Generalitati

ARGUMENT

Generatoarele sinusoidale formeaz o clas larg de aparate, datorit proprietilor remarcabile pe care le are semnalul sinusoidal n tratarea circuitelor electronice n regim variabil. Multe firme productoare de aparataj electronic ntrebuineaz denumiri cu caracter general ca: oscilator pentru aparatele la care se cunoate precis frecvena semnalului generat; generator sau test-oscilator pentru aparatele care au n plus un voltmetru pentru msurarea tensiunii de ieire i un atenuator calibrat; generatoare de semnal pentru aparatele la care semnalul produs poate fi modulat; versa-tester pentru aparatele care genereaz semnale de form sinusoidal sau/i dreptunghiular, au posibilitatea msurrii i indicrii frecvenei i amplitudinii semnalului i pot msura i semnale externe.

n ceea ce ne privete, vom folosi termenul de oscilator numai pentru etajul care genereaz efectiv semnalul de tensiune i generator pentru ntreg aparatul. Generatoarele care produc semnale sinusoidale cu o frecven baleiat (scanat) automat - comandat electric - ntre dou frecvene se numesc vobulatoare. Ca generatoare de semnale oscilatoarele trebuie s satisfac o serie de cerine: s aib o mare stabilitate a frecvenei; s lucreze ntr-o band de frecven ct mai mare; s dea o tensiune ct mai constant n banda de lucru; s aib o mare stabilitate n funcionare. n funcie de caracterul aplicaiei se poate accentua una dintre aceste trsturi. Lucrarea de fata este structurata pe 3 capitole in care sunt prezentate mai multe tipuri de oscilatoare RL, principiile lor de functionare si parametrii acestora. Sunt diferentiate oscilatoarele cu rezisten negativ, oscilatoarele LC cu reacie, oscilatoarele in trei puncte tip Colpitts si tip Hartley, oscilatoarele cu cuplaj magnetic si oscilatoarele cu cristal de cuart. Oscilatoare LC

CAPITOLUL I

1.Generalitati

Oscilatoarele sunt generatoare de oscilatii electrice ntreinute, cu frecven proprie (funcioneaz fr semnal de intrare).

Fata de amplificatoare, ocilatoarele prezinta asemanari si deosebiri. Asemanarea consta in proprietatea comuna de a transforma energia de curent continuu a sursei de alimentare in energie de curent alternativ a semnalului generat. Deosebirea consta, in primul rand, in faptul ca pentru executarea acestei operatii amplificatoarele necesita un semnal de comanda, pe cand oscilatoarele lucreaza fara semnal exterior de comanda. In al doilea rand, semnalul de iesire al unui amplificator are frecventa determinata de semnalul de intrare, pe cand semnalul generat de oscilator are frecventa data de parametrii circuitelor care il compun.

2.Parametrii oscilatoarelor

Ca generatoare de semnale, oscilatoarele trebuie sa indeplineasca anumite conditii privind principalii sai parametrii si anume:

- Forma semnalului generat

- Domeniul de frecven n care lucreaz

- Stabilitatea frecvenei de oscilaie

- Amplitudinea semnalului de ieire

- Stabilitatea amplitudinii semnalului de ieire

- Coeficientul de distorsiuni neliniare impus

3.Clasificarea oscilatoarelor

Dup forma semnalului pe care il genereaza:

- oscilatoare sinusoidale

- oscilatoare nesinusoidale

Dup domeniul de frecven n care lucreaz:

- oscilatoare de audiofrecven ( j. f)

- oscilatoare de radiofrecven (. f)

- oscilatoare de foarte nalt frecven

Dup natura componentelor din reeaua selectiv:

- oscilatoare RC

- oscilatoare LC

- oscilatoare cu cuar

Dupa principiul de functionare:

- oscilatoare cu rezistenta negativa

- oscilatoare cu reactie CAPITOLUL II

4.Oscilatoarele LC

Oscilatoarele LC sunt circuite ce folosesc proprietatile selective ale circuitelor LC.

Principiul de funcionare a acestui tip de oscilatoare duce la obinerea la ieire a unor oscilaii de amplitudine constant, forat ntreinute.

innd seama de faptul c ntr-un circuit LC cu elemente reale(r(0), datorit pierderilor, amplitudinea oscilaiilor scade treptat pn la zero(oscilaiile se amortizeaz), realizarea unei amplitudini constante, n aceste condiii, se poate face numai compesnd pierderile cu ajutorul unei energii corespunztoare, convenabil alese.

n vederea acestei compensri energetice, se pot folosi dou metode:

introducerea n circuit a unui element cu rezisten negativ;

aplicarea la intrarea amplificatorului, prin intermediul unui

cuadripol, a unui semnal de faz, deci folosirea unei reacii pozitive.

4.1.Oscilatoare cu rezisten negativ.

Realizarea acestor oscilatoare are la baz compensarea pierderilor produse n circuitul LC real, cu ajutorul unei rezistene negative, astfel nct, atunci cnd rezistena total a circuitului devine zero, acesta s nceap s oscileze pe frecvena sa de rezonan cu o amplitudine constant a oscilaiilor.

Un astfel de circuit comport n ramura inductiv, unde s-a reprezentat separat rezistena proprie a bobinei, un element de rezisten negativ. Tipul oscilaiilor generat depinde de valoarea total a rezistenei circuitului:

n care: rL - rezistena proprie a bobinei , rn rezistena negativ introdus n circuit.

Rezistenta totala r tot poate fi:

r tot > 0: circuitul avnd pierderi de energie prin caldura, oscilatiile se amortizeaza pna la zero;

r tot = 0: energia introdusa de elementul exterior compenseaza pierderile, oscilatiile, si pastreaza amplitudinea constanta;

r tot < 0: oscilatiile cresc treptat, teoretic pna la infinit, practic find limitate de caracteristicile neliniare ale elemtelor active din circuit.

n cea ce priveste rezistenta negativa introdusa, deoarece elementele fizice nu pot avea valori rezistive negative, se folosesc componente electronice care prezinta n anumite domenii rezistente negative, respectiv la care cresterea tensiunii la borne antreneaza scaderea curentului n circuit.

Dintre componentele electronice studiate, prezinta rezistenta negativa tetroda (n conditii de efect dinatron) si dioda tunel, pe domeniul descrescator al caracteristicii de tip N.

n figura 2 se redau scheme cu astfel de elemnte ce prezinta rezistenta negativa (notate n figura 2, a prin simbolul N). n figura 2, b n circuit a fost inclusa o dioda tunel (DT).

Fig 2. Scheme de oscilatoare cu rezistenta negativa Dei simple din punct constructiv, oscilatoarele cu rezisten negativ se folosesc rar, datorit deficienelor legate de gsirea unor elemente cu rezisten negativ avnd o bun stabilitate n funcionare.4.2.Oscilatoare LC cu reacie.

Oscilatoarele LC cu reacie sunt amplificatoare cu reacie pozitiv, avnd fie n componenta circuitului de sarcin, fie n cuadripolul de racie un circuit oscilant alctuit din bobine i condensatoare. Aceste oscilatoare se bazeaz pe compensarea pierderilor din circuit prin intermediul unui semnal de reacie pozitiv, adus de la ieirea la intrarea oscilatorului, prin intermediul cuadripolului de reacie. Fig.3. Schema de principiu a unui amplificator cu reactie Un amplificator cu reacie const dintr-un amplificator cu amplificare A, avnd o bucl de reacie, alctuit dintr-un cuadripol, cu factorul de transfer .

Prin intermediul acestuia, o parte din semnalul de la iesire se readuce la intrarea amplificatorului.

Valoarea amplificrii cu reacie este dat de relaia: n care:

A este amplificarea circuitului de reacie;

este factorul de reacie;

A0 este amplificarea fr reacie;

Din relaia de mai sus rezult c dac: sau - relaia lui Barkhausen atunci amplificarea A este infinit i amplificatorul cu reacie se transform n oscilator.

Aceast condiie, de reacie pozitiv, asigur apariia unui semnal la ieire, fr aplicarea unui semnal de intrare. Explicaia const n faptul c semnalul dat de cuadripolul de reacie, aplicat la intrarea amplificatorului, reprezint chiar semnalul necesar pentru ntreinerea oscilaiilor. Deoarece att amplificarea, ct i factorul de transfer sunt redate prin numere complexe relaia lui Barkhausen, este echivalent cu dou condiii reale, una referitoare la module, iar cealalt referitoare la faze.

, i pentru ,

Relatiile arata ca:

- factorul de transfer al cuadripolului trebuie sa aiba modulul egal cu inversul modulului amplificarii;

- defazajul cuadripolului de reactie trebuie astfel ales nct oricare ar fi defazajul introdus de amplificator n circuit, semnalul de reactie aplicat sa fie n faza cu semnalul de la intrarea amplificatorului.

Prima conditie se numeste conditie de amplitudine,iar a doua conditie,

referitoare la faz, poart numele de conditie de faza.

n cazul oscilatoarelor LC, frecvena de oscilaie este dat de parametrii circuitului oscilant, avnd valoarea: .

Domeniul de lucru al acestor oscilatoare este cel al frecvenelor nalte, pentru care se pot realiza relativ uor bobine cu inductivitate L mic. Circuitele folosesc de obicei ca amplificator un singur element activ.

Dupa montajul folosit pentru asigurarea reaciei, oscilatoarele se clasific n:

oscilatoare n trei puncte;

oscilatoare cu cuplaj magnetic;

oscilatoare cu cuar.4.3. Oscilatoare n trei puncte.

La acest tip de oscilatoare, cele trei impedante, ce constituie sarcina apmlificatorului si cuadripolului de reactie, se conecteaza la cei trei electrozi (,,cele trei puncte) ai elementului activ (tranzistor).

Conectarea se face astfel nct unul din electrozi, comun la doua din impedante, sa fie n acelasi timp conectat la potentialul masei. n multe scheme se leaga la masa emitorul tranzistorului respectiv (figura 4 a), obtinndu-se tensiunle de iesire U1 si de reactie U3, indicate n figura 4, b (unde s-au prezentat numai schemele echivalente de curent alternativ).

Fig.4. Schema de principiu a unui oscilator,,n trei puncte a cu cele trei puncte scoase n evidenta

b cu indicarea tensiunilor de iesire si de reactie

Pentru oricare tip de oscilator aspectele cele mai importante sunt:

relatia pe care trebuie s-o ndeplineasca parametrii circuitului pentru a

asigura intrarea n oscilatie (amorsarea oscilatilor);

- valoarea frecventei de oscilatie.

Oscilatoarele n trei puncte pot avea constructiv dou variante :

Z 1 i Z 3 de natur inductiva, iar Z 2 de natur capacitiva: oscilator cu

filtru trece-jos sau de tip Colpitts;

Z 1i Z 3 de natur capacitiva, iar Z 2 de natur inductiva: oscilator cu

filtru trece-sus sau de tip Hartley.

Oscilator de tip Colpitts Oscilator de tip Hartley

4.4.Oscilatoarele cu cuplaj magnetic.

Oscilatoarele din aceasta categorie au n componenta lor un amplificator si un cuadripol de reactie, ntr care semnalul de reactie se transmite inductiv de la un circuit oscilant acordat la o bobina de reactie sau invers.

La aceasta categorie de oscilatoare se pot deosebi doua tipuri:

- un tip de oscilatoare cu cuplaj magnetic la care sarcina amplificatorului este circuitul oscilant acordat (CO) si cuadripolul este sub forma unei bobine de reactie (figura 5, a) ;

- alt tip de oscilatoare avnd ca sarcina a amplificatorului o bobina si drept cuadripol de reactie un circuit acordat CO (figura 5, b).

Figura 5. Oscilator cu cuplaj magnetic

a cu circuit acordat n colector si bobina de reactie montata n circuitul de intrare;

b cu bobina n colector si circuit acordat montat n circuitul de intrare.

Oricare ar fi situatia, frecventa de oscilatie a oscilatorului este frecventa de rezonanta a circuitului acordat, determinata de valorile parametrilor sai L si C. Rezulta ca proprietatile selective ale oscilatorului n privinta frecventei unice de lucru (la un montaj dat) se pot datora fie amplificatorului (daca CO reprezinta sarcina sa), fie cuadripolului de reactie (daca acesta este construit din CO respectiv).

Stabilitatea frecventei oscilatoarelor cu reactie.

O problema importanta care apare la oscilatoare este stabilitatea frecventei oscilatiilor. Frecventa de oscilatie fiind determinata de inductanta si capacitatea circuitului acordat, orice variatie a acestora duce la variatia frecventei de lucru.

Cele mai importante cauze care pot provova variatia parametrilor LC ai

circuitului sunt:

variatia de temperatura a mediului ambiant;

variatia tensiunior de alimentare;

schimbarea n timp a valorilor LC a circuitului.

Pentru a obtine oscilatoare de mare stabilitate se pot folosi fie metode de compensare, fie metode de protectie:

metodele de compensare presupun folosirea termistoarelor pentru a mentine curentul constant la variatile de temperatura si a varistoarelor pentru a mentine curentul constant la variatile de tensiune (n anumite limite);

presupun introducerea elementelor circuitului acordat ntrun termostat care mentine temperatura constanta.

n oricare din cazuri cuplajul elementului acticv cu circuitul acordat se face ct mai slab cu putinta.

La oscilatoare lucrnd pe o frecventa fixa se poate ameliora stabilitatea folosind pentru frecvente nalte cristalul de cuart.

CAPITOLUL III

5. Oscilatoarele cu cristal de cuart.

Anumite materiale cum sunt cuartul, turmalina, sarea , Seignette si altele, taiate n anumite moduri prezinta proprietati piezoelctrice. Aceste proprietati constau n aceea ca, aplicnd placutei o tensiune electrica ea si modifica dimensiunile, iar aplicnd placutei forte mecanice apar sarcini electrice de un anumit tip pe fetele solicitate mecanic.

Se constata experimental ca o placuta de cuart, mpreuna cu electrozii respectivi se comporta ntr-un montaj oarecum ca un circuit RLC, de tipul reprezentat n figura 6, b.

Figura 6. Cristal de cuart: a simbol, b schema echivalenta.

Elementele schemei echivalente au semnificatiile: L echivalentul electric al masei cristalului;

Cs echivalentul electric al elasticitatii;

R echivalentul electric al pierderilor prin frecare;

Cp capacitatea monturii, capacitatea dintre electrozi.

Circuitul are doua frecvente de rezonanta din care una serie si alta derivatie. Circuitul poseda cel putin doua caracteristici esentiale:

rezistenta de pierderi R este mult mai mica dect reactanta X, astfel nct facorul de calitate al circuitului este foarte mare, putnd atinge valori de ordinul sutelor de mii

valorile parametrilor R,L, Cs, Cp sunt foarte stabilite n timp si

influentate putin de elementele de circuit

circuitul are dou frecvene de rezonan, una serie i cealalt derivaie

factorul de calitate Q = O L / R este foarte mare

Aceste caracteristici explica marea stabilitate a oscilatoarelor cu cuart.

Avantajele oscilatoarelor cu cuart constau n obtinerea unei bune stabilitati a frecventei ntr-o constructie simpla si robusta. Dezavantajul consta n faptul ca nu pot lucra dect pe frecvente fixe, caracteristice cristalului utilizat, cuprinse ntre 100 kHz si 40 MHz; la frcvente prea joase dimensiunile placii de cuart devin prea mari, iar la frecvente prea nalte ar fi nevoie de placi prea subtiri care ar deveni fragile.

5.1.Oscilatorul Colpitts cu cristal de cuar

ntre frecvena de rezonan serie mai mic i frecvena de rezonan derivaie,

cristalul se comport inductiv Cuarul nlocuiete inductana din circuitul de reacie a unui oscilator Colpitts obinnduse un oscilator de foarte mare stabilitate.

Fig. 7. Oscilatorul Colpitts cu cuar

Avantaje

- Are foarte bun stabilitate a frecvenei

- Construcie simpl i robust.

Dezavantaje

- Lucreaz numai pe frecvene fixe, n funcie de caracteristicile cuarului

f = 100 kHz 40 MHz

- La frecvene mai joase, dimensiunile plcii devin prea mari, iar la frecvene mai nalte, plcile sunt foarte subiri i fragile.

NORME DE TEHNICA SECURITII MUNCII

I DE PREVENIRE I STINGERE A INCENDIILOR

N LABORATORUL DE ELECTRONICA Respectarea normelor de tehnica securitii muncii contribuie la asigurarea condiiilor de munc nornale i la nlturarea cauzelor care pot provoca accidente de munc sau mbolnviri profesionale. n aceast direcie responsabilitatea pe linie tehnic a securitii muncii i prevenirea i stingerea incendiilor, revine att celor care organizeaz, controleaz i conduc procesul de munc, ct i celor care lucreaz direct n producie.

Conductorul laboratorului trebuie s ia msuri pentru realizarea urmtoarelor obiective:

S se asigure iluminatul, nclzirea i ventilaia n laborator; S se asigure expunerea vizual prin afie sugestive, privitoare att la protecia muncii, ct i la prevenirea i stingerea incendiilor; Mainile i instalaiile din laborator s fie echipate cu instruciuni de folosire; S se asigure legarea la pmnt i la nul a tuturor mainilor acionate electric; n laborator s se gseasc la locuri vizibile mijloace pentru combaterea incendiilor; S se efectueze instructaje periodice pe linie de protecie a muncii, de prevenire i stingere a incendiilor; nainte de nceperea orei se va verifica dac atmosfera nu este ncrcat cu vapori de benzin sau cu gaze inflamabile; Dac s-a utilizat benzin sau alte produse uor inflamabile pentru splarea minilor, acestea trebuie din nou splate cu ap i spun i terse cu un prosop; Machetele sau exponatele trebuie s fie bine fixate n suport, iar utilizarea lor se va face numai n prezena inginerului sau laborantului; Materialele utilizate se vor manevra cu grij, pentru a nu se produce accidente precum: rniri ale minilor, rniri ale ochilor, insuficiene respiratorii, etc. Manevrarea instrumentelor, a mijloacelor de lucru, a machetelor mai grele se va face cu atenie pentru a evita riscul de lovire.

Elevii: Vor utiliza materialul didactic doar sub supravegherea profesorului, iar n timpul pauzelor vor aerisi sala de clas pentru a pstra un microclimat corespunztor de lucru; Nu vor folosi n joac instrumentele puse la dispoziie; Nu vor introduce obiecte n prizele electrice;

Vor avea grij de mobilierul i mijloacele didactice din dotarea laboratorului; Vor efectua lucrrile de laborator n prezena profesorului sau laborantului; Vor pstra o atmosfer de lucru n timpul orelor, n linite i cu seriozitate. Nerespectarea regulilor mai sus menionate poate conduce la accidente nedorite, de aceea, abaterile vor fi sancionate conform prevederilor legale i ale regulamentului de ordine interioar. BIBLIOGRAFIE

1.Dispozitive electronice, Editura Teora, 2003 -Thomas L. Floyd

2.Electronica industriala-Componente si circite electronice de baza- Alexandru Vasile

3.Electronic. Manualul studentului, Vol I i II- Mihai Dinc

4.Theodor Danila , Monica Ionescu-Vlad Componente si circuite electronice

Editua Didactica si Pedagocica, Bucuresti 1984

5.www.regielive.roPAGE 20

_1227174569.unknown

_1311960933.unknown

_1227174799.unknown

_1235546901.unknown

_1227175195.unknown

_1227174780.unknown

_1227172780.unknown

_1227172843.unknown

_1227172544.unknown