Ostsillaator

Allikas: Vikipeedia

Ostsillaator (ladina k oscillare kiikuma, võnkuma) on elektrongeneraator, mis tekitab sumbumatuid harmoonilisi võnkumisi ehk siinusvõnkumisi. Ostsillaatorlülituse põhiosad on võnkesagedust määrav element ja võnkumist alal hoidev võimenduslülitus.

Sagedust määravaks elemendiks võib olla LC-võnkering, kvartsresonaator või ka RC-lüli, näiteks Wieni sild. Selektiivsust määrav lüli ühendatakse võimendi positiivse tagasiside ahelasse. Kõrgetel, gigahertsides mõõdetavatel sagedustel võib võimenduslülitust asendada negatiivse diferentsiaaltakistusega element ‒ tunneldiood või Gunni diood.

Ostsillaatorit võib niisiis vaadelda positiivselt tagasisidestatud võimendina. Toite sisselülitamisel tekib võimendi elementides paratamatult teatav omamüra pinge, mis võimendatuna kandub tagasisideahela kaudu sisendisse, suurendades sisendpinge väärtust. Et võimendusastme koormuseks oleva rööpvõnkeringi takistus on suurim tema resonantsisagedusel, siis kandub suurima amplituudiga tagasi just selle sagedusega pingekomponent. Kui tagasisidepinge on küllaldase amplituudiga ja faasis sisendpingega, siis kasvab ta järjest, kuni saavutab toitepinge ja võimenduslülituse omadustega määratud püsiväärtuse.

Sumbumatute võnkumiste tekkimiseks peavad olema täidetud sisend- ja väljundpingete amplituudide ning faaside tasakaalu tingimused.

Sisend- ja väljundpingete amplituudid on tasakaalus, kui võimenduselemendi võimendusteguri K ja tagasisideahela ülekandeteguri B korrutis on 1 (B on võimendi sisendisse rakenduva tagasiside pinge ja võimendi väljundpinge suhe).

Faaside tasakaalu tingimus nõuab, et võimendis tekkiva faasinihkenurga ja tagasisideahelas tekkiva faasinihkenurga summa oleks null. Seega on faaside tasakaalu tingimus täidetud juhul, kui tagasisideahelast saabuv pinge on sisendpingega faasis, s.t tagasiside peab olema positiivne.

LC-ostsillaatorid[muuda | redigeeri lähteteksti]

LC-võnkeringiga ostsillaatorid koostatakse enamasti induktiivses või mahtuvuslikus kolmpunktlülituses: Nimetus tuleneb sellest, et rööpvõnkering ühendatakse võimenduselemendiga kolmes punktis. Nii ühendatakse bipolaartransistori korral võnkring oma kahes punktis kollektori ja baasi vahele ja harund poolide või kondensaatorite ühenduskohast kolmanda punktina emitteriga. Pinged kollektoril ja baasil on harundi suhtes vastandfaasis, mis tagabki positiivse tagasiside.

Amplituudide tasakaalu tingimuse täitmiseks valitakse sobiv tagasiside tugevus, mille määrab induktiivsuste suhe L2/L1 (induktiivses kolmpunktlülituses). Tagasiside valitakse sellise minimaalse tugevusega, et lülitus veel kindlalt ostsilleeriks. Ülemäära tugeva tagasiside korral koormub võimenduselement üle, mille tagajärjeks on mittelineaarmoonutus ja sellega kaasnevad harmoonilised sagedused.

Hartley ostsillaator[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pikemalt artiklis Hartley ostsillaator

Hartley ostsillaator on induktiivne kolmpunktlülitus, milles võnkering koosneb kahest jadaühenduses poolist (praktikas ühest harundiga poolist) ja nendega rööbiti ühendatud kondensaatorist. James Hartley sai sellele lülitusele patendi 1920. aastal; võimenduselemendiks oli elektronlamp (triood).

Hartley ostsillaator on näiteks kasutusel raadiovastuvõtja sagedusmuunduri koosseisus heterodüüni ehk kohaliku ostsillaatori nime all (inglise k local oscillator). Võnkeringi häälestussageduse reguleerimiseks kasutatakse muudetava mahtuvusega kondensaatorit.

Hartley.png ECO Oszillator FET.png Oscillator hartley opamp.svg
Induktiivses kolmpunktlülituses ostsillaatorid (Hartley skeemi järgi) bipolaartransistori, väljatransistori ja operatsioonvõimendiga.

Colpittsi ostsillaator[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pikemalt artiklis Colpittsi ostillaator

Colpittsi ostsillaator on mahtuvuslik kolmpunktlülitus, milles võnkering koosneb kahest jadaühenduses kondensaatorist ja nendega rööbitisest induktiivpoolist. Edwin H. Colpitts patenteeris ostsillaatori skeemi 1918. aastal.

Colpitts osc.svg Colpitts Osz FET.png Oscillator colpitt opamp.svg
Mahtuvuslikus kolmpunktlülituses ostsillaatorid (Colpittsi skeemi järgi) bipolaartransistori, väljatransistori ja operatsioonvõimendiga.

Kristallostsillaatorid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Kristall-ostsillaator

Ostsillaatori tähtis omadus on võnkesageduse stabiilsus, mida väljendab resonantsisageduse kõikumise ulatus kesksageduse suhtes teatud ajavahemiku jooksul. Kõige olulisemaks stabiilsust mõjutatavaks teguriks on ümbrustemperatuur.

Pierce’i ostsillaatoriga taktgeneraator

LC-võnkeringiga ostsillaatoris jääb ebastabiilsus vahemikku 0,5 ‒ 1 %. Kui on vaja suuremat stabiilsust, asendatakse ostsillaatoris LC-võnkering kvartsresonaatoriga, mispuhul sageduse stabiilsus kasvab umbes 100-kordselt. Kvartskristallist resonaatori asemel kasutatakse laialdaselt palju odavamat, ent ka vähemstabiilset keraamilist resonaatorit.

Niisuguse kristallresonaatori baasil on George W. Pierce (1872-1956) loonud lihtsa skeemiga ostsillaatori, mida võib vaadelda kui Colpittsi generaatori erikuju. Pierce’i ostsillaator koos loogikalülitustega on kasutusel taktgeneraatorina digitaallülitustes.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]