GR SC. ,,VICTOR MIHAILESCU CRAIU -BELCESTI-

Proiect pentru examenul de certificare a competentelor profesionale in

invatamantul liceal. FILIERA : Tehnologica. PROFIL : Tehnic. CALIFICARE : Tehnician operator tehnica de calcul. AUTOR : Simion Adina. PROFESOR INDRUMATOR : Samson Liliana Mona.

Anul : 2008

TEMA :

2

Se numesc generatoare electronice dispozitivele care transforma, cu ajutorul amplificatoarelor, tensiunea continua in tnsiune de forma sinusoidala sau de alte forme (dreptunghiulara, triunghiulara etc.

Generatoarele se pot clasifica, in functie de sistemul de comanda a regimului de functionare, sau pe scurt dupa

sistemul de excitatie, in: generatoare cu excitatie interna; generatoare cu excitatie externa sau independenta. Generatoarele cu excitatie interna se caracterizeaza prin aceea ca semnalele de comanda sunt produse in interiorul montajului in special prin circuite de reactie. Astfel de generatoare se mai numesc si oscilatoare.

Oscilatoarele ce produc oscilatii de putere madie si mare sunt utilizate foarte frecvent in electronica industriala pentru

alimentarea instalatiilor de incalzire prin inductie a metalelor si materialelor dielectrice, cat si pentru alimentarea

microscoapelor electronice, aparatelor cu ultrasunete si generatoarelor cuantice.

Oscilatoarele de inalta tensiune utilizeaza in general tuburi electronice de putere.

Oscilatoarele de putere si tensiune mica sunt frecvent utilizate in aparatele de masura, in dispozitive automate

(automatizari) si in calculatoare.

Oscilatoarele sunt construite atat cu tuburi electronice, cat si cu dispozitive semiconductoare.

In cele ce urmeaza am ales sa vorbesc despre caracterisricile si modul de functionare a oscilatoarelior LC.

3

1. Oscilatoare cu inductanta si capacitate LC

O categorie importanta de oscilatoare sinusoidale adica oscilatoarele care genereaza de forma sinusoidala - o formeaza oscilatoarele cu inductanta si capacitate, numite si oscilatoare LC sau oscilatoare cu circuit

oscilant.

Se stie ca la un circuit format dintr-o bobina si un condensator pot avea loc oscilatii libere, care sunt

sinusoidele si au o frecventa determinata de inductia si de capacitatea din circuit. Aceste oscilatii sunt

amortizate, adica amplitudinea lor scade in timp, devenind imperceptabila dupa un anumit numar de

perioade.

Pentru ca aceste oscilatii sa aiba amplitudinea constanta, adica sa devina oscilatii intretinute, este

necesar sa cedam din exterior circuitului oscilant o anumita cantitate de energie, in mod permanent, pentru a

compensa pierderile de energie care au loc datorita rezistentei circuitului. Aceasta nu poate fi insa data

circuitului oricum ; ea trebuie dozata astfel incat efectul acestei actiuni exterioare sa fie intarirea oscilatiilor si

nu slabirea lor.

Cel mai simplu mod de a intetine oscilatiile intr-un circuit oscilant este acela de a amplifica la fiecare

perioada cate un mic impuls de tensiune circuitului, cu ajutorul unei baterii de curent continuu si a unui

intrerupator, ca in fig.1.1.

Intrerupatorul trebuie sa asigure acea dozare a energiei despre care am vorbit mai inainte. El trebuie sa

fie inchis in momentele in care tensiunea alternativa de pe condensator este de acelasi semn cu tensiunea

bateriei si trebuie sa intrerupa legatura dintre circuit si baterie in momentele in care tensiunea pe conductor

are polaritate contrara fata de baterie. In acest mod, bateria incearca o data la fecare perioada

condensatorul C cu o mica sarcina suplimentara, suficienta pentru a compensa caderea de tensiune care s-

ar produce

daca oscilatiile ar fi libere.

Se vede usor ca functionarea acestui sistem ar fi imposibila daca intrerupatorul nu ar actiona in felul

descris, perfect sincron cu oscilatiile circuitului, De exemplu, daca inchiderea si deschidere intrerupatorului s-

ar face la intervale egale de timp, sau daca el ar fi inchis tot timpul, oscilatiile din circuit nu ar avea o

frecventa constanta si aceeasi amplitudine, sau ar inceta complet.

4

Modul de functionare descris se aseamna cu acela al pendulului sau al balansierului ceasornicului, ale

care oscilatii sunt intretinute prin actiunea mecanismului cu clichet care aplica cate un mic impuls la

fiecare perioada de oscilatie.

In oscilatoarele electronice rolul intrerupatorului din fig.1.1 il joaca un tub electronic sau un

tranzistor. Acesta este introdus intre sursa de alimentare si circuitul oscilant ; pentru a-l bloca si a-l

debloca la momentele potrivite, se foloseste un semnal luat chiar de la circuitul oscilant, care printr-un

circuit de reactie este aplicat la intrarea tubului sau rezistorului.

In fig.1.2 este aratata schema de functionare a unui oscillator cu trioda. Se vede ca in momentele

in care trioda conduce, ea face legatura intre sursa de alimentare si circuitul oscilant, permitand

aplicarea unei tensiuni pe acest circuit, iar in momentele in cate nu conduce (este blocata), separa

sursa de circuitul oscilant.

5

Pentru ca momentele de conductie si de blocare sa se scucceada in mod corect, iar ritmul oscilatiilor din

circuitul inductanata-capacitate, pe grila triodei, se aplica, prin intermediul circuitului de reactie, un semnal de

aceeasi frecventa cu cea a oscilatiilor din circuit. Acest semnal se ia de la circuitul oscolant.

Este usor de vazut ca semnalul aplicat pe grila trebuie sa fie in faza cu oscilatiile tensiunii la bornele

circuitului oscilant. In adevar, tubul trebuie sa conduca in momentele in care tensiunea pe circuitul oscilant

este pozitiva, adica de acelasi semn ca si tensiunea sursei de alimentare ; pentru aceasta, este necesar ca

pe rrila triodei sa se aplice tot un semnal pozitiv. Rezulta ca intretinerea oscilatiilor se poate face numai daca

reactia este pozitiva, fapt care l-am amintit mai inainte.

Trioda folosita ca oscilatoare poate lucra in regim de clasa A, clasa B sau clasa C. Modul de functionare

descris este acelasi oricare ar fi clasa de amplificare a triodei. Dupa cum vom vedea insa, randamentul

oscilatorului si stabilirea functionarii sale sunt mai bune in regim de clasa C ; din aceasta cauza, practic, toate

oscilatoarele cu circuit oscilant inductanta-capacitate lucreaza in clasa C. In acest regim de functionare grila

triodei este negativata puternic, astfel incat potentialul ei mediu este mai scazut decat cel corespunzator

blocarii tubului. Curentul anodic al triodei este zero aproape tot timpul, cu exceptia varfurilor pozitive ale

tensiunii de grila cand acest curent circula in impulsuri (fig.1.2). Amplitudinea oscilatiilor din circuitul oscilant

va depinde de marimea impulsurilor curentului anodic. In adevar, daca oscilatiile au amplitudine mere,

pierderile vor fi si ele mari si pentru compensarea lor sunt necesare impulsuri mai puternice ale curentului

anodic. 6

1.1.Relatii energetice in oscilatorul cu tub electronic

Puterea Pa pe care o absoarbe oscilatorul de la sursa de alimentare este egala cu suma dintre puterea utila

Pu, care se consuma in circuitul oscilant, si puterea disipata Pd in tubul electronic:

Pa = Pu + Pd.

Puterea absorbita Pa este egala cu produsul tensiunii sursei anodice Ea si al curentului mediu anodic I0.

Pa = Ea I0,

Iar puterea utila este jumatate din produsul amplitudinii tensiunii alternative U1 in circuitul oscilant si a

amplitudinii I1 a componenetei fundamentale a curentului anodic (curentul anodic fiind nesinusoidal, are o

compnenta fundamentala si componente armonice) :

Rezulta ca randamentul oscilatorului este :

Pentru a avea un randament cat mai bun, trebuie ca rapoartele I1/ I0 si U1 / E1 , sa fie cat mai mari. Primul

din aceste rapoarte este cu atat mai mare, cu cat impulsurile curentului anodic sunt mai scurte, adica

regimul de clasa C este mai pronuntat. Pentru ca al doilea raport sa fie mare, trebuie marit U1 . Evident,

U1 nu poate fi mai mare decat E1 , deoarece in acestcaz tensiunea anodica a tubului ar deveni, in

anumite momente, negativa. Se poate vedea usor ca aceste momente ar coincide cu cele in care ar trece

impulsurile curentului anodic. Rezulta ca aceste impulsuri nu ar mai putea circula prin tub, deci

functionarea oscilatorului ar deveni imposibila sau, in orice caz, s-ar produce un randament scazut. In

consecinta valoarea maxima a raportului U1 / E1 putem s-o consideram egala cu 1.

Practic, valorile care se obtin pentru randamentul oscilatorului sunt de ordinul 70%. O marire a

randamentului peste acesta valoare este posibila teoretic, dar atrage dupa sine anumite dezavantaje,

dintre care cel mai important este scaderea puterii utile.

7

1.2. Negativarea automata prin curenti de grila

La oscilatoarele care functioneaza in clasa C nu este avantajos sa se foloseasca o negativare fixa,

cu ajutorul unei surse exterioare de negativare. In adevar, in acest caz la punerea in functie a oscilatorului

curentul anodic al tubului ar fi zero, deci oscilatiile nu ar putea incepe. Pentru a amorsa oscilatiile, adica a

le porni, ar trebui sa se dea un impuls initial de curent circuitului oscilant, care sa dea nastere primelor

oscilatii ; dupa aceasta functionare ar decurge normal.

Este clar ca apare ca o necesitate folosirea unei negativari automate, care sa depinda de

amplitudinea oscilatiilor, astfel incat in primul moment, cand amplitudinea oscilatiilor este zero, negativarea

sa fie minima. O negativare automata obisnuita, cu rezistenta in catod, nu este nicie potrivita, din

urmatoarele motive : am vazut ca la functionarea in clasa C este necesara o negativare puternica ; pe de

alta parte, curentul anodic mediu al tubului este relativ mic, deci pentru a obtine negativarea dorita ar fi

necesara o rezistenta o rezistenta de valoare mare in catod. Ori la punerea in functiune a montajului, cand

nu exista inca oscilatii, rezistenta mare din catod determina un curent anodic mic, cea ce ingreuneaza sau

face chiar imposibila amorsarea oscilatiilor.

Solutia adoptata la toate oscilatoarele in clasa C este un alt tip de negativare automata, care nu

foloseste curentul anodic, ci curentul de grila. In fig.1.3 este aratata schema de principiu a circuitului de

grila al unui oscilator cu negativare automata prin curenti de grila.

8

Ansamblul grila-catod al triodei lucreaza ca o dioda, care produce o redresare in circuitul de grila. In

timpul alternantelor pozitive ale tensiunii de grila, condensatorul C se incarca prin circuitul de rezistenta

mica grila-catod ; aceasta incarcare a condensatorului se face rapid, datorita faptului ca circuitul de

incarcare are rezistenta mica, asa cum a aratat. In timpul alternantelor negative ale tensiunii de grila,

spatiul grila-catod nu conduce ; condensatorul C se descarca prin rezistenta R, de valoare mare.

Deoarece rezistenta circuitului de descarcare este mare, acest proces are durata mai lunga. Rezultatul

este ca, in inervalul dintre doua alternante pozitive, condensatorul C se descarca foarte putin, pastrand

la bornele sale o tensiune aproape constanta si doar cu putin mai mica decat amplitudinea tensiunii

alternative aplicata pe grila.

In fig.1.4 este aratata variatia tensiunii dintre grila si catodul unui tub oscilator la care negativarea

se face prin curent de grila. Tensiunea grilei, in fiecare moment este data de suma tensiunii alternative si

a tensiunii practic continue de la bornele condensatorului C.

Cu cat amplitudinea oscilatiilor creste, cu atat mai mare va fi si tensiunea continua de negativare care

apare pe condensator. In acest fel, la punerea in functiune a oscilatorului negativarea este zero, deci

curentul anodic al tubului este mare si oscilatiile se vor produce cu usurinta. Pe masura ce amplitudinile

cresc in amplitudine, va creste si negativarea, aducand tubul in regimul de clasa C dorit.

Pentru ca grupul RC de negativare automata prin curenti de grila sa functioneze corect, este

necesar ca produsul dintre rezistena R si capacitatea C, care se numeste constanta in timp a circuitului,

sa fie de 10 20 de ori mai mare decat perioada oscilatiilor. Aceasta asigura o constanta suficient de buna a tensiunii la bornele condensatorului.

9

1.3. Amorsarea si amplitudinea oscilatiilor

In legatura cu functionarea oscilatorului se pun doua probleme importante. Una se refera la mecanismul producerii primelor oscilatii, la punerea in functiune a oscilatorului. A doua este legata de modul in care se produce limitarea amplitudinii

oscilatiilor in regimul normal de functionare a oscilatorului.

In cele expuse mai sus am explicat functionarea oscilatorului, presupunand ca in circuitul oscilant au existat oscilatii, fara

sa aratam cum se amorseaza (cum pornesc) primele oscilatii. In adevar, daca tubul oscilator este in functiune si prin el trece un

curent anodic constant, aparent nu exista nici o cauza care sa dea nastere la oscilatii. Pentru a porni oscilatiile, stim ca este

necesar un impuls de tensiune sau de curent, adica o variatie a tensiunii sau a curentului din circuitul oscilant.

In realitate, curentul anodic al unui tub nu este niciodata perfect constant. Chiar daca tensiunile de alimentare, anodica

sic ea de filament, ar fi constante, curentul in sine are si o mica componenta alternative, deoarece el consta intr-un flux de

electroni, iar trecerea fiecarui electron reprezinta un mic impuls de curent. Circuitului oscilant ii este suficient cel mai mic impuls

de curent pentru ca oscilatiile sa se produca. Iata deci, ca in caz extrem, cand nu se produce nici o alata variatie a curentului

prin tub, fluctuatiile mici ale acestuia, cauzate de caracterul discontinuu al fluxului de particule, vor determina pornirea

oscilatiilor in circuitul oscilant.

O data amorsate oscilatiile vor creste repede in amplitudine, deoarce energia cedata in fiecare perioada de catre sursa

circuitului oscilant este mai mare decat pierderile care se produc in circuit. Este normal sa presupunem ca amplitudinea

oscilatiilor va creste pana in momentul cand aceste doua energii vor deveni egale. Putem stabili deci urnatoarea proprietate

importanta a oscilatorului : amplitudinea oscilatiilor se stabileste (se limiteaza) la o valoare la care puterea cedata circuitului

oscilant de catre sursa de alimentare, prin intermediul tubului, este egala cu puterea consumata in circuitul oscilant si in restul

circuitelor oscilatorului.

La inceputul functionarii oscilatorului, imediat dupa punerea lui in functiune, oscilatorul lucreaza in clasa A. In acest

regim puterea cedata circuitului oscilant prin intermediul tubului creste puterea cedata circuitului oscilant prin intermediul

tubului creste odata cu cresterea amplitudinii oscilatiilor, deoarece marimea amplitudinii oscilatiilor determina o marire

proportionala a amplitudinii curentului anodic al tubului. Rezulta ca in regim de clasa A nu este posibila o limitare a amplitudinii

oscilatiilor ; acest regim nu poate asigura o functionare stabila a oscilatorului. In adevar, sunt posibile doua situatii : sau puterea

cedata circuitului oscilant este mai mare decat cea pierduta, si atunci amplitudinea oscilatiilor creste, sau puterea cedata este

mai mica si in acest caz amplitudinea oscilatiilor scade.

Astfel stau lucrurile in regim de clasa C. In acest regim, componenta fundamentala a curentului anodic nu mai creste

proportional cu amplitudinea oscilatiilor. In acest fel se poate stabili un echilibru al schiumbului de putere intre sursa si circuitul

oscilant, iar amplitudinea oscilatiilor se stabilizeaza.

O ultima chestiune care trebuie lamurita este urmatoarea : de ce factori depinde valoarea la care se stabileste

amplitudinea oscilatiilor ? O analiza mai profunda a functionarii oscilatoarelor arata ca, pentru un tub electronic dat,

amplitudinea oscilatiilor depinde de factorul de reactie pozitiva. Cu cat reactia este mai puternica, cu atat 10

amplitudinea oscilatiilor va fi mai mare. Dimpotriva, la un factor de reactie mai mic, oscilatiile vor avea o

amplitudine mai redusa. Amplitudinea oscilatiilor mai depinde si de parametrii tubului, in primul rand de panta

sa. O valoare mai mare a pantei asigura o amplitudine mai importanta a oscilatiilor.

Exista o valoare critica a produsului dintre factorul de reactie si panta tubului, sub care oscilatiile nu se

mai pot produce. Aceasta valoare, care depinde de tipul oscilatorului si de schema lui, se numeste conditie

de oscilatie.

Conditia de oscilatie se mai poate exprima sub o forma generala, cunoscuta sub denumirea de conditia

lui Barkhausen : A = 1, pe care am mai intilnit-o la studiul reactiei in amplificatoare. In aceasta relatie este factorul de reactie, iar A este amplificarea oscilatorului, care se obtine daca se intrerupe circuitul de reactie a oscilatorului.

1.4. Notiunea de rezistenta negativa

Am aratat ca intr-un circuit oscilant se produc oscilatii armonizate daca nu intervine o actiune exterioara,

din cauza pierderilor in rezistenta circuitului. Daca insa s-ar putea realiza circuite oscilante cu rezistenta

egala cu zero, amplitudinea oscilatiilor s-ar mentine constanta un timp nedefinit, deoarece in circuit nu s-

ar mai produce pierderi.

Pe de alta parte in circuitele oscilante, care fac parte dintr-un oscilator electronic se produc, asa cum

am vazut, tot oscilatii de amplitudine constanta. Comparand cele doua situatii, una ireala si una reala, in

care se produc oscilatii de amplitudine constanta, rezulta ca functionarea unui oscilator electronic se

poate explica si admisand ca el introduce o rezistenta negativa in circuitul oscilant, care adunata algebric

cu rezistenta pozitiva da o rezonanta total nula.

Ce trebuie sa intelegem printr-o rezonanta negativa ?

O rezistenta obisnuita, pozitiva, este parcursa de un curent proportional cu tensiunea care i se

aplica si indreptat de la plusul catre minusul tensiunii, asa cum decurge din legea lui Ohm. In cazul unei

rezistente negative, curentul prin rezistenta este tot proportional cu tensiunea aplicata, dar indrepatat de

la minusul catre pulsul tensiunii. (fig.1.5).

11

Observam ca si in cazul unei surse, curentul debitat este indreptat de la minusul catre pulsul sursei, prin

interiorul ei (fig.1.5). Inseamna ca o rezistenta negativa este asemanatoare unei surse ; de fapt, practic, nu se

pot realiza rezistente negative decat cu circuite, adica circuite care cuprind si cel putin o sursa. Deosebirea

dintre o rezistenta negativa si o sursa simpla este urmatoarea : pe cand sursa de tensiune are o tensiune

aproape independenta de curentul care o parcurge, la o rezistenta negativa exista o proportionalitate intre

tensiune si curent ; daca prin rezistenta negativa nu circula curent, tensiunea la bornele ei este zero.

In general, elementele de circuit care au o rezistenta negativa sunt elemente neliniare, adica elemente la

care curba curent-tensiune nu este o linie dreapta, ci o curba. Proportionalitatea dintre curent si tensiune

exista numai pe o anumita portuine a acestei curbe. Dupa cum aceasta portiune este ca in fig.1.6.a sau ca in

fig.1.6.b, spunem ca rezistenta acelei tensiuni de caracteristica este pozitiva sau negative.

Pe o portiune a curbei din fig.1.6.a (rezistenta pozitiva) unei cresteri a tensiunii ii corespunde o crestere a

curentului, iar pe o portiune a curbei din fig.1.6.b (rezistenta negativa) o crestere a tensiunii produce o scadere acurentului.

12

In fig.1.7 sunt aratate doua exemple tipice de caracteristici ale unor elemente de circuit cu

rezistenta negativa.

Oricare dintre aceste elemente conectate in serie sau in paralel cu un circuit oscilant, pot produce

oscilatii intretinute in acel circuit, daca este indeplinita conditia de rezistenta totala, compusa din

rezistenta pozitiva a circuitului oscilant si rezistenta negativa a elementului neliniar, sa fie egala cu zero

(sau sa fie negativa, caz in care amplitudinea oscilatiilor va creste).

Se poate arata ca oscilatoarele obisnuite, cu tuburi electronice, au orezistenta negativa intre

bornele care se conecteaza la circuitul oscilant. Mai exista insa multe alte dispozitive care prezinta

rezistenta negativa, cu ajutorul carora se pot realiza oscilatoare ; astfel de dispozitive sunt unele diode

cu gaz unele diode semiconductoare speciale, termistoarele, arcul electric atc.

13

1.5. Scheme de oscilatoare LC

Exista diferite scheme de oscilatoare LC, care difera intre ele prin modul in care se efectueaza

reactia-inductiv, capacitiv sau prin autotransformator-prin modul de alimentare a tubului, in serie sau in

paralel si prin numarul de tuburi, de obicei unul sau doua (montaje in contratimp).

In fig.1.8 sunt reprezentate trei variante ale schemei unui oscilator LC cu cuplaj inductiv.

Particularitatea schemelor cu reactie inductiva este faptul ca reactia, adica cuplajul dintre circuitul anodic

si circuitul de grila ale tubului, are loc prin intermediul unui transformator (doua bobine cuplate, dintre care

una este bobina circuitului oscilant).

Scheme din fig.1.8.a reprezinta un montaj serie, deoarece sursa de alimentare anodica si circuitul oscilant

sunt conectate in serie. Curentul anodic al tubului trece in intregime-atat componenta sa continua cat si cea

altrnativa, prin bobina circuitului oscilant. Aceasta scheme are dezavantajul ca circuitul oscilant se afla la

potentialul ridicat al sursei anodice. Acest lucru poate reprezenta un pericol pentru operator, la oscilatoarele

de putere mare, unde tensiunea anodica are puteri mari. Nici la oscilatoarele de putere mica nu este

avantajos ca intre elemnetele circuitului oscilant si masa sa existe o tensiune relativ ridicata, mai ales la

oscilatoarele cu frecventa variabila, care utilizeaza condensatoare variabila.

Schema din fig.1.8.b reprezinta acelasi oscilator, insa cu alimentare in paralel. Cu ajutorul bobinei de

soc Ls si al condensatorului de blocaj Cb componentele curentului anodic sunt separate : componenta

continua circula numai prin sursa si prin bobina de soc, iar componenta alternativa prin condensatorul de

blocaj si prin circuitul oscilant. Bobina de soc trebuie sa aiba o inductanta destul de mare pentru a impiedica

trecerea curentilor alternativi prin ea, iar capacitatea condensatorului de blocaj trebuie sa fie si ea suficient de

mare pentru a prezenta practic un scurt circuit pentru curentul alternativ.

14

Datorita prezentei condensatorului de blocaj, circuitul oscilant nu mai este sub tensiune anodica si poate

avea o borna legata la masa. In schimb, sunt necesare doua piese in plus fata de montajul cu alimentarea

in serie, bobina Ls si condensatorul Cb.

La oscilatoarele de putere mica bobina Ls se inlocuieste de multe ori cu o simpla rezistenta. Acest

lucru este uneori dezavantajos, deoarece duce la o scadere a factorului de calitate a circuitului oscilant. In

adevar, rezistenta fiind, pentru componentele alternative ale curentului, in paralel pe circuitul oscilant,

produce o amortizare suplimentara a acestuia. Alteori, insa, de exemplu la oscilatoarele din

radioreceptoarele superheterodina, care lucreaza pe o gama intinsa de frecvente, prezenta rezistentei in

paralel pe circuitul oscilant face ca impedanta circuitului sa fie aproape odependenta de frecventa,

obtinandu-se astfel o amplitudine a oscilatiilor aproape uniforma in toata gama de frecvente. In fig.1.8.c

este reprezentata scema unui oscilator la care circitul oscilant se afla montat nu ain anodul, ci in grila

tubului. Circuitul anodic este cuplat cu circuitul de grila cu ajutorul unui oscilator. Functionarea acestui

osculator, decurge in acelasi mod ca si a celui cu circuitul oscilant in anod; oscilatiile din ciruitul LC sunt

intretinute prin impulsurile curentului anodic care se aplica circuitului oscilant datorita reactiei inductive

asigurate de bobinele cuplate L si L1 . Avantajul acestui montaj este ca circuitul oscilant este separat de

tensiunea sursei anodice, fara a mai fi necesare bobina de soc si condensatorul de blocaj. Scema are insa

un mare dezavantaj, acela ca nu se poate obtine o amplitudine a oscilatiilor atat de mare ca la schema cu

circuitul oscilant in anod ; in plus, amplitudinea oscilatiilor influenteaza direct regimul oscilatorului

deoarece aceste oscilatii sunt aplicate nemijlocit pe grila tubului. Montajul se foloseste uneori la

oscilatoarele de putere mica. In fig.1.9 este reprezentata o scema de oscilator LC cu reactie capacitiva,

numit si oscilator Colpitts sau oscilator in trei puncte cu cuplaj capacitiv (se numasc oscilatoare in trei

puncte, deoarece trei puncte ale circuitului oscilant sunt legate la anodul, grila, respectiv catodul tubului).

15

Cele doua condensatoare din circuitul oscilant formeaza un divizor de tensiune care asigura reactia ;

se poate constata usor ca reactia este pozitiva, observand ca tensiunile anodului si ale grilei, raportate ca

de obicei, la catod, sunt in faza. Pe cand la oscilatoarele cu cuplaj inductiv factorul de reactie era

determinat mai ales de valoarea inductantei mutuale dintre cele doua bobine cuplate, la acest oscilator

gradul reactiei se poate varia prin modificarea raportului dintre capacitatile C1 si C2 ale circuitului oscilant.

Oscilatoarele cu reactie pozitiva nu se fac, de obicei, cu alimentare in serie. La ele condensatorul de

cuplaj din circuitul grilei poate lipsi poate lipsi, rolul lui fiind indeplinit de condensatoarele circuitului

oscilant.

O alta varianta a oscilatoarelor in trei puncte este cea cu cuplaj autotransformator, numita si

oscilator Hartley (fig.1.10).

Cele trei scheme din figura difera intre ele prin modul in care se alimenteaza tubul. Prima scheme este cu

alimentare in paralel, iae celelalte doua cu alimentare in serie. In schema din fig.1.10.b bobina de soc L5 are rolul de a impiedica trecerea curentului alternative prin rezistenta de grila Rg, pentru a nu se produce o

pierdere suplimentara de putere; la oscilatoarele de putere mica aceasta bobina lipseste de obicei. Schema

din fig. 1.10.c. este o asa-numita schema cu anodul la masa (pentru curentii de inalta frecventa) ; spre

deosebire de toate schemele examinate pana aici, la care catodul era la masa, la schema cu anodul la masa

catodul are un anumit potential alternativ fata de masa. Aceasta schema are avantajul ca, desi este cu

alimentare serie, permite legarea la masa a unuia dintre din punctele circuitului oscilant.

16

Uneori se foloseste o schema speciala de oscilator, cu circuite oscilante atat in anod, cat si in catod (fig. 1.11).

La aceste oscilatoare care lucreaza numai cu triode, reactia se produce de obicei prin capacitatea

grila-anod a tubului. Ele pot fi privite ca oscilatoare in trei puncte si pot functiona numai la o frecventa

putin diferita de frecventa de rezonanta a celor doua circuite oscilante, la care aceste circuite se

comporta ca niste reactante. Pentru schema data in fig. 1.11 frecventa de oscilatie se stebileste astfel,

incat reactantele circuitelor oscilante sa fie inductive.

Un alt oscilator cu doua circuite oscilante este cel reprezentat in fig. 1.12, realizat cu ajutorul unuei

tetrode sau sau al unei pentode.

Acest oscilator se numeste cu cuplaj electronic, deoarece cuplajul dintre cele doua circuite oscilante se

realizeaza cu ajutorul tubului electronic, prin fasciculul de electroni al acestuia. De fapt, ansamblul catod-

grila-ecran al tubului lucreaza ca o trioda oscilatoare, dupa schema in trei puncte cu cuplaj prin

autotransformator ; catodul este izolat de masa, deoarece catodul este in acest caz la potentialul alternativ

al masei. Fasciculul de electroni din tub, modulat in intensitate de potentialul alternativ al grilei, circula prin

circuitul anodic al tubului, producand o tensiune alternativa in circuitul oscilant din anod.

17

Oscilatorul cu cuplaj electronic poate fi privit si ca un oscilator urmat de un amplificator. Avantajul

lui este ca reuneste aceste doua functiuni intr-un singur tub.

Ca si la amplificatoare, exista scheme de oscialtoare in contratimp (fig.1.13).

Acestea functioneaza cu doua tuburi si pot avea diferite scheme, dupa modul in care se produce reactia.

Au anumite avantaje care le fac utilizabile in special in emitatoare.

In oricare din oscilatoarele cu triode analizate pana acum trioda poate fi inlocuita cu un tranzistor,

obtinandu-se astfel oscilatoare cu tranzistoare. In fig.1.14 sunt aratate cateva scheme de oscilatoare cu

tranzistoare.

In acestea, ca de obicei, rolul anodului il joaca colectorul tranzistorului, rolul grilei il are baza, iar rolul

catodului este indeplinit de emitor. Prima schema este cu cuplaj inductiv, a doua este cu cuplaj prin

autotransformator, iar a treia cu cuplaj capacitiv. Ele difera de schemele analogice cu tuburi electronice

numai prin modul de alimentare a elcterozilor. Se pot utiliza, fie doua surse diferite, cain fig.1.14.c, fie o

singura sursa, cu un divizor de tensiune corespunzator, realizat din doua rezistente, ca in fig.1.14.a si b.

18

1.6. Varierea frecventei oscilatoarelor LC si stabilirea

fecventei de oscilatie

Frecventa de oscilatie a oscilatoarelor LC este foarte apropiata de frecventa de rezonanta a

circuitului oscilant (sau a circuitelor oscilante) pe care il contin. Pentru a varia frecventa de oscilatie, trebuie

modificata, fie inductanta bobinei din circuitul oscilant, fie capacitatea condensatorului din acest circuit.

In practica se pot ivi diferite cazuri in care este necesara varierea frecventei de oscilatie, fie pe o

gama mai ingusta, fie pe ogama mai larga de frecvente. De exemplu, la un oscilator, dintr-un emitator de

multe ori este necesara modificarea in limite restranse, cu cateva procente, a frecventei de oscilatie. Situatii

asemanatoare se pot ivi la oscilatoare de putere mare pentru scopuri idustriale. In schimb, oscilatorul unui

radioreceptor trebuie sa lucreze pe o gama foarte mare de frecvente, de exemplu intre 0,15 si 20 Mhz.

Atunci cand frecventa trebuie variata in limite restranse, se utilizeaza de obicei un mic condensator

variabil montat in paralel pe condensatorul circuitului oscilant. La oscilatoarele de putere mare se poate

folosi si un alt procedeu, prin care se variaza inductanta bobinei din circuitul oscilant cu ajutorul unui cursor

care aluneca pe spirele ei.

Daca este necesara acoprirea unei benzi mai largi de frecventa, se mareste in mod corespunzator

capacitatea condensatorului variabil. Deoarece frecventa de oscilatie este invers proportionala cu radacina

patrata a capacitatii, pentru a varia frecventa de la simplu la dublu, capacitatea trebuie micsorata de 4 ori,

pentru a mari frecventa de trei ori capacitaea trebuie micsorata de 9 ori etc.

Dar capacitatea circuitului oscilant nu poate fi micsorata la orice valoare, deoarece la limita raman

capacitatile firelor de conexiune, ale tubului etc. (numite si capacitati parazite), plus capacitaea minima (sau

reziduala) a condensatorului variabil. Practic se pot realiza rapoarte de circa 10 : 1 intre valoarea maxima si

cea minima a capaciatii unui circuit oscilant ; aceasta corespunde unui raport ceva mai mare decat 3 : 1

intre frecventa maxima si cea minima de oscilatie.

Daca gama de frecvente de oscilatie trebuie sa fie mai larga decat cea de 3 : 1 care poate fi realizata

cu un condensator variabil, se folosesc mai multe bobine, care se comuta ; gama de frecvente se imparte in

subgame, si pe fiecare subgama se foloseste o bobina avand inductanta corespunzatoare. In fig.1.15 este

data schema unui oscilator cu trei bobine comutabile, care lucreaza deci in trei subgame ; el poate acoperi o

gama totala de frecvente in raportul de circa 27 : 1.

19

O alta problema importanta legata de frecventa oscilatiilor este stabilitatea in timp a valorii acestei frecvente. In

anumite cazuri este foarte important ca frecventa de oscilatie sa fie foarte stabila ; de exemplu la un radioreceptor

frecventa nu trebuie sa varieze cu mai mult de cativa herti ; aceste cifre sunt foarte restrictive, daca ne gandim ca,

de pilda ,la o frecventa de oscilatie de cativa megaherti ele reprezinta 1/10000, respectiv 1/000000 din valoare

acestei frecvente.

Am aratat ca frecventa de oscilatie este determinata, in primul rand, de inductanta si de capacitatea circuitului

oscilant. Acesti doi parametrii sunt deci primi care potproduce abateri ale frecventei de oscilatie ; ei pot varia din

diferite cauze, dintre care cea mai importanta este variatia temperaturii mediului inconjurator. Prin modificarea

temperaturii mediului inconjurator. Prin modificarea temperaturii mediului, variaza dimensiunile bornei si cele ale

condensatorului, producand variatii ale inductantei, respectiv ale capacitatii. La oscilatoarele de mare stabilitate se

face o compensare de temperatura, cu un condensatoare ceramice care au o variatie determinata a capacitatii cu

temperatura, astfel incat sa produca o modificare a frecventei de oscilatie contrara celei produse de variatia

inductantei.

Frecventa de oscilatie mai depinde, intr-o masura mai mica, si de alti parametri ai oscilatorului, ca rezistentele din

montaj, panta si rezistenta interna a tubului etc. Modificarea acestor parametri atrage, de asemenea, dupa sine o

variatie a frecventei ; o cauza posibila a variatiilor parametrilor mentionati, in primul rand a parametrilor tubului,

este variatia tensiunilor de alimentare, care mai produce si o modificare a capacitatilor tubului. Pentru a reduce

aceste efecte, este necesar sa se reduca la minimum cuplajul dintre circuitul dintre circuitul oscilant si tub ; aceasta

se poate realiza folosind unele montaje speciale, precum si tuburi cu panta mare(deoarece in caz contrar nu mai

poate fi satisfacuta conditia de oscilatie).

La oscilatoarele lucrand pe o frecventa fixa, care trebuie sa aiba o stabilitate deosebit de buna a frecventei,

circuitul oscilant electric obisnuit se inlocuieste cu un circuit oscilant electromecanic ; asemenea circuite oscilante

sunt diapazonul si cristalul cu cuart.

Oscilatoare cu cuart aceste oscilatoare. Aceste oscilatoare folosesc drept circuit oscilant un cristal cu cuart.

Acesta este un cristal natural, taiat de obicei in forma de placuta dreptunghiulara sau circulara. El are o proprietate

interesanta, numita piezoelectricitate : daca se aplica cristalului o tensiune mecanica, pe o anumita directie, pe

suprafata sa apar sarcini electrice. In acelasi timp, el prezinta si fenomenul invers : daca i se aplica o tensiune

electrica, cristalul se comprima sau se dilata, dupa sensul tensiunii aplicate. 20

Daca cristalul de cuart i se aplica o tensiune alternativa, el va vibra , adica el va executa oscilatii mecanice.

Amplitudinea acestor oscilatii ajunge la valori mai mari numai daca frecventa tensiunii aplicate este egala

cu una dintre frecventele de rezonant amecanica a placii de cuart ; este vorba, binenteles, de o rezonanta

mecanica, fenomen asemanator cu cel care se produce, de exemplu, la corzile instrumentelor muzicale.

Valoarea frecventei de rezonanta mecanica a placii de cuart depinde de dimensiunile sale, forma sa si de

modul de oscilatie ; de obicei se foloseste modul fundamental de oscilatie, care conduce la frecventa de

rezonanta cea mai mica.

Frecventa de rezonanta a cuartului are proprietatea ca este foarte stabila in timp. Daca placa de cuart

este taiat intr-un anumit fel, se poate produce o independenta aproape totala a aceste frecvente de

temperatura mediului.

Pe suprafata cristalului de cuart se aplica doi electrozi metalici, de obicei prin pelicula subtire. Acestea

formeaza bornele cristalului, care se monteaza in oscilatorul electronic, in locul circuitului oscilant

inductanta-capacitate.

Se poate demonstra ca un cristal de cuart de acest fel, privit ca un element de circuit electric, se

comporta ca un circuit oscilant paralel, cu un factor de calitate foarte ridicat. Pe cand factorul de caliatate a

unui circuit cu bobina si condensator poate ajunge practic la cel mult 300 400, factorul de calitate a cuartului poate de ordinul zecilor de mii sau chiar sutelor de mii. Aceasta inseamna ca, curba de rezonanta

a cuartului este foarte ascutita, deci frecventa de oscilatie a unui oscilator cu cuart nu se mai poate abate

prea mult de la frecventa de rezonanta a cuartului. Se poate spune ca cristalul de cuart exercita o actiune

de stabilizare a frecvente i de oscilatie, care nu mai depinde aproape deloc de celelalte elemente ale

montajului.

Cel mai simplu oscilator cu cuart are schema reprezentata in fig.1.16. Cuartul este montat intre grila

si catodul triodei, iar la circuitul anodic este conectat un circuit oscilant obisnuit, cu inductanta si capacitate.

Montajul este anolog oscilatorului cu doua circuite oscilante, reprezentat in fig.1.11.

Frecventa de oscilatie este determinata de cristalul de cuart , asa cum am amintit. Circuitul oscilant

LC din anod permite reglarea convenabila a regimului de functionare; frecventa lui de rezonanta tebuie sa

fie mai mare decat fecventa de oscilatie, adica circuitul trebuie sa se comporte inductiv (sa aiba o reactanta

inductiva).

21

Reactia se produce prin capaciatatea grila-anod a triodei, desenata punctat in figura. Uneori se

mai conecteaza o capacitate suplimentara intre grila si anod, pentru a mari reactia. Cuartul se

comporta tot iductiv in acest montaj, deoarece numai in acest caz este indeplinita conditia de

odcilatie.

Oscilatoarele cu cuart se construiesc pentru frecvente cuprinse intre circa 100kHz si cateva zeci

de megaherti. La frecvente mai mari cristalul ar trebui taiat in placi prea subtiri si ar deveni prea fragil.

Frecventa oscilatoarelor cu cuart are de obicei o stabilitate foarte buna, cu abateri de cateva nilionimi

din valoare ei nominala. Daca se iau masuri speciale si cuartul se mentine la o temperatura

constanta. (prin introducerea lui intr-un termostat), se poate obtine o stabilitate de frecventa si mai

buna.

Dezavantajul oscilatoarelor cu cuart este ca ele pot functiona numai pe o frecventa fixa.

In afara de schema aratata, exista numeroase alte scheme cu cuart, folosite frecvent in practica.

22

[1] Dispozitive i Circuite Electronice, D.Dasclu, A.Rusu, M.Profirescu, I. Costea, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1982

[2] Circuite Electronice, D. Dasclu, L. Turic, I. Hoffman, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1981

[3] Componente i Circuite Pasive, C. Ori, M. Derevlean, Componente i Circuite Pasive, Ed. Gheorghe Asachi, Iai, 1999

[4] Componente Electronice Pasive, R. Ovidiu, Catalog, Editura Tehnic

23