12.02.2015 Views

10a)Oscilatori(pdf)

10a)Oscilatori(pdf)

10a)Oscilatori(pdf)

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih p oscilacija<br />

(nastavak)<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

1<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

2<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

U elektronskim lk ki kolima ki kristal kvarca ima ulogu<br />

dvopola. Na dve suprotne stranice kristala nanese se<br />

sloj metala tl na kji koji se, preko provodnika, doveded<br />

signal.<br />

Pobuđen naizmeničnim signalom, kristal kvarca<br />

ponaša se kao el. impedansa:<br />

Otpornost R 1<br />

je vrlo mala, tako da se može<br />

smatrati da se kristal kvarca ponaša kao čisto<br />

reaktivni dvopol, odnosno kao idealno oscilatorno<br />

kolo.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

3<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

4


<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

Kristal kvarca ima dve rezonantne frekvencije:<br />

- rednu (grana L 1 C 1 )<br />

ω r<br />

= 1<br />

L1C<br />

1<br />

i<br />

- paralelnu (zaptivno kolo) 1<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

ω = p<br />

C0C1<br />

L<br />

1<br />

C<br />

0<br />

+ C1<br />

5<br />

f r i f P razlikuju se veoma malo zato što je C 0 >>C 1 .<br />

Ponaša se kao veoma selektivna impedansa jer je pri<br />

rednoj rezonansi reaktansa jednaka 0 apri<br />

paralelnoj teži beskonačnosti.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

6<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

Brojne vrednosti elementa modela za tri kristala kvarca.<br />

Parametri<br />

modela<br />

R1 L1 C1 Co<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca prave se za generisanje<br />

fiksne frekvencije oscilovanja.<br />

Mogu se napraviti sa promenljivom frekvencijom ali je<br />

stabilnost frekvencije oscilovanja manja.<br />

rezonantna<br />

frekvencija<br />

[Ω] [mH] [pF] [pF]<br />

2MHz 82 520 22 4.27<br />

10MHz 25 11.5 12.2 5.4<br />

50MHz 20 5.56 1.82 4<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

7<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

8


<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

Kitl Kristal može da sepriključi kao kapacitivnost t ili<br />

kao induktivnost.<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

Kl Kolo Colpicovog oscilatora sa kvarcnom<br />

kontrolom.<br />

L-karakter<br />

C-karakter<br />

Tada se ostvaruje tzv. kvarcna kontrola frekvencije<br />

oscilovanja, a frekvencija oscilovanja nije<br />

jednaka ni jednoj od rezonantnih frekvencija<br />

kristala.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

9<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

Pirsov (Pierce)oscilator.<br />

10<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

Pirsov oscilator<br />

CMOS invertor<br />

kao pojačavač<br />

Najpovoljnije da oscilator osciluje na rezonantnoj<br />

frekvenciji kristala.<br />

Dobija se velika stabilnost frekvencije oscilovanja uz<br />

smanjena izobličenja signala.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

11<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

12


Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Frekvencija oscilovanja menja se u vremenu.<br />

Stabilnost frekvencije određuje se kao količnik<br />

priraštaja frekvencije u datom vremenskom intervalu<br />

i nominalne vrednosti frekvencije.<br />

Δf Δω<br />

S f = =<br />

f<br />

ω<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

T<br />

T-ΔT<br />

f<br />

f+Δf<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

13<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

14<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

S f<br />

Δf Δω<br />

= =<br />

f ω<br />

Parametri aktivnog elementa menjaju vrednosti<br />

zbog promene položaja radne tačke (promena<br />

napona napajanja i/ili temperature).<br />

Starenje utiče na promenu vrednosti, kako<br />

aktivnih tako i pasivnih elemenata kola.<br />

Stabilnost frekvencije zavisi od stabilnosti faze<br />

signala u povratnoj petlji, a ona zavisi od aktivnih i<br />

pasivnih elemenata u kolu i od otpornosti potrošača.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

15<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

16


Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Razlikuju se nestabilnost merena na<br />

- kratkom ili na<br />

- dugom intervalu.<br />

Nestabilnost:<br />

- nestabilnosti električnih signala (šumova) i<br />

- nestabilnosti ambijenta.<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Kratkotrajna nestabilnost električnih signala<br />

posledica je naglih (impulsnih) i kratkotrajnih<br />

promena napona napajanja.<br />

Kratkotrajnaa nestabilnost ambijenta podrazumeva<br />

mehaničke šokove koji u poluprovodničkim i<br />

piezoelektričnim komponetama izazivaju dramatične<br />

promene električnih osobina.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

17<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

18<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Uzroci nestabilnosti na dugom intervalu mogu biti<br />

- neelektrični (dominantni)<br />

- temperaturska nestabilnost ambijenta i<br />

- starenje komponenata.<br />

- električni<br />

- nestabilnost otpornih elemenata,<br />

- nestabilnost napajanja, j amplitude i sl.<br />

Posebnu grupu nestabilnosti predstavljaju uslovi rada<br />

oscilatora.<br />

Smanjenje nestabilnosti usled promene otpornosti<br />

potrošača č u kolu postiže se vezivanjem potrošača<br />

č<br />

preko razdvojnog stepena (bafera) čija je ulazna<br />

otpornost velika.<br />

R p<br />

20<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

19<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija


Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Posebna pažnja se poklanja<br />

• stabilizaciji napona izvora za napajanje,<br />

• temperaturskojrskoj stabilizacijiaciji radne tačke,<br />

• izboru tolerancija pasivnih elemenata i njihovog<br />

kvaliteta i sl.<br />

Dalje povećanje stabilnosti postiže se<br />

• modifikacijama kola oscilatora ili<br />

• primenom kristala kvarca.<br />

Jedanodnačina smanjenja nestabilnosti koja je<br />

posledica promena parametra aktivnih elemenata i<br />

parazitnih ih elemenata reaktansi u oscilatorima i sa<br />

oscilatornim kolima, jeste<br />

umetanje reaktansi na red sa priključcima č i aktivnog ki<br />

elementa ili<br />

na red sa otpornikom potrošača.<br />

Karakter i veličina rektansi bira se tako da<br />

omogući potiranje onih sabiraka u izrazu za<br />

frekvenciju oscilovanja koji sadrže parametre<br />

aktivnog elementa i parazitne elemente oscilatornih<br />

kola.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

21<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

22<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Primer:<br />

Kolpicov oscilator sa FETom u kome je uzeta u obzir<br />

parazitna otpornost ‘r’ kalema ‘L s ‘<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Pi Primer:<br />

Izraz za frekvenciju oscilovanja glasi<br />

1 r<br />

ω' = +<br />

L sC<br />

L sC<br />

2R<br />

r<br />

r<br />

1<br />

YL<br />

=<br />

Z<br />

L<br />

1<br />

=<br />

Z<br />

S<br />

G<br />

1<br />

=<br />

( r<br />

+<br />

j<br />

ω<br />

LS )<br />

S<br />

R p<br />

gde je C ekvivalentna<br />

kapacitivnost redne<br />

veze C 1 i C 2<br />

C=C 1C 2 /(C( 1+C 2 2);<br />

r<br />

G<br />

R p<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

23<br />

a R=R i II R p<br />

24<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija


Primer:<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Da bi se izbegao uticaj r na ω, treba neutralisati C 2<br />

koji figuriše u izrazu. Zato se dodaje jX.<br />

⎡<br />

⎢ jωC1<br />

+ Y<br />

⎢<br />

Y<br />

(<br />

j<br />

ω<br />

) =<br />

⎢ ⎢ S<br />

⎢ −YL<br />

⎢⎣<br />

L<br />

0<br />

1 j<br />

−<br />

R X<br />

j<br />

X<br />

−YL<br />

j<br />

X<br />

− j<br />

+ jωC<br />

X<br />

2<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎥<br />

⎥<br />

⎥<br />

+ Y ⎥<br />

L<br />

⎥⎦<br />

1<br />

1 1<br />

= ωCC<br />

2 ⇒<br />

X=<br />

= ωL L ⇒<br />

L =<br />

ωC<br />

X 2<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

ω<br />

2 C2<br />

25<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

za frekvenciju oscilovanja dobija se<br />

2 C<br />

+ C<br />

ω<br />

1<br />

2<br />

0 =<br />

LSC a za uslov oscilovanja 1 C<br />

2<br />

2 C<br />

S ≥ ω C C r 1<br />

0 1 2 +<br />

C<br />

2R<br />

Na ovaj način je obezbeđeno da frekvencija oscilovanja<br />

ne zavisi od potrošača i od parametara aktivnog<br />

elementa.<br />

*Ne može se u potpunosti neutralisati uticaj gubitaka<br />

jer je izostavljeno razmatranje uticaja parazitnih<br />

kapacitivnosti aktivnog elementa.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

26<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Kako i koliko promena parametara kola utiče na promenu frekvencije<br />

oscilovanja<br />

Kako i koliko promena parametara kola utiče na<br />

promenu frekvencije oscilovanja<br />

Približni izraz za frekvenciju Colpitz-ovog<br />

oscilatora glasi:<br />

ω<br />

1 1<br />

L S C 1<br />

C<br />

2<br />

LC<br />

C + C<br />

0<br />

= =<br />

L S<br />

1 2<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

27<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

28


Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Ukoliko se kapacitivnost promeni za ΔC promena<br />

frekvencije oscilovanja je<br />

⎛<br />

⎞<br />

⎜<br />

⎟<br />

1 1 1 ⎜ 1<br />

Δω = − =<br />

−<br />

⎟<br />

0<br />

1<br />

L(C + ΔC) LC LC<br />

⎜ ΔC<br />

⎜ 1+<br />

⎟ ⎟<br />

⎝ C ⎠<br />

Relativna promena frekvencije je<br />

Δω<br />

ω<br />

1<br />

ΔC<br />

1<br />

ΔC<br />

≈1−<br />

−1=<br />

−<br />

2<br />

C<br />

2 C<br />

1<br />

1<br />

ΔC<br />

1+ +<br />

C<br />

C<br />

0<br />

= −<br />

0<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

29<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Dodatak<br />

Istim postupkom dolazi se i do relativnog<br />

priraštaja frekvencije koji je posledica promene<br />

induktivnosti<br />

Δ<br />

ω 0<br />

ω 0<br />

1<br />

= −<br />

2<br />

ΔL<br />

L<br />

Iako je izraz identičan, promena kapacitivnosti<br />

značajnije utiče na promenu frekvencije oscilovanja<br />

Kli Kolpicovog oscilatora u apsolutnom iznosu od<br />

promene induktivnosti.<br />

Ovo je posledica ldi kk kako promenekapacitivnosti C 1 i C 2<br />

tako i promene parazitnih kapacitivnosti aktivnog<br />

elementa.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

30<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Dodatak<br />

Razmotrimo reaktivni i deo Klapp-ovog oscilatora koji<br />

nastaje iz Colpitz-ovog oscilatora kada se na red sa L S<br />

veže kondezator C S .<br />

frekvencija oscilovanja je<br />

1<br />

ω<br />

0<br />

=<br />

L C<br />

S<br />

e<br />

Dodatak<br />

gde je<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

C<br />

e<br />

C 1C 2<br />

CS<br />

CSC<br />

C1<br />

+ C2<br />

= =<br />

C C C C<br />

S<br />

+<br />

1<br />

2<br />

C S<br />

+<br />

C + C<br />

Za velike vrednosti C 1 i C 2 , odnosno C >> C S dobija se<br />

C e ≈ C S , pri tome vrednost L nije degradirana.<br />

Promene C 1 i C 2 , izazvaćerelativnoć malepromeneΔC e :<br />

⎛<br />

ΔC ⎞<br />

⎜<br />

C<br />

1+<br />

⎟<br />

CS<br />

( C + ΔC)<br />

CSC<br />

CSC<br />

ΔC<br />

=<br />

− = ⎜ C −1⎟<br />

e<br />

C<br />

⎜ ΔC<br />

⎟<br />

S<br />

+ ( C + ΔC)<br />

C<br />

S<br />

+ C C<br />

S<br />

+ C<br />

⎜<br />

1+<br />

⎟<br />

⎝ CS<br />

+ C ⎠<br />

1<br />

2<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

31<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

32


Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Dodatak<br />

S obzirom da je C S < < C, relativni priraštaj C e<br />

manji je od relativnog priraštaja C i to za odnos<br />

C S /C:<br />

ΔC<br />

C<br />

e<br />

e<br />

ΔC ΔC<br />

−<br />

C CS<br />

+ C<br />

=<br />

ΔC<br />

1+<br />

C S<br />

+ C<br />

ΔC<br />

ΔC<br />

CSΔC<br />

CS<br />

ΔC<br />

≈ − = ≈ ⋅<br />

2<br />

C C + C C(<br />

C + C)<br />

C C<br />

Dakle, nestabilnost Klapovog oscilatora usled promene<br />

kapacitivnosti, manja je od nestabilnosti Kolpicovog<br />

oscilatora.<br />

S<br />

S<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Dodatak<br />

Ul Uslov oscilovanja Klapovog oscilatora jeste da grana<br />

koja sadrži L S iC S ima induktivni karakter.<br />

Klappov oscilator može da se razmatra kao Kolpicov<br />

kod koga je ekvivalentna induktivnost definisana sa:<br />

/ 1 ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞<br />

L =<br />

⎜ −<br />

⎟ =<br />

⎜ −<br />

⎟<br />

S<br />

ω0LS<br />

LS<br />

1<br />

2<br />

ω<br />

0<br />

⎝ ω<br />

0C<br />

S ⎠<br />

⎝ ω<br />

0L SC<br />

S<br />

⎠<br />

Uvođenjem C S smanjena je ekvivalentna<br />

induktivnost!<br />

Kao posledica toga dobija se manja vrednost za<br />

potrebnu strminu aktivnog elementa - što je<br />

povoljno.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

33<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

34<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Da bi se postigla veća stabilnost, C 1 iC 2 treba da<br />

budu što veći, a to zahteva aktivni element sa većom<br />

strminom (da bi se zadovoljio uslov oscilovanja) što<br />

nije moguće uvek postići.<br />

⎛<br />

2<br />

C<br />

⎞<br />

1<br />

⎜ S ≥ ω 0<br />

C C r +<br />

⎟<br />

1 2<br />

⎝<br />

C2R<br />

⎠<br />

Dalje povećanje stabilnosti postiže se stavljanjem<br />

oscilatora u komoru sa konstantnom temperaturom<br />

ili upotrebom kristala kvarca, a nekad upotrebom<br />

oba rešenja.<br />

Ugrađivanjem kristala kvarca u kolo oscilatora<br />

postiže se velika stabilnost, reda 10 -6 .<br />

Kristal kvarca karakteriše veoma tačna mehanička<br />

prirodna frekvencija oscilovanja.<br />

Zato, pobuda promenljivim naponom, izaziva<br />

mehaničke oscilacije tačno definisane frekvencije.<br />

Frekvencija oscilovanja zavisi od dimenzija i načina<br />

obrade kristala.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

35<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

36


<strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca<br />

Stabilizacija frekvencije oscilovanja<br />

Stabilizacija Zaključak<br />

amplitude oscilovanja<br />

Stabilnost<br />

frekvencije<br />

oscilatora sa<br />

kristalom<br />

kvarca<br />

Analiza<br />

Neophodna POZITIVNA povratna sprega<br />

Barkhauzenov uslov<br />

A(s)B(s)=1<br />

- frekvencija oscilovanja Im{A(s)B(s)}=0<br />

( )}<br />

- uslov oscilovanja Re{A(s)B(s)}=1<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

37<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

38<br />

Stabilizacija Zaključak<br />

amplitude oscilovanja<br />

Tipovi:<br />

- RC oscilatori<br />

- Vinov most<br />

- Fazni pomeraj<br />

- <strong>Oscilatori</strong> sa oscilatornim kolima<br />

-Kolpicov<br />

- Hartlejev<br />

- sa induktivnom spregom<br />

- sa negativnom otpornošću<br />

- <strong>Oscilatori</strong> sa kristalom kvarca (Pirsov)<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Amplituda oscilacija ij oscilatora nije određena đ uslovom<br />

oscilovanja, već zavisi od veličine aktivne oblasti rada<br />

aktivnog elementa.<br />

Velika amplituda dovodi radnu tačku u nelinearni deo<br />

karakteristika aktivnog elementa, čime se unosi<br />

sadržaj haromijskih komponenti i nestabilnost<br />

frekvencije.<br />

Velika stabilnost frekvencije zahteva stabilnu<br />

amplitudu oscilacija.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

39<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

40


Stabilizacija Zaključak<br />

amplitude oscilovanja<br />

Tip<br />

f opseg<br />

Mogućnost<br />

regulacje f<br />

RC 10Hz-1MHz Lako<br />

Šta smo naučili<br />

• Objasniti fizičko značenje uslova oscilovanja i dati<br />

matematičku interpretaciju (napisati odgovarajuće<br />

izraze).<br />

• Pirsov oscilator.<br />

LC 100kHz-100MHz Lako<br />

Kvarc 10kHz-1GHz Teško<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

41<br />

13. decembar 2011.<br />

Pojačavači sa povratnom spregom<br />

42<br />

42<br />

Ispitna pitanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

1. Kolpicov (Colpitts)oscilator (električna šema i frekvencija<br />

oscilovanja).<br />

2. Hartlijev (Hartley) oscilator (električna šema i frekvencija<br />

oscilovanja).<br />

3. Princip rada oscilatora sa negativnom otpornošću.<br />

4. Ekvivalentna šema kristala kvarca.<br />

5. Stabilizacija frekvencije oscilacija umetanjem redne impedanse<br />

– primer Kolpitzov oscilator.<br />

6. Poređenje oscilatora prema frekvencijskom opsegu i<br />

mogućnosti menjanja frekvencije<br />

Sledećeg časa:<br />

Pojačavačivelikihvelikih<br />

signala<br />

13. decembar 2011. Pojačavači sa povratnom spregom<br />

43<br />

43<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

44


Rešenje 9.1:<br />

Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje A d =80dB, konačnu<br />

ulaznu otpornost R ud =100kΩ i izlaznu otpornost R ia =1kΩ . Odrediti A r =V i /V g , R ur ,<br />

i R ir . Poznato je R g =10kΩ, R 1 = 1kΩ , R 2 =1MΩ R p = 2kΩ.<br />

Rešenje 9.1:<br />

Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje A d =80dB, konačnu<br />

ulaznu otpornost R ud =100kΩ i izlaznu otpornost R ia =1kΩ . Odrediti A r =V i /V g , R ur ,<br />

i R ir . Poznato je R g =10kΩ, R 1 = 1kΩ , R 2 =1MΩ R p = 2kΩ.<br />

R R<br />

R 1 2<br />

11 = ≈ 1k,<br />

R22<br />

= R1<br />

+ R2<br />

≈ 1M<br />

R1<br />

+ R2<br />

V<br />

( 22)<br />

= i V<br />

= i V Ad<br />

Rp<br />

R<br />

d<br />

R<br />

A<br />

=<br />

ud<br />

o<br />

Vg<br />

Vd<br />

Vg<br />

( Ria<br />

+ Rp<br />

R22)<br />

Rg<br />

+ R11<br />

+ Rud<br />

R g R ia<br />

V i<br />

V d<br />

V R ud V g<br />

d<br />

R u R 11<br />

A d V d<br />

A<br />

4<br />

3<br />

3<br />

d Rp<br />

R 10 ⋅2⋅10<br />

100⋅10<br />

A ≈<br />

ud<br />

o<br />

=<br />

= 6000<br />

( R + )<br />

3 6<br />

ia Rp<br />

R11<br />

+ Rud<br />

(3⋅10<br />

) 1.1⋅10<br />

R ia<br />

R p R 22<br />

R i<br />

R R<br />

R 1 2<br />

11 = ≈ 1k,<br />

R22<br />

= R1<br />

+ R2<br />

≈ 1M<br />

R1<br />

+ R2<br />

Ru<br />

= Rg<br />

+ Rud<br />

+ R11<br />

= 10k<br />

+ 100k<br />

+ 1k<br />

= 111kΩ<br />

Rur´<br />

=<br />

Ru<br />

(1 −<br />

Ao<br />

B<br />

) =<br />

777<br />

k<br />

Ω<br />

Rur<br />

= Rur´<br />

−Rg<br />

= 776kΩ<br />

R g R ia<br />

V i<br />

V d<br />

V R ud V g<br />

d<br />

R u R 11<br />

A d V d<br />

R p R 22<br />

R i<br />

V<br />

R<br />

3<br />

B = − r = − 1 ≈ −10 −<br />

V r<br />

Vo<br />

R1<br />

+ R2<br />

−<br />

−<br />

3 −<br />

− Ri<br />

= Ria<br />

+ ( Rp<br />

R22 ≈Ria<br />

+ Rp<br />

= 3kΩ<br />

1<br />

A<br />

)<br />

oB<br />

= 1 6000( 10 ) = 7<br />

R<br />

A<br />

i 3000<br />

6000<br />

A = o<br />

R<br />

= = 857<br />

ir´<br />

= = = 428Ω<br />

r<br />

1−<br />

A<br />

1−<br />

Ao<br />

B 7<br />

oB<br />

7<br />

R<br />

pR<br />

ir<br />

Rir<br />

´ =<br />

⇒<br />

Rir<br />

Rp<br />

+ Rir´<br />

13. decembar 2011. Povratna sprega<br />

R 1<br />

V o<br />

45<br />

Ri<br />

= Ria<br />

( Rp<br />

R22 ) ≈ Ria<br />

Rp<br />

= 0,66kΩ<br />

R 666<br />

R ´ = i<br />

ir = = 95Ω<br />

1<br />

−<br />

Ao<br />

B<br />

7<br />

RpRir<br />

RpRir´<br />

2000⋅95<br />

190000<br />

Rir´<br />

= ⇒ Rir<br />

= = = ≈100Ω<br />

Rp<br />

+ Rir<br />

Rp<br />

− Rir´<br />

2000 − 95 1905<br />

13. decembar 2011. Povratna sprega<br />

46<br />

Rešenje 9.2:<br />

Rešenje 9.2:<br />

a) Odrediti polove funkcije 1-AB zanemarujući kolo limitera<br />

b) Naći frekvenciju oscilovanja<br />

c) Odrediti amplitudu oscilovanja ako je VD=0.7V.<br />

a) Odrediti polove funkcije 1-AB zanemarujući kolo limitera<br />

b) Naći frekvenciju oscilovanja<br />

c) Odrediti amplitudu oscilovanja ako je VD=0.7V.<br />

R<br />

Z<br />

( ) ( ) 1; ( ) 1 2<br />

p<br />

A s B s = A s = + ; B(s) = ;<br />

R1<br />

Z p + Zs<br />

R<br />

p / sC<br />

p<br />

R<br />

p<br />

Rp<br />

+ 1/ sC p<br />

1+<br />

RpsC<br />

p<br />

B(s) =<br />

=<br />

Rp<br />

/ sC p<br />

Rp<br />

+ Rs<br />

+ 1/ sCs<br />

+ Rs<br />

+ 1/ sCs<br />

Rp<br />

+<br />

1/<br />

sC p<br />

1<br />

+<br />

Rp<br />

sC p<br />

sCsRp<br />

sCR<br />

1<br />

B(s) =<br />

R = R = R =<br />

=<br />

sC<br />

R<br />

+<br />

(1<br />

+<br />

sC<br />

R<br />

)(1<br />

+<br />

sC<br />

R<br />

)<br />

p s<br />

2 2 2<br />

s p s s p p<br />

1<br />

+<br />

3<br />

sCR<br />

+<br />

s<br />

C<br />

R<br />

)<br />

3<br />

+<br />

sCR<br />

+<br />

1/<br />

sCR<br />

C = C = R<br />

p<br />

R 1<br />

A(<br />

s)<br />

B(<br />

s)<br />

= (1 + 2 )<br />

= 1<br />

R<br />

1 3 + sCR + 1/(<br />

sCR<br />

)<br />

R<br />

3 + sCR + 1/( sCR)<br />

= (1 + 2 ), zamenom brojnih vrednosti dobija se<br />

R1<br />

−9<br />

4<br />

−9<br />

4<br />

2 −10<br />

−5<br />

3 + s ⋅<br />

16⋅<br />

10 ⋅<br />

10<br />

+<br />

1/(<br />

s ⋅<br />

16⋅<br />

10 ⋅<br />

10<br />

) =<br />

3,03;<br />

s ⋅<br />

256⋅<br />

10 −<br />

0,0303<br />

s ⋅<br />

16⋅<br />

10<br />

+<br />

1 =<br />

0<br />

13. decembar 2011. Povratna sprega<br />

s<br />

47<br />

−5<br />

0,03s<br />

⋅16⋅10<br />

±<br />

s1,2<br />

=<br />

−4<br />

−10<br />

−10<br />

9⋅10<br />

⋅ 256⋅10<br />

− 4⋅<br />

256⋅10<br />

−10<br />

2⋅256⋅10<br />

−5<br />

−5<br />

−4<br />

0,03⋅16⋅10<br />

± 16⋅10<br />

⋅ 9⋅10<br />

− 4 0,03 ± − 4<br />

s1,2<br />

=<br />

≈<br />

−10<br />

−5<br />

2⋅<br />

256⋅10<br />

32⋅10<br />

−5<br />

0,0303<br />

± −<br />

4<br />

10<br />

s1,2<br />

≈<br />

= (0,015 ± j)<br />

−5<br />

32⋅10<br />

16<br />

R<br />

(1 + 2 )<br />

R<br />

1<br />

R<br />

A(<br />

jω)<br />

B(<br />

jω)<br />

= (1 + 2 )<br />

=<br />

1<br />

R1<br />

3 + jωCR<br />

+ 1/( jωCR)<br />

3 + j(<br />

ωCR<br />

−1/(<br />

ωCR))<br />

R<br />

− j(<br />

ωCR<br />

−1/(<br />

ωCR))(1<br />

+ 2 )<br />

R<br />

Im{ A(<br />

jω)<br />

B(<br />

jω)<br />

} =<br />

1 = 0, ⇒ ωCR<br />

−1/(<br />

ωCR)<br />

= 0;<br />

2<br />

2<br />

3 + ( ωCR<br />

−1/(<br />

ωCR))<br />

−5<br />

1 10<br />

ω<br />

ω<br />

CR = 1/(<br />

ω<br />

CR<br />

)<br />

⇒<br />

ω<br />

=<br />

=<br />

rad<br />

/<br />

s<br />

⇒<br />

f<br />

=<br />

=<br />

1<br />

kHz<br />

CR 16<br />

2π<br />

13. decembar 2011. Povratna sprega<br />

48


Rešenje 9.2:<br />

a) Odrediti polove funkcije 1-AB zanemarujući kolo limitera<br />

b) Naći frekvenciju oscilovanja<br />

c) Odrediti amplitudu oscilovanja ako je VD=0.7V.<br />

c)<br />

D2 provede za maksimalni napon u tač t "b"<br />

Vb<br />

= VI<br />

+ VD<br />

R<br />

1<br />

V 1<br />

I = Vo<br />

max ≈ Vo<br />

max,<br />

R1<br />

+ R2<br />

3<br />

s druge strane, napon u tač t "b", ako se zanemari struja kroz diodu, približno je jednak :<br />

R<br />

5<br />

R<br />

V<br />

6<br />

b = VSS<br />

+ Vo<br />

max,<br />

R5<br />

+ R6<br />

R5<br />

+ R6<br />

R5<br />

R6<br />

R1<br />

⎛ R6<br />

R1<br />

⎞<br />

R<br />

V +<br />

5<br />

SS V<br />

o<br />

max = V<br />

o<br />

max + V<br />

D ⇒<br />

⎜<br />

−<br />

⎟<br />

V<br />

o<br />

max = + V<br />

D − V<br />

SS<br />

R5<br />

+ R6<br />

R5<br />

+ R6<br />

R1<br />

+ R2<br />

⎝ R5<br />

+ R6<br />

R1<br />

+ R2<br />

⎠<br />

R5<br />

+ R6<br />

⎛ 3 10 ⎞<br />

1<br />

⎜ − ⎟Vo<br />

max = + 0.7 − ( −15)<br />

⇒Vo<br />

max = 10,68V, zbog simetrije D1, će provesti priVo<br />

min = −10,68V<br />

⎝ 4 30,3 ⎠ 4<br />

tako da je :<br />

Vopp<br />

= Vo<br />

max -Vo<br />

min = 2⋅10,68V<br />

= 21,36V<br />

13. decembar 2011. Povratna sprega<br />

49<br />

Rešenje 9.3:<br />

a) Odrediti položaj potenciometra pri kome se uspostavljaju<br />

oscilacije<br />

b) Naći frekvenciju oscilovanja<br />

R<br />

Z p<br />

A(<br />

s)<br />

B(<br />

s)<br />

= 1; A(<br />

s)<br />

= 1+<br />

2 ; B(s) = ;<br />

R Z + Z<br />

1<br />

1<br />

B(s)<br />

=<br />

3 + sCR + 1/ sCR<br />

R 1<br />

A(<br />

s)<br />

B(<br />

s)<br />

= (1 + 2 )<br />

= 1<br />

R1<br />

3 + sCR + 1/( sCR)<br />

R2<br />

= 10kΩ + RX<br />

; R1<br />

= 50kΩ − RX<br />

R<br />

3 + sCR + 1/( sCR)<br />

= (1 + 2 ), za jωoCR<br />

= − j /( ωoCR)<br />

R1<br />

R R 10kΩ + R<br />

(1 + 2 ) = 3 ⇒ 2 =<br />

X = 2 ⇒ 10kΩ + RX<br />

= 2⋅(50kΩ − RX<br />

)<br />

R1<br />

R1<br />

50kΩ − RX<br />

3R<br />

X = 100k<br />

−10k<br />

= 90kΩ ⇒ R<br />

X = 30kΩ<br />

Potenciometar<br />

: RX<br />

= 30kΩ<br />

i 50kΩ − RX<br />

= 20kΩ<br />

−5<br />

1 10<br />

ω<br />

ω<br />

oCR<br />

= 1/(<br />

ω<br />

oCR<br />

) ⇒ ω<br />

o = = rad / s ⇒<br />

f = = 1kHz<br />

CR 16<br />

2π<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

p<br />

s<br />

50<br />

Dodatak<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Dodatak<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanjaov Amplituda oscilacija ij oscilatora nije određena đ uslovom<br />

oscilovanja, već zavisi od veličine aktivne oblasti rada<br />

aktivnog elementa.<br />

Velika amplituda dovodi radnu tačku u nelinearni deo<br />

karakteristika aktivnog elementa, čime se unosi sadržaj<br />

haromijskih komponenti i nestabilnost frekvencije.<br />

Velika stabilnost frekvencije zahteva stabilnu amplitudu<br />

oscilacija.<br />

O tome je bilo reči ranije (Oscilator sa vinovim mostom).<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

51<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

52


Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Dodatak<br />

Stabilizacija ij amplitude oscilacija:<br />

ij<br />

- automatska regulacija pojačanja (ARP);<br />

ili<br />

- upotreba nelinearnih elemenata u kolu<br />

Dodatak<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja primenom<br />

automatske regulacije pojačanja (ARP)<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

53<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

54<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Dodatak<br />

Ako amplituda oscilacijaraste:<br />

- poraste i amplituda V 1 ;<br />

- pri negativnoj poluperiodi<br />

-<br />

-<br />

poraste ugao protoka struje i<br />

+<br />

d ,<br />

+<br />

V i<br />

- C D se dopuni na većuć negativnu<br />

vrednost,<br />

t<br />

Rd j i i<br />

- na R d je negativniji napon,<br />

i d<br />

- RT aktivnog elementa pomera se u<br />

na željenu vrednost (V GS Vγ diode, pri negativnoj<br />

poluperiodi, tečestrujai d ,<br />

- C D se puni do određene negativne<br />

vrednosti,<br />

- na Rd je negativni napon.<br />

− RT aktivnog elementa postavi se<br />

− Za ostalo vreme, dioda je<br />

-samnjuje se amplituda oscilacija.<br />

V i<br />

i d<br />

V<br />

t<br />

t<br />

t<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

55<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

56


Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Dodatak<br />

Treba voditi računač o upotrebljenoj j vrednosti<br />

kondezatora u RC kolu:<br />

- male vrednosti neće doprineti stabilizaciji<br />

- velike vrednosti mogu izazvati prestanak oscilacija.<br />

Ako je vremenska konstanta pražnjenja R S C E<br />

mnogo veća od periode signala, kondezator se neće<br />

prazniti za vreme dok aktivna komponenta ne vodi;<br />

u toku narednog intervala, kada komponenta vodi,<br />

dopuniće se na negativnu vrednost, što ima za<br />

posledicu sve dublje zakočenje tranzistora i pored<br />

toga što amplituda oscilacija ne raste već opada.<br />

Dodatak<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja primenom<br />

nelinearnih elemenata<br />

– primer oscilator sa Vinovim mostom<br />

Treba obezbediti ograničenje velikih signala.<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

57<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

58<br />

Dodatak<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja<br />

Stabilizacija amplitude oscilovanja primenom<br />

nelinearnih elemenata.<br />

Mala otpornost<br />

Velika otpornost<br />

Mala otpornost<br />

13. decembar 2011. <strong>Oscilatori</strong> prostoperiodičnih<br />

oscilacija<br />

59

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!