Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.4 Prvky elektronických obvodů Kapitola 21 Oscilátory Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 OSCILÁTORY... 2 1.1 PRŮBĚH... 2 1.2 AMPLITUDOVÁ A FÁZOVÁ PODMÍNKA... 3 1.3 DRUHY OSCILÁTORŮ PODLE FREKVENCE... 3 1.4 DRUHY OSCILÁTORŮ PODLE DRUHU ŘÍDÍCÍHO OBVODU... 3 1.5 NUCENÉ KMITY A REZONANCE... 3 1.6 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál popisuje elektronický oscilátor. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními elektronickými prvky jako dioda, tranzistor, tyristor, rezistor, kondenzátor, cívka a další, které jsou základem pro složitější elektronické obvody. Po prostudování všech kapitol bude student znát úpravu elektrických signálů a základní elektronické obvody. 1
1 Oscilátory Oscilátor je zdroj střídavého napětí, jehož frekvence je určená součástkami. Nezpracovává žádný signál, ale je sám zdrojem signálu na rozdíl od zesilovače je dvoj pól. Nejčastěji se používají zpětnovazební oscilátory. Obrázek 1 - blokové schéma oscilátoru Základem oscilátoru je paralelní rezonanční obvod. Přivedeme-li na paralelní rezonanční obvod na okamžik signál, který odpovídá rezonančnímu kmitočtu, bude obvod po odstranění přívodu ještě chvíli kmitat kmity tlumenými s exponenciálním poklesem. Úbytek napětí je způsoben ztrátami na indukčnosti a kapacitě, které můžeme vyjádřit paralelně připojeným odporem. Pokud bychom chtěli, aby tento obvod kmital netlumenými kmity, musíme k obvodu připojit elektrický zdroj. Obrázek 2 - LC oscilátor s tlumeným kmitáním 1.1 Průběh Na začátku děje se kondenzátor nabije. Při přepnutí přepínače se kondenzátor vybíjí přes cívku. Cívka sama sobě vytváří proměnlivé magnetické pole, které je zdrojem indukovaného proudu, jež se snaží posílit slábnoucí proud z kondenzátoru. Tím se vybitý kondenzátor znovu nabije, ale v opačné polaritě, než na začátku děje. A celé to probíhá znovu, ale s opačným směrem toku proudu. Cívka s kondenzátorem si navzájem vyměňují energii. Kmitající veličina je napětí u na kondenzátoru, proud i v obvodu. 2
1.2 Amplitudová a fázová podmínka Pro kmitání oscilátoru musí být splněny dvě podmínky amplitudová podmínka oscilací βa=1, kde β je napěťové zesílení zpětnovazebního obvodu a A je napěťové zesílení zesilovače, a zároveň musí být splněna fázová podmínka oscilací φ OSC = φ A + φ B = 2kπ, k 1,2,3, ( φ A fázový posun zesilovače, φ B fázový posun zpětné vazby). 1.3 Druhy oscilátorů podle frekvence a) nízkofrekvenční používají se většinou v měřicí technice b) vysokofrekvenční používají se v rozhlasových a televizních přijímačích, dále ve vysílací a měřicí technice 1.4 Druhy oscilátorů podle druhu řídícího obvodu 1. Sinusové 2. Nesinusové oscilátory LC frekvenci kmitů určuje paralelní rezonanční obvod LC oscilátory RC frekvenci kmitů určuje selektivní obvod sestavený z členů RC oscilátory řízené krystalem frekvenci kmitů určuje piezoelektrický rezonátor Oscilátory pilových průběhů Klopné obvody, atd. 1.5 Nucené kmity a rezonance Vlastní kmitání oscilátoru je tlumené, chceme-li kmity udržet, musíme ztráty energie uhrazovat z nějakého vnějšího zdroje. Může se použít zdroj střídavého napětí o úhlové frekvenci ω. Takový zdroj vnutí svoji úhlovou frekvenci oscilačnímu obvodu mluvíme o nuceném kmitání. Vlastní úhlová frekvence ω 0 oscilačního obvodu se projeví teprve při rezonanci při ω = ω 0 se značně zvětší amplituda kmitů napětí v oscilačním obvodu. Použití je například při ladění televizních nebo radiových stanic atd. 1.6 Kontrolní otázky 1. Popište co je to oscilátor. 2. Nakreslete blokové schéma oscilátoru. 3. Popište kmitavý děj v oscilátoru LC. 4. Vysvětlete, proč jsou kmity oscilátoru tlumené. 5. Popište amplitudovou a fázovou podmínku. 6. Jak se dělí oscilátory podle frekvence? 7. Jak se dělí oscilátory podle druhu řídícího obvodu? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - BLOKOVÉ SCHÉMA OSCILÁTORU... 2 OBRÁZEK 2 - LC OSCILÁTOR S TLUMENÝM KMITÁNÍM... 2 6