28
V.RC GENERÁTORY S TRANZISTOR!
Pod pojmem generátor rozumíme takové zařízení, které ze stejnosměrného napětí vytváří napětí střídavé. Toto střídavé napětí může mít sinusový nebo nesinusový průběh.
U
vst f
U.
Zpětnovazební
čtyřpól
vý.st
Obr, 17
Na obr. 17 je znázorněno příslušné uspořádání, skteré platí pro zesilovač buzený napětím. Napětové zesílení zesilovače je rovno Au, koeficient zpětné vazby je roven   (h - MzAiy^Q% , Uz je zpětnovazební napětí, které je částí napětí výstupního ^výs^' Předpokládáme-li, že na vstup zesilovače není přiváděno kromě zpětnovazebního napětí žádné jiné,) bude vstupní napětí rovno   uV3t = Jiuvyst
U
U
Au »
výs t
U
y,Ý?K
u.
z 1
Zesílení buda-
'vst P Uvýst
Tedy $ A =1,
v
Je-li /JAu   rovno alespoň jedné není potřeba k vybuzení kmitů žádného vnějšího napětí. Výraz   $Au = 1   se proto uvádí jako podmínka vzniku kmitů. Je-li splněna jen pro jeden kmitočet vzniknou sinusové kmity.
V oscilátoru může tranzistor pracovat v libovolném základním zapo-jení. Napr. v zapojení SE, které otáčí fázi, musí zpětnovazební čtyřpól rovněž otočit fázi tak, aby zpětná vazba byla kladná*
U tranzistoru je třeba respektovat přídavné zatížení zpětnovazebního čtyřpólu vstupním obvodem tranzistoru. Při výpočtu vlastností zpětnovazebního čtyřpólu se obvykle předpokládá jeho zatížení nekonečně velkou impedancí, což ve skutečnosti není splněno. Nastavení pracovního bodu tranzistoru určuje i vstupní impedanci tranzistoru a jeho změnou lze v jistých mezích ovlivňovat amplitudu i frekvenci kmitů.
Mezní případ vzniku kmitů je dán podmínkou  (JAu = 1. Je-li £Au< 1   nemůže k rozkmitání dojít. „ Při   (J Au> 1   bude amplituda vzniklých kmitů narůstat až k samočinnému omezení, na které má vliv "např. nelinearita zesilovače, velikost napájecího napětí ap. Protože "/JAu = 1 představuje mezní případ, volíme v praxi  |3Au> 1.
29
Velmi rozšířenými druhy oscilátorů jsou RC oscilátory, pracující na principu posuvu fáze. Jejich výhodou proti oscilátorům LC je to, že odpadá indukčnost, která zejména pro nízké kmitočty musí mít vysokou hodnotu. To vede k velkým rozměrům cívky a k použití jádra z feromagnetického materiálu, Další výhodou RC oscilátorů je snadná mšnitelnost kmitočtu v širokém rozsahu. RC oscilátory používáme pro kmitočty do 1 MHz.
RC oscilátor sestává ze zesilovače, jehož amplitudová a fázová charakteristika je v určitém kmitočtovém rozsahu stélé, a zpětnovazebního č ty ř pólu, jenž zajistuje potřebné natočení fáze a dostatečně velký koeficient (i . V praktiku se budeme zabývat typem RC oscilátoru, jehož zpětnovazební čtyřpól tvoří kaskáda RC členů. Jeho zapojení je na obr. 18. Jelikož jeden člen RC nemůže otočit fázi o 90°va více, je kaskáda tvořena nejčastěji třemi stupni, z nichž každý pro danou frekvenci zajistuje otočení o 60°. Protože tranzistor v zapojení SE otáčí fázi o 180°s bude výsledné otočení rovno 360°.
U
vat
Obr, 18
Výpočtem se dá odvodit, že pro vstupní a výstupní napětí použitého typu kaskády (obr. 18) platí
Uvst,    = _ 29 .(5.1)
U
výst
při frekvenci
f =
1
2 % RC Í5
(5.2)
30
Výraz  (5.2) platí pouze pro kaskádu se třemi stejnými RC členy. Podle (5.1) kaskáda zeslabuje signál 29x a proto musí být zesíleni zesilovače    Au^. 29.
Oscilátor s jedním tranzistorem nepracuje spolehlivě, neboí lze jen nesnadno dosáhnout potřebného zesílení a současně vhodných vstupních a výstupních odporů v jednom zesilovacím stupni. Proto je na obři 18 použit dvoustupňový zesilovač, ve kterém tranzistor zabezpečuje velký vstupní odpor (asi 100 k íl, zapojení SK) a 1^ potřebné napětové zesíleni. Potenciometřem R^ se nastavuje vhodný pracovní bod zesilovače.    Střídavý signál je odebírán z kolektoru       přes kondenzátor C^.
Úkoly:
1. Pro obě kaskády proměřte jejich modul přenosu v závislosti na frek-* venci a to v blízkém okolí bodu, kde f ~ 180°. Určete předpokládanou frekvenci, na které bude oscilátor kmitat.
2. Změřte frekvenci kmitů oscilátoru a porovnejte ji s frekvencemi určenými podle bodu 1 (frekvence pro fázový posuv 180° a frekvence vypočtená podle (5«2)  ).   Vysvětlete, proč se tyto tři hodnoty liší*
3. Pro zjištěný kmitočet určete hodnotu Au a ověřte podmínku pro' nasazení kmitů (l A > 1.
4. Zkoumejte vliv napájecího napětí na kmitočet a amplitudu kmitů.
Postup práce.
Modul přenosu a fázový posuv kaskád proměříme pomocí přípravku podle obr. 19. Aby byly zajištěny podobné podmínky jako v oscilátoru;
Obr. 19
je nutno připojit kaskády na vhodné impedance. Dělič napětí tvořený odpory       a       zajištuje výstupní impedanci zdroje blízkou výstupní impedanci použitého tranzistorového zesilovače. Rovněž výstup kaskády by měl být zatížen impedancí stejnou jako je vstupní impedance tranzistoru Tx. Vzhledem k zapojení tranzistoru 1^ a jeho vysoké vstupní impedanci je vstupní impedance zesilovače přibližně rovna velikosti R posledního odporu kaskády.
Modul přenosu jako funkci frekvence Ku(f) měříme pomocí dvou
-elektronkových voltmetrů (EV). Ku se potom rovné poměru vstupního a
"výstupního napětí
31
v    -      vs t
U   . .
vys t
Fázový posuv dvou napětí stejné frekvence môžeme měřit osciloskopem,. Přivádíroe-li'vstupní napětí čtyřpólu na horizontální vychylovácí desky obrazovky, výstupní napětí na vertikální vychylovácí desky, dostaneme na stínítku obecně elipsu, které odpovídá složení dvou na aebe kolmých harmonických kmitu stejné frekvence. Tři fázovém posuvu 180° se zobrazí úsečka. Frekvence f , pro kterou kaskáda otáčí fázi o 180° je předpokládaná frekvence kmitů oscilátoru. Měření proveďte pro obě kaskády.
Po zapojeni a rozkmitání oscilátoru přivedeme získané střídané napětí na vertikální vychylovácí systém.osciloskopu a na horizontální vychylování přivedeme signál z pomocného generátoru, jehož frekvencí měříme SítaSem. Na stínítku osciloskopu vzniknou Lissajousovy obrazce. Laděním pomocného oscilátoru se snažíme získat elipsu, V takovém případě je frekvence zkoumaného oscilátoru rovna frekvenci pomocného oscilátoru. • ,
Velikost napě tovéno zesílení pro kmitočet, na němž oscilátor kmitá, zjistíme následovně»    Především je nutno odpojit od zesilovače zpětnovazební kaskádu. Místo ní zapojíme do báze tranzistoru T-, vhodný odpor, pro nastavení pracovního bodu» Hodnota tohoto odporu má být rovna hodnotě- posledního odporu použitého v kaskáda. Nyní přivedeme na bázi tranzistoru       střídavé napětí z pomocného oscilátoru a to o stejné frekvenci jako kmital oscilátor zkoumaný a o velikosti asi       = Oj 01 voltu,,   Elektronkovými voltmetry změříme skutečné hodnoty vstupního a výstupního napětí.   Výstupní napětí musíme měřit v bodě, odkud odebíráme zpětnovazební napětí, tedy na jezdci potenciometru H^. Vypočteme napětové zesílení jako podíl naměřených napětí.
Je nutno poznamenat, že tranzistor 'I1 mé stále pracovat při stej-, ném'pracovním bodě, který nastavujeme potenciometrem Rg. Mas tavený klidpvý proud tranzistorem měříme napětím na odporu R , které by mělo být při všech měřeních stejné (při proudu 195 mA je napětí 1,5 V). Změnou pracovního bodu se změní zesílení tranzistorů i jejich vstupní odpor. Na osciloskopu můžeme pozorovat, že se změnou pracovního bodu také může nastat zkreslení výstupního napětí.