mnoooooogo je lakŠe! kako kako...
TRANSCRIPT
Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO
Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10% 10%
Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%
Kolokvijum I (prva nedelja u decembru) 50% 20%
Kolokvijum II (poslednja nedelja predavanja) 50% 20%
------------------------------
120% 60%
Ukupan skor u januaru može biti
110. decembar 2015. 1Uvod
http://leda.elfak.ni.ac.rs/
Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA
Savet: Izađite na kolokvijumMNOOOOOOGO JE LAKŠE!
PobudimoPobudimo iziz generatorageneratora prostoperiodičnogprostoperiodičnog signalsignalaa
KakoKako da da testiramotestiramo??
207. decembar 2015. Višestepeni pojačavači
PobudimoPobudimo iziz generatorageneratora prostoperiodičnogprostoperiodičnog signalsignalaa
PosmatramoPosmatramo//merimomerimo odzivodziv nana različitimrazličitim frekvencijamafrekvencijama ii
pripri različitimrazličitim amplitudamaamplitudama pobudnogpobudnog signalasignala
KAKO KAKO napravitinapraviti generatorgenerator??
33
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija
10. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Sadržaj
1.1. NamenaNamena
2.2. Princip rada, uslov oscilovanjaPrincip rada, uslov oscilovanja
3.3. Tipovi linearnih oscilatoraTipovi linearnih oscilatora
4.4. RC oscilatoriRC oscilatori
410. decembar 2015. Višestepeni pojačavači
4.4. RC oscilatoriRC oscilatori
5.5. LC oscilatori LC oscilatori
6.6. OOscilatori sa kristalom kscilatori sa kristalom kvvarcaarca
Generisanje signala sa kontrolisanim dinamičkim
parametrima (amplituda, oblik, frekvencija)
Oscilatori prostoperiodičnih osciacija linearni
Oscilatori složenoperodičnih oscilacija
Namena
Klasifikacija:
510. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori složenoperodičnih oscilacija
– generatori funkcija
Kolo pojačavača OpterećenjeIzvor signala
xr
yixu xu +xr
KAKO Oscilatori generišu
signal na izlazu i kada nema pobude?
Princip rada
610. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
A=yi/(xu+xr); B= xr / yi ; Ar= yi/xu;
Opšta struktura pojačavača sa povratnom spregom.
Kolo povratne spregeB
xu=0
Opšta struktura oscilatora
OpterećenjeIzvor signala
Kolo povratne sprege
Kolo pojačavača
xr
yixr
B
710. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
yi=Axr; xr = Byi ; AB=1yi=AByi;
Dakle, ako je AB=1, signal yiz postoji i
kada nema pobudnog signala !!!
Opšta struktura oscilatora
Izvor signala Kolo pojačavača Opterećenje
Kolo povratne sprege
Vr (s)
Viz(s)
B(s)
Vul (s)=0
Vul (s) + Vr (s)
U frekvencijskom domenu s=jω=j2πf
810. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
B(s)A(s)1
A(s)
(s)
(s)(s)
rA
ul
iz
−==
V
V
Viz(s)=A(Vul (s)+ Vr(s)); Vr (s)=BViz(s); Viz(s)=A(Vul (s)+ BViz(s))
U frekvencijskom domenu s=jω=j2πf
B(s)A(s)1
A(s)
(s)
(s)(s)
rA
ul
iz
−==
V
V
Opterećenje
Kolo povratne sprege
Vr (s)
Viz(s)
B(s)
Vul (s)=0
Vul (s) + Vr (s)
Opšta struktura oscilatora
910. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Za A(s)B(s)=1 0
)(
)(
)( sV
sV
sV
rA iz
ul
iz ⇔∞→=(s)
Može se dobiti signal na izlazu i ako je Vul(s)=0 !!!
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
B(s)A(s)1(s)rul −V
Opterećenje
Kolo povratne sprege
Vr (s)
Viz(s)
B(s)
Vul (s)=0
Vul (s) + Vr (s)
Opšta struktura oscilatora
1010. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kružno pojačanje A(s)B(s)=1, znači da A kompenzuje slabljenje u
kolu povratne sprege B.
A=1/B
OpterećenjeIzvor signala
Kolo povratne sprege
Kolo pojačavača
xr
yixr
B
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
1110. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Sadrži dva uslova
Im A(s)B(s) = 0 Re A(s)B(s) = 1
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
signali su u fazi Signal je „održiv“ : niti se
pojačava, niti slabi (stabilnost)
Re A(s)B(s) = 1
Amplituda stabilna
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
Re A(s)B(s) > 1
Amplituda raste dok ne
1210. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Amplituda raste dok ne
uđe u zasićenje
Re A(s)B(s) < 1
Amplituda slabi, dok se ne
priguše oscilacije
Im A(s)B(s) = 0 Re A(s)B(s) = 1
A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja
Konjugovano kompleksni polovi
tjs ωσ ±=2,1
1310. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
tjtj eee
tjs
ωσωσ
ωσ±± ⋅=
±=2,1
amplituda frekvencija
Analiza u 2 koraka:
- Analiza u s-domenu - linearna
- Analiza kontrole amplitude - nelinearna
Oscilatori
1410. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Za matematičare:
analiza se svodi na određivanje korenova
karakteristične jednačine
Prvi korak
i/ili(s)
)(A(s)y
(s)A izi V===
1-A(s)B(s)=0
1510. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
(s)
(s))(
B(s)A(s)1
A(s)
x
y(s)
rA
ul
iz
u
i
V
V=
−==
(s)
(s)(s) iz
iz ∆∆
=V 0=∆(s) ∞→(s)izV
(s)B(s)A(s)1
A(s)(s)(s)
rA(s) ululiz VVV ⋅
−==
0
∞→(s)izV
Prvi korak
Da bi se oscilacije uspostavile treba AB > 1;
AB=1+δ
Drugi korak
1610. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kako vratiti amplitudu na željenu vrednost?
Nelinearnim kolom za kontrolu amplitude
Drugi korak
Amplituda oscilacija oscilatora nije određena uslovomoscilovanja, već zavisi od granica koje definišu radnu oblastaktivnog elementa.
(šta je to za BJT,
a šta za MOSFET).
Rast amplitude dovodi radnu tačku u nelinearni deo
1710. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Rast amplitude dovodi radnu tačku u nelinearni deokarakteristika aktivnog elementa, (npr. zaravnjeni vrh signala).
Time se unose haromijske komponente (signal sadržikomponente na različitim frekvencijama).
Kolo za kontrolu amplitude
Drugi korak
vu
1810. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
vi
vu
Kolo za kontrolu amplitude
Za malo vu, diode inverzno polarisane, Vi=?
Metod superpozicije
Sukcesivno se posmatra uticaj
svakog generatora pojedinačno kada
su ostali isključeni (=0).vu
1910. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
su ostali isključeni (=0).Vi
vu
Vi = - (Rf/R1 )vu +
+ (R4+R5)/(R2+R3+R4+R5)V +
+ (R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)(-V)
Kolo za kontrolu amplitude
Za malo vu, diode inverzno polarisane, Vi=?
Vi = - (Rf/R1 )vu +
+ (R4+R5)/(R2+R3+R4+R5)V +
+ (R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)(-V)vu
2010. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
+ (R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)(-V)
Vi = - (Rf/R1 )vu
za R2=R5 i R3=R4
Vi
vu
Kolo za kontrolu amplitude
Za malo vu, diode inverzno polarisane
vi =-(Rf/R1 )vu
vu
2110. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
vi
vu
Kolo za kontrolu amplitude
Kada vu poraste, Vi se smanji, tako da D1 provede
Rf’ =Rf||R3 < Rf
Vi
vu
Vi
vu
2210. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Nagib (pojačanje) = -Rf’/R1
Kolo za kontrolu amplitude
Za negativno vu, vi poraste, tako da D2 provede
Nagib
(pojačanje)
= -Rf’’/R1
vi
vu
Vi
vu
2310. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Rf’’ =Rf||R4 < Rf
Kolo za kontrolu amplitude
D1 provede, kada VA<Vγ=0.7V
Koliki je napon na diodama kada
provedu?
Jedan kraj diode je na virtuelnoj masi
V-=0V, a drugi:
V =VR /(R + R ) + v R /(R + R )
vivu
2410. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
VA =VR3 /(R2+ R3) + viR2 /(R2+ R3)
D2 provede, kada VB>Vγ=0.7V
VB =-VR4 /(R4+ R5) + viR5 /(R4+ R5)
Kolo za kontrolu amplitude
++=
+5
4
5
4 1R
RV
R
RVL γ(s)
Vi
vu
Za VB =-VR4 /(R4+ R5) + viR5 /(R4+ R5)=Vγ , vi= L+
Za
VA =VR3 /(R2+ R3) + viR2 /(R2+ R3)=-Vγ ,
v = L
2510. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
+−−=
−2
3
2
3 1R
RV
R
RVL γ(s)
vi= L-
Kolo za kontrolu amplitude
2610. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Za veliko Rf
Postoje i druga rešenja za kontrolu amplitude koja će biti
pomenuta tokom kursa.
U ovom kursu – linearni oscilatori
Iako u nazivu LINEARNI, oni moraju da sadrže i
nelinearne elemente da bi zadržali kontrolu
veličine amplitude
Oscilatori
2710. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
• RC oscilatori,
• Ocilatori sa oscilatornim kolima - LC oscilatori
• Ocilatori sa kristalom kvarca
U ovom kursu – linearni oscilatori
Oscilatori
Tipovi:
- RC oscilatori
- Vinov most
- Fazni pomeraj
- Oscilatori sa oscilatornim kolima
2810. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
- Oscilatori sa oscilatornim kolima
- Kolpicov
- Hartlejev
- sa induktivnom spregom
- sa negativnom otpornošću...
- Oscilatori sa kristalom kvarca (Pirsov)
RC oscilatori (10Hz – x100kHz)
2910. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
RC oscilatori (10Hz – x100kHz)
• Oscilator sa Vinovim mostom
• Oscilator faznog pomeraja
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
3010. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien) =)AB(jω
121 /RRA +=
p
ZZ
ZB(jω
+=)
3110. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
sp ZZ +
( )( ) ( ) ( )
=+++
+=
+=
CjCRjCRjR
CRjR
ZZ
ZB(jω
sp
p
ωωωω
/11/
1/)
( )Cj
CRjCjRZ
CRj
R
CjR
CjRZ sp ω
ωω
ωωω +
=+=+
=+⋅
=1
)/(1 ;1)/(1
)/(1
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
121 /RRA +=
( )21
)CRjCRj
CRjB(jω
ωωω
++=
CRjω
3210. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
)ωCR
ωCRj
/RRAB(jω
1(3
1) 12
−+
+=
( ) CRjCRj
CRjB(jω
ωωω
31)
2 +−=
−+=
CRCRj
B(jω
ωω
13
1)
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
ImAB(jω)=0;
AB(jω)=1
)ωCR
ωCRj
/RRAB(jω
1(3
1) 12
−+
+=
3310. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
ImAB(jω)=0;
za ωoRC =1/ (ωoRC); odakle sledi da je frekvencija
oscilovanja=
ωo =1/ (RC)
/RR1+
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Uslov oscilovanja:
)ωCR
ωCRj
/RRAB(jω
1(3
1) 12
−+
+=
AB(jω)=1
34
)CRω
CRωj
/RRAB(jω
o
o
1(3
1) 12
−+
+=
10. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Uslov oscilovanja:
ReAB(jωο)=1 za (1+R2/R1)=3 ⇒ R2/R1 =
Za ωο=1/(RC)
R2/R1 = 2
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Domaći 10.1
3510. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
a) Odrediti polove funkcije 1-AB
zanemarujući kolo limitera
[s1,2=(105/16)(0.015± j)]
Domaći 10.1
3610. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
b) Naći frekvenciju oscilovanja
[fo=1kHz]
c) Odrediti amplitudu oscilovanja ako je VD=0.7V
[21.36Vpp]
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Domaći 10.2
3710. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)
Domaći 10.2
a) Odrediti položaj potenciometra pri
kome se uspostavljaju oscilacije
[20kΩ]
3810. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
b) Naći frekvenciju oscilovanja
[fo=1kHz]
Oscilator faznog pomeraja
1ω =
3910. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
6
1
RCωo =
( ) RCx
xjxxB(jω
ω1
;651
1)
22=
−+−=
( )
29
1
666651
16)() −=
−+⋅−===
jωxB(jω oo 29−=A
Oscilator faznog pomeraja
Praktična realizacija
4010. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
Primer realizacije
sa diskretnim komponentama
4110. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilator faznog pomeraja
Aktivni elementi rade u klasi A da bi se smanjila
izobličenja
Zahtevaju komponente sa velikim pojačanjem
(zbog velikog slabljenja u RC kolu)
Gornja granična frekvencija ograničena vrednostima
elemenata kola i graničnim frekvencijama aktivnih
4210. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
elemenata kola i graničnim frekvencijama aktivnih
elemenata do 100kHz.
Donja granična frekvencija ograničena fizičkom veličinom
pasivnih elemenata C !!!
4310. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
(100kHz – 100MHz)
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Aktivni elementi rade
4410. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Aktivni elementi rade
u klasi C zbog većeg
stepena iskorišćenja i
većeg broja
harmonika
f se kontroliše u opsegu x100kHz – x100MHz
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
X1 X2 X3
Collpitc C C L
Hartley L L C
4510. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
f oscilovanja definiše paralelno oscilatorno kolo
(energetski rezervoar)
Odnos X1 i X2 određuje jačinu povratne sprege
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Kolpicov (Colpitts)
eq
oLC
ω1
=
4610. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
21
21
CC
CCCeq +
=
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Kolpicov (Colpitts)
Za one koji žele da
nauče više
4710. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kolo za AC signal Kompletno koloeq
oLC
ω1
=
21
21
CC
CCCeq +
=
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Hartlijev (Hartley)
4810. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
CLω
eq
o
1=
MLLLeq 221 ++=
M
Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)
Hartlijev (Hartley)
Za one koji žele da
nauče više
4910. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
CLω
eq
o
1=
1221 2LLLLeq ++=
Oscilatori sa kristalom kvarca
5010. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarca
Oscilatori sa kristalom kvarca
U elektronskim kolima kristal kvarca ima ulogudvopola. Na dve suprotne stranice kristala nanese sesloj metala na koji se, preko provodnika, dovedesignal.
Pobuđen naizmeničnim signalom, kristal kvarcaponaša se kao el. impedansa:
16.12.2014.
5110. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
ponaša se kao el. impedansa:
Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
5210. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Otpornost R1 je vrlo mala, tako da se možesmatrati da se kristal kvarca ponaša kao čistoreaktivni dvopol, odnosno kao idealno oscilatornokolo.
Oscilatori sa kristalom kvarca
Oscilatori sa kristalom kvarca
5310. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Kristal kvarca ima dve rezonantne frekvencije:- rednu (grana L1C1)
i- paralelnu (zaptivno kolo)
11
1CL
r =ω
10
101
1
CC
CCL
p
+
=ω
Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
5410. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
fr i fP razlikuju se veoma malo kada je C0>>C1.
Ponaša se kao veoma selektivna impedansa jer je prirednoj rezonansi reaktansa jednaka 0 a pri paralelnoj teži beskonačnosti.
Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
5510. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarca prave se za generisanje fiksne frekvencije oscilovanja.
Mogu se napraviti sa promenljivom frekvencijom ali je stabilnost frekvencije oscilovanja manja.
Oscilatori sa kristalom kvarca
Brojne vrednosti elementa modela za tri kristala kvarca.
Oscilatori sa kristalom kvarca
Parametri modela
R1 L1 C1 Co
rezonantna [Ω] [mH] [pF] [pF]
5610. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
rezonantna frekvencija
[Ω] [mH] [pF] [pF]
2MHz 82 520 22 4.27
10MHz 25 11.5 12.2 5.4
50MHz 20 5.56 1.82 4
Kristal može da se priključi kao kapacitivnost ilikao induktivnost.
Oscilatori sa kristalom kvarca
C-karakter
L-karakter
Oscilatori sa kristalom kvarca
5710. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
C-karakter
Tada se ostvaruje tzv. kvarcna kontrola frekvencije
oscilovanja, a frekvencija oscilovanja nije jednaka ni
jednoj od rezonantnih frekvencija kristala.
Paralelno.
Oscilatori sa kristalom kvarca
Pirsov (Pierce) oscilator.
Oscilatori sa kristalom kvarca
Colpicov oscilator sakvarcnom kontrolom.
5810. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarca
Pirsov oscilator
Oscilatori sa kristalom kvarca
CMOS invertor
kao pojačavač
5910. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Redno
Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
6010. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
6110. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca
Primena u generatorima taktnog signala za mikroprocesore
6210. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
6310. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija frekvencije oscilovanja
Stabilizacija frekvencije oscilovanja
Frekvencija oscilovanja menja se u vremenu.
Stabilnost frekvencije određuje se kao količnik priraštaja
frekvencije u datom vremenskom intervalu i nominalne
vrednosti frekvencije.
ω
Δ
f
ΔfSf
ω==
6410. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
ωf
T T-∆T
f f+∆f
Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja
Parametri aktivnog elementa menjaju vrednosti zbog
promene položaja radne tačke (promena napona
napajanja i/ili temperature).
Starenje utiče na promenu vrednosti, kako aktivnih
tako i pasivnih elemenata kola.
6510. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
tako i pasivnih elemenata kola.
Smanjenje nestabilnosti usled promene otpornostipotrošača u kolu postiže se vezivanjem potrošačapreko
razdvojnog stepena (bafera) čija je ulazna otpornostvelika.
Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja
6610. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
velika.
Rp
Posebna pažnja se poklanja
stabilizaciji napona izvora za napajanje,
temperaturskoj stabilizaciji radne tačke,
izboru tolerancija pasivnih elemenata i njihovog
Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja
6710. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
izboru tolerancija pasivnih elemenata i njihovogkvaliteta i sl.
Dalje povećanje stabilnosti postiže se
modifikacijama kola oscilatora ili
primenom kristala kvarca.
Ugrađivanjem kristala kvarca u kolo oscilatorapostiže se velika stabilnost, reda 10-6.
Kristal kvarca karakteriše veoma tačna mehaničkaprirodna frekvencija oscilovanja.
Zato, pobuda promenljivim naponom, izazivamehaničke oscilacije tačno definisane frekvencije.
Oscilatori sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja
6810. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Frekvencija oscilovanja zavisi od dimenzija i načinaobrade kristala.
Najpovoljnije da oscilator osciluje na rezonantnoj
frekvenciji kristala. Dobija se velika stabilnost
frekvencije oscilovanja uz smanjena izobličenja
signala.
Stabilnost frekvencije oscilatora sa kristalom kvarca
Oscilatori sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja
6910. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
Analiza
Neophodna POZITIVNA povratna sprega
Barkhauzenov uslov
A(s)B(s)=1
- frekvencija oscilovanja ImA(s)B(s)=0
7010. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
- frekvencija oscilovanja ImA(s)B(s)=0
- uslov oscilovanja ReA(s)B(s)=1
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
Tipovi:
- RC oscilatori
- Vinov most
- Fazni pomeraj
- Oscilatori sa oscilatornim kolima
- Kolpicov
- Hartlejev
7110. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
- Hartlejev
- sa induktivnom spregom
- sa negativnom otpornošću
- Oscilatori sa kristalom kvarca (Pirsov)
Stabilizacija amplitude oscilovanja
Amplituda oscilacija oscilatora nije određena uslovomoscilovanja, već zavisi od veličine aktivne oblasti radaaktivnog elementa.
Velika amplituda dovodi radnu tačku u nelinearni deokarakteristika aktivnog elementa, čime se unosi
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
7210. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
karakteristika aktivnog elementa, čime se unosisadržaj haromijskih komponenti i nestabilnostfrekvencije.
Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak
Tip f opsegMogućnost regulacje f
RC 10Hz-1MHz Lako
7310. decembar 2015. Oscilatori prostoperiodičnih
oscilacija
LC 100kHz-100MHz Lako
Kvarc 10kHz-1GHz Teško
Šta smo naučili?
• Fizičko značenje negativne i pozitivne povratne sprege sa stanovišta odnosa faza ulaznog i vraćenog signala
• Skicirati el. šemu oscilatora sa vinovim (Wien) mostom i operacionim pojačavačem i dati izraze za uslov i frekvenciju oscilovanja.
7474
uslov i frekvenciju oscilovanja.
10. decembar 2015. Pojačavači sa povratnom spregom
Ispitna pitanja
1. Tipovi linearnih oscilatora.
2. Kolpicov oscilator (električna šema i frekvencija oscilovanja)
3. Stabilizacija amplitude oscilacija kod oscilatora sa vinovim mostom.
4. Osnovni načini povezivanja kristala kvarca sa kolom pojačavača.
757510. decembar 2015. Pojačavači sa povratnom spregom
Sledeće nedelje:
- Pojačavači velikih signala
7610. decembar 2015. Pojačavači sa povratnom spregom
Na web adresi http://leda.elfak .ni.ac.yu
> EDUCATION > OSNOVI ELEKTRONIKE
slajdovi u pdf formatu
V-Rešenje Domaći 9.1:
495011
501
1zaAB 501
1
2
1
2
1
21
21
1
=⇒=+=+
=−
+−==
=−⇒>>=−
=
−
R
R
R
R
R
RR
B
RR
R
V
VB
BAB
AA
o
r
a)
8.0
'
8.01
8.0' ;50
1
−−
−==
−= rr
A
AA
AB
AA
AB
AA
d)
U kolu sa slike upotrebljen je idealizovani pojačavač sa A=100dB.(Idealizovani pojačavač ima beskonačnu ulaznu i nultu izlaznu otpornost)
Odrediti R2/R1 tako da se dobije Ar =100!Odrediti za koliko će se smanjiti Ar ukoliko
pojačanje A opadne za 20%?
77Pojačavači sa povratnom spregom
111 RRRB
dBB 8,33)02.0log(20)50
1log(20 −===
b)
VVVRR
RV
VVVAB
AV
o
so
1.050/5
51.0501
21
1 ==+
=
=⋅=−
=
−
c)%0122,0100
'
100
1
8.011100'
=⋅−
⋅
−
−−=⋅−
r
rr
r
rr
A
AA
AB
AAB
A
AAOdrediti B u dB?
Odrediti napon na izlazu Vo, i V- ukoliko je Vs=0.1V.
V-Rešenje Domaći 9.2:
kHz1,200)2001(Hz100)1(
dB98.33)log(20
;501
=⋅=−⋅=
==
=−
=
BAff
Aa
BA
AA
ovvr
roro
o
oro
U kolu iz zadatka 9.1 odrediti pojačanje pojačavača sa povratnom spregom pri niskim frekvencijama (Aor) i gornju graničnu frekvenciju (fvr) ukoliko je pojačanje A
definisano karakteristikom sa slike: Ao=100dB
fv=100Hz
-20dB/dec
20log(A)
log(f)
78Pojačavači sa povratnom spregom
kHz1,200)2001(Hz100)1( =⋅=−⋅= BAff ovvr
Ao=100dB
fv=100Hz
-20dB/dec
log(f)
Aor=34dB
fvr=200kHz
Rešenje Domaći 9.3:
dBvvSNR
VVvvAvvv
inis
nginisiz
0)/log(20
;1111)(1
==
⋅+⋅=+=+=
vg
Bez pretpojačavača:
( ) ( )1 ;)( +=+⇒=+− vAvAAvABAvAvABvv
Sa pretpojačavačem:
Izlazni stepen pojačavača sa naponskim pojačanjem A1=1V/V pobuđuje se signalom vg= 1V, a u njemu se generiše se šum intenziteta vn =1V. Odrediti za koliko će se poboljšati odnos signal-šum na izlazu, ukoliko se koristi pretpojačavač sa A2 = 100V/V, a na oba stepena primeni NPS sa ukupnim faktorom povratne sprege B=1 kao na slici.
79Pojačavači sa povratnom spregom
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
( )dB40)100log(20)/log(20
.0099,01101
1
1
;99,01101
100
1
1 ;
111
1 ;)(
21
1
21
21
21
1
21
21
21
1
21
21
1212112
===
==+
=
==+
=
+=
+=⇒+=
++
+=
+=+⇒=+−
inis
nin
g
is
nin
g
isinisng
iz
ngiziznizg
vvSNR
VVABA
vAv
VVABA
vAAv
ABA
vAv
ABA
vAAvvv
ABA
vA
ABA
vAAv
vAvAAvABAvAvABvv
Rešenje Domaći 9.4:
Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje Ad=80dB, konačnu
ulaznu otpornost Rud=100kΩ i izlaznu otpornost Ria=1kΩ . Odrediti Ar=Vi/Vg, Rur,
i Rir. Poznato je Rg=10kΩ, R1= 1kΩ , R2=1MΩ Rp= 2kΩ.
Rp
Ria
Rud
Rg
Vd
Vi
Ru
AdVd
R11
R22
Ri
MRRRkRR
RRR 1 ,1 2122
21
2111 ≈+=≈
+=
Vg
1010010210
)(
)(
334
1122
22
⋅⋅⋅
+++===
udg
ud
pia
pd
g
d
d
i
g
io
RRA
RRR
R
RRR
RRA
V
V
V
V
V
VA
Za one koji žele da nauče više
80Povratna sprega
6000101.1
10100
)103(
10210
)( 6
3
3
34
11
=⋅
⋅
⋅
⋅⋅=
++≈
ud
ud
pia
pdo
RR
R
RR
RAA
Ria
VoR1Vr3
21
1 10−−≈+
−=−=RR
R
V
VB
o
r
8577
6000
1
7)10(600011 3
==−
=
=−−=− −
BA
AA
BA
o
or
o
irirp
irpir
o
iir
piapiai
RRR
RRR
BA
RR
kRRRRRR
⇒+
=
Ω==−
=
Ω=+≈+=
´
´
4287
3000
1´
3)( 22
Rešenje Domaći 9.4:
Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje Ad=80dB, konačnu
ulaznu otpornost Rud=100kΩ i izlaznu otpornost Ria=1kΩ . Odrediti Ar=Vi/Vg, Rur,
i Rir. Poznato je Rg=10kΩ, R1= 1kΩ , R2=1MΩ Rp= 2kΩ.
Rp
Ria
Rud
Rg
Vd
Vi
Ru
AdVd
R11
R22
Ri
MRRRkRR
RRR 1 ,1 2122
21
2111 ≈+=≈
+=
Vg
Ω=−=
Ω=++=++=
kBARR
kkkkRRRR
ouur
udgu
777)1(´
11111001011
Za one koji žele da nauče više
81Povratna sprega
Ω=−=
Ω=−=
kRRR
kBARR
gurur
ouur
776´
777)1(´
Ω≈=−⋅
=−
=⇒+
=
Ω==−
=
Ω=≈=
1001905
190000
952000
952000
´
´ ´
957
666
1´
66,0)( 22
irp
irpir
irp
irpir
o
iir
piapiai
RR
RRR
RR
RRR
BA
RR
kRRRRRR