (b) m (c) R, [11.29J dove gli! è la transconduttanza del BIT e R la resistenza di perdita del cristallo. Questo tipo di oscillatore viene ancora chiamato Colpitts, ma più spesso Pierce, specie quando le due capacità presenti nel circuito sono costituite dalle sole capacità parassite del BIT: C be eCce' Sono evidentemente possibili circuiti simili a IFET. Un'altra interessante configurazione, detta di Miller, è rappresentata in fig. 11.21b ed è, in linea di principio, riconducibile all'oscillatore Hartley (vedi fig. 1l.12a). Le bobine LI e L2 sono costituite rispettivamente. dal quarzo e dal circuito risonante parallelo che, per risultare induttivo alla frequenza di oscillazione imposta dal quarzo, deve essere accordato ad una frequenza leggermente .maggiore; la capacità C è invece quella parassita C gli del IFET: L'oscillazione avviene ad una frequenza vicina a quella di antirisonanza. Sono infine realizza bili circuiti con amplificatori integrati (vedi fig. 1l.21c) tenendo presenti i limiti di funzionamento (larghezza di banda, slew rate) di questì dispositivi. Il cristallo, con resistenza di perdita R, entra in oscillazione alla frequenza J;. se si verifica la relazione R3/R2 = R/Rl·
Sommario • La forma d'onda sinusoidale riveste particolare importanza in Elettronica e trova largo impiego sia in bassa sia in alta frequenza. La tecnica più classica per la generazione di segnali sinusoidali consiste nel portare in oscillazione spontanea un amplificatore con reazione positiva. • Con riferimento ad un amplificatore di guadagno A e con reazione positiva f3, le condizioni necessarie per ottenere sull'uscita dell'amplificatore un'oscillazione con una data pulsazione W o e ampiezza costante sono le condizioni di Barkhausen dove f3A è il guadagno di anello. Per ottenere l'autoinnesco dell'oscillazione occorre però che inizialmente sia 1 f3A 1 > l. Innescata l'oscillazione si potrà intervenire sul guadagno dell'amplificatore, con un controllo manuale o automatico, per ridurre 1 A 1 e stabilizzare cosÌ l'ampiezza dell'oscillazione. • Nella gamma delle basse frequenze (filiO al MHz), si utilizzano reti di reazione RC, in particolare i circuiti a sfasamento e quelli di Wien. Il dimensionamento viene effettuato imponendo le condizioni di Barkhausen. La realizzazione circuitale si basa principalmente sull'uso di amplificatori operazionali, che devono presentare GBW e slew rate adeguati. • L'oscillatore a sfasamento è costituito da un amplificatore invertente e guadagno Av reazionato con una rete di reazione positiva formata da tre celle CR disposte in cascata. Le relazioni di progetto sono 1 fo= 2nj6RC • L'oscillatore di Wien è costituito da un amplificatore non invertente e guadagno Av reazionato mediante una rete di Wien formata da un ramo RC serie e un ramo RC parallelo. Le relazioni di progetto sono 1 .f~ = 2nRC • Per Fequenze elevate (circa 10 kHz -;. 500 MHz), si utilizzano amplificatori invertenti nella cui rete di reazione positiva sono inseriti elementi LC che determinano la frequenza di oscillazione. Le realizzazioni circuitali sono numerose e varie, ma quasi tutte sono riconducibili alla struttura detta a tre punti illustrata in figura. Essa si compone essenzialmente di un dispositivo attivo (principalmente JFET e BJT, ma anche amplificatori operazionali) e di tre impedenze, Zl' Z2' Z3' costituite da elementi reattivi di due tipi. CD - A, • Se Zl e Z2 sono induttanze (Ll e L2) e Z3 una capacità (C), l'oscillatore viene detto di tipo Hartley. La frequenza di oscillazione e il guadagno si determinano secondo le relazioni Utilizzando JFET e BJT, il guadagno risulta Ilspettivamente • Se Z 1 e Z2 sono capacità e Z3 un'induttanza, l'oscillatore viene detto di tipo Colpitts. La frequenza di oscillazione e il guadagno si determinano secondo le relazioni 1 fa = 2n.fLC Cl Av= C 2 con Utilizzando JFET e BJT, il guadagno risulta nspettivamente Sommario 63 CAP. 11
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