proiect atestat oscilatoare
Post on 21-Jul-2016
387 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Liceul Tehnologic “ASTRA” Piteşti
PROIECT
PENTRU EXAMELUL DE CERTIFICARE A COMPETENŢELOR PROFESIONALE
NIVEL 3
CALIFICAREA : TEHNICIAN ÎN AUTOMATIZĂRI
Tema : Oscilatoare
Îndrumător: Candidat:
Profesor : BUCIU OVIDIA Manu Claudiu
Clasa a XII- a D
1
CUPRINS
Pag.
Argument……………………………………………………………3
Cap. 1Generalitati. …...……………………………………………4
Cap. 2 Oscilatoare sinusoidale cu reacţie ………………………5
Cap 3. Oscilatoare RC................................................................6
Cap.4 Oscilatoare cu cuarţ........................................................11
Cap.5 Oscilatorul Colpitts cu cristal de cuarţ.............................13
Clasificare..................................................................................14
Bibliografie…………………………………………………………26
2
ARGUMENT
Obiectul proiectului îl constituie studierea principalelor tipuri de redresoare.
Prin redresor se întelege un circuit electronic capabil sa transforme energia electrica de curent alternativ în energie electrica de curent continuu. Pentru alimentarea circuitelor electronice şi a altor consumatoare de curent continuu este necesarã obţinerea energiei de curent continuu prin redresarea tensiunii alternative de la reţea. Circuitele care realizează această transformare se numeşte redresoare. Redresorul este un convertor static de putere care face conversia unei tensiuni alternative într-o tensiune continuă, sensul energiei fiind de la reţeaua de current alternative spre consumatorii de curent continu.
Redresoarele pot fi clasificate în redresoare comandate, care furnizează la ieşire o tensiune reglabilă şi necomandate, care la ieşire furnizează o tensiune fixă.
După tipul tensiunii alternative redresate, redresoarele sunt monofazate sau polifazate. Redresoarele monofazate se folosesc pentru puteri mai mici de 1kW şi se conectează la reţeaua alternativă 220V/50Hz prin intermediul unui transformator monofazat. Ele se pot clasifica în redresoare monoalternanţă, când redresează o singură alternanţă a tensiunii alternative¸ sau dublă alternanţă, când redresează ambele alternanţe. Ca elemente redresoare se utilizează diodele redresoare semiconductoare sau tiristoarele. Tiristoarele se folosesc în redresoarele de putere a căror tensiune poate fi variată independent de sarcină.
3
Oscilatoare
Capitolul 1. Generalităţi
Definiţie: Oscilatoarele sunt generatoare de oscilaţii electrice întreţinute,
cu frecvenţă proprie (funcţionează fără semnal de intrare).
a. Parametrii oscilatoarelor
Forma semnalului generat
Domeniul de frecvenţă în care lucrează
Stabilitatea frecvenţei de oscilaţie
Amplitudinea semnalului de ieşire
Stabilitatea amplitudinii semnalului de ieşire
Coeficientul de distorsiuni neliniare impus
b. Clasificarea oscilatoarelor
Nr. crt.
Criterii de clasificare Tipuri de oscilatoare
1 După forma semnalului generat - oscilatoare sinusoidale
- oscilatoare nesinusoidale
2 După domeniul de frecvenţă în care lucrează
- oscilatoare de audiofrecvenţă ( j. f)
- oscilatoare de radiofrecvenţă (î. f)
- oscilatoare de foarte înaltă frecvenţă
3 După natura componentelor din reţeaua selectivă
- oscilatoare RC
- oscilatoare LC
- oscilatoare cu cuarţ
4
Capitolul 2. Oscilatoare sinusoidale cu reacţie
Definiţie: Oscilatoarele cu reacţie sunt amplificatoare cu reacţie pozitivă
care generează un semnal sinusoidal de forma u = Umax sin ωt .
Valoarea frecvenţei de oscilaţie se obţine cu ajutorul unui circuit acordat LC
sau cu o reţea selectivă RC
a. Schema de principiu
Fig. 4.1 Oscilator cu reacţie – schema de principiu
Relaţii specifice
Valoarea amplificării cu reacţie este
Ar - amplificarea circuitului cu reacţie
β– factor de reacţie sau de transfer
A - amplificarea circuitului fără reacţie
5
Ar=A
1−β A
Condiţia de oscilaţie sau de reacţie pozitivă
1- β A = 0 sau β A = 1 - Relaţia lui Barkhausen
Amplificarea cu reacţie Ar = ∞ şi amplificatorul devine oscilator
Relaţia lui Barkhausen este echivalentă cu două condiţii : condiţia de
amplitudine şi condiţia de fază ce rezultă din forma de exprimare în
complex a amplificării şi a factorului de transfer.
A=|A|ejϕ A , j=√−1 β=|β|e
jϕβ
|A | . |b | = 1 Condiţia de amplitudine
jA + jb = 0, 2 p, 4p.... Condiţia de fază
φA - defazajul produs de amplificator ; φβ - defazajul produs de circuitul de reacţie
Capitolul 3.Oscilatoare RC
Definiţie: Oscilatoarele RC sunt amplificatoare cu reacţie pozitivă selectivă
având cuadripolul de reacţie format din rezistenţe R şi condensatoare C .
a. Clasificare
6
Nr. Crt.
Criteriul de clasificare Tipuri de oscilatoare RC
1 După numărul de tranzistoare ale amplificatorului
- cu un tranzistor
- cu două tranzistoare
2 După configuraţia cuadripolului de reacţie
- cu reţea de defazare trece – sus
- cu reţea de defazare trece – jos
- cu punte Wien
- cu punte dublu T
b. Condiţia de oscilaţie
Pentru orice oscilator aspectele cele mai importante sunt :
Condiţia de oscilaţie – relaţia între parametrii circuitului pentru
amorsarea oscilaţiilor
Valoarea frecvenţei de oscilaţie
Frecvenţa de oscilaţie - este frecvenţa la care datorită reacţiei pozitive ,
amplificarea circuitului devine infinită.
Frecvenţa de oscilaţie se determină din condiţia de fază , jA + jb = 0, 2p, 4p.. care este satisfăcută pentru o singură frecvenţă, care este frecvenţa
de oscilaţie.
Defazajele produse de elementele de circuit depind de frecvenţă.
3.1 Oscilatoare RC cu un tranzistor
7
Defazajul produs de amplificator este φA = 1800
Reţeaua de defazare ar trebui să producă un defazaj φβ = 1800 pentru a
îndeplini condiţia de fază.
Un condensator ideal produce un defazaj de 900 între curentul şi
tensiunea la bornele sale, iar unul real mai puţin de 900 .
Deoarece rezistoarele şi condensatoarele sunt elemente reale, numărul
minim de celule RC identice este 3.
a. Oscilatorul RC cu reţea de defazare trece – sus
Frecvenţa de oscilaţie este ω ≈ 1 / √6 RC
Rolul elementelor de circuit este :
- R1, R2 au rolul de polarizare a bazei
tranzistorului cu tensiune constantă
- RC limitează curentul din colector
- RE stabilizează termic PSF
- CE capacitate de decuplare a rezistenţei de emitor în c.a.
Fig. 4.2 a. Oscilator RC cu reţea de
defazare trece – sus
- R şi C elementele reţelei de
defazare
- R’ asigură conectarea reţelei de
defazare cu intrarea amplificatorului
8
b. Oscilatorul RC cu reţea de defazare trece - jos
Frecvenţa de oscilaţie este ω ≈ √6 / RC
Fig. 4.3 Oscilatorul RC cu reţea de defazare trece – jos
9
3.2 Oscilatoare RC cu două tranzistoare
Este un oscilator cu punte Wien
Defazajul produs de amplificatorul cu două tranzistoare este φA = 2 p Cuadripolul de reacţie trebuie să introducă un defazaj φβ = 0 ; 2 p pentru
a se respecta condiţia de fază φA + φβ = 0 ; 2 p ; 4p
Puntea Wien este formată din două circuite RC, serie şi celălalt paralel
Frecvenţa de oscilaţie este ω = 1 / RC
Fig 4.4 Oscilator RC cu punte Wien
Fig. 4.5 Oscilator RC cu punte Wien-schema simplificată
10
Capitolul 4. Oscilatoare cu cuarţ
Definiţie: Oscilatoarele cu cuarţ sunt oscilatoare de semnale sinusoidale
de foarte mare stabilitate a frecvenţei.
1. Cuarţul
Cuarţul are proprietăţi piezoelectrice. Aceste proprietăţi constau în faptul
că aplicând plăcuţei o tensiune electrică , ea se deformează. Aplicând
plăcuţei forţe mecanice, apar sarcini electrice pe feţele solicitate.
a. Simbol , schema electrică echivalentă
Fig 4.6 Cuarţul – simbol şi schema electrică echivalentă
11
Cuarţul se comportă într- un montaj ca un circuit RLC.
L – echivalentul electric al masei cristalului
CS - echivalentul electric al elasticităţii
R - echivalentul electric al pierderilor prin frecare
CP- capacitatea monturii, capacitatea dintre electrozi
b. Proprietăţi
Circuitul are două frecvenţe de rezonanţă, una serie şi cealaltă derivaţie
Rezistenţa de pierderi R ‹‹ X – reactanţa
Factorul de calitate Q = ωO L / R este foarte mare
Valorile parametrilor R, L, CS, CP sunt foarte stabile în timp
Aceste proprietăţi determină marea stabilitate a frecvenţei oscilatoarelor cu cuarţ.
12
Capitolul 5. Oscilatorul Colpitts cu cristal de cuarţ
Între frecvenţa de rezonanţă serie – mai mică şi frecvenţa de rezonanţă
derivaţie, cristalul se comportă inductiv
Cuarţul înlocuieşte inductanţa din circuitul de reacţie a unui oscilator
Colpitts obţinându–se un oscilator de foarte mare stabilitate.
Fig. 4. 7 Oscilatorul Colpitts cu cuarţ
Avantaje- Are foarte bună stabilitate a frecvenţei
- Construcţie simplă şi robustă
Dezavantaje- Lucrează numai pe frecvenţe fixe, în funcţie de caracteristicile cuarţului f
= 100 kHz – 40 MHz
- La frecvenţe mai joase, dimensiunile plăcii devin prea mari, iar la
frecvenţe mai înalte, plăcile sunt foarte subtiri si fragile.
13
Oscilatoarele sunt circuite capabile să transforme energia de alimentare
continuă a unei surse în energie alternativă de o anumită frecvenţă (caz
particular al invertoarelor)
Clasificare
►După principiul de funcţionare :
- oscilatoare cu reacţie pozitivă- oscilatoare cu rezistenţă negativă
►Dupa domeniul de frecvenţă :
- oscilatoare cu audio frecvenţă (de la _Hz la 100KHz)- oscilatoare de radio frecvenţă (de la 100KHz la 1GHz)- oscilatoare cu microunde (peste 1GHz)
►Dupa natura reţelei de reacţie selectivă :
- oscilatoare RC (audio frecvenţă)- oscilatoare LC (radio frecvenţă şi microunde)
Oscilatoare cu reacţie pozitivă
Principiu : Schema bloc a unui amplificator cu reacţie pozitivă este prezentată în figura urmatoare
Unde A şi β sunt funcţiile de transfer complexe ale amplificatorului, respectiv cuadripolului de reacţie.
⇒ A r=u0ui
= A1−β A
14
Dacă este îndeplinită condiţia de oscilaţie a lui Barkhausen adică 1−β A=0 atunci Ar tinde către infinit, ceea ce înseamnă că poate exista
semnal de ieşire chiar şi în absenţa semnalului de intrare ui=0 .
Mărimile complexe A si β se pot scrie :
A=Ae jϕ A ¿}¿¿⇒ β Aej (ϕA+ϕB)=1 ceea ce conduce la :
{β⋅A=1¿ ¿¿¿ k=0,1,2,.....
(condiţia de amplificare, respectiv de frecvenţă)
Oscilatoare RC
►După tipul reţelei utilizate oscilatoarele RC pot fi clasificate în următoarele grupe :
- oscilatoare cu reţea Wien- oscilatoare cu reţea de defazare- oscilatoare cu reţea dublu T- alte tipuri-Din punctul de vedere al modului de cuplare a retelei de reactie la AO se deosebesc doua cazuri:
oscilatoare cu retea de defazare (implementare cu AO in structura inversoare)
oscilatoare cu retea de faza minima (implementare cu AO in structura neinversoare)
15
Oscilatoare cu reţea Wien
Schema unui oscilator cu AO şi reţea Wien este prezentată in figura urmatoare
Calculăm amplificările
A=1+R3R4 (amplificator neinversor)
β=R2 //
1SC2
R1+1SC1
+R2 //1SC2
Înlocuind S=ωj, condiţia A β=1 devine succesiv:
16
R3+R4R4
R21+R2C2 S
R1+1SC1
+R2
1+R2C2S
=1
(R3+R4)R2 SC1=R4 (1+R2C2 S+R2SC1+R1C1S+R1C1R2C2 S2)
R2R3C1 jω=R [1−R1C1R2C2( jω )2+(R2C2+R1C ) jω ]Egaland cu zero partea reala si imaginara rezultă conditiile de faza si
de amplitudine:
{ω2=1R1C1R2C2 ¿¿¿¿
{ω=1RC
⇒ f=12π RC ¿ ¿¿¿
În condiţiile în care {R1=R2=R ¿ ¿¿¿
În practică R3≈2 R4 . Dacă R3<2R4 atunci oscilaţia va fi din ce în ce mai mare până când se va satura amplificatorul, forma de semnal devenind dreptunghiulară.
Condiţia de amorsare a oscilaţiei este βA>1. Apare evidentă
menţinerea constantă a amplificării : A=1+
R3R4
=3
Modalităţi de stabilizare a amplificării
Se utilizează în locul rezistenţei R4 un bec cu incandescenţă sau un termistor cu coeficientul de temperatură pozitiv.
Se utilizează în locul rezistenţei R3 un termistor cu coeficient negativ de temperatură.La amorsarea oscilaţiilor sau la schimbarea frecvenţei, din cauza
inerţiei becului cu incandescentă sau a termistorului pot apărea variaţii ale amplitudinii semnalului de ieşire. Acest lucru poate fi evitat prin utilizarea unor diode Zener sau diode de comutaţie (cuplate in anti-paralel) în bucla de reacţie :
17
Figura Limitare cu diode Zener
Figura Limitare cu diode de comutatie
O reducere substanţială a distorsiunilor şi o stabilitate a amplificării mai bună se obţine prin utilizarea unei bucle de control automat a amplificării. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui tranzistor TEC care poate fi cuplat în serie sau în paralel cu rezistenţa R4.
18
Controlul controlul frecventei, la oscilatoarele Wien, poate fi realizat dacă rezistenţele R sunt modificate simultan (in general nu se utilizeaza reglajul capacitatilor). O altă posibilitate este realizată de următoarea implementare, care utilizeaza un singur potentiometru :
Observatie : Pentru AO1 este indeplinita conditia de amplitudine a oscilatorului (amplificarea in conexiune de neinversor este 3), deci demonstratia va furniza numai conditia de faza (data de coeficientul lui j). Desfacand bucla de reactie se deduce :
19
Efectuand calculele si egaland cu zero coeficientul partii complexe se deduce conditia de faza
►Oscilatoare cu reţea de defazare
Oscilator cu reţea tip FTS
Circuitul de calculează prin echivalări Thevenin succesive. Dupa prima echivalare se obtine circuitul
Ee 1=u0R
R+ 1SC
=u0RSC1+RSC
Re1=R 1SC
R+ 1SC
= R1+RSC
20
Dupa prima echivalare Thevenin
Ee 2=Ee1R
R+ 1SC
+Re1
Re 2=R(Re1+ 1
SC )R+ 1SC
+Re1
Aplicand teorema lui Millman in nodul A, rezulta :
U−=0=
u0Rr
+Ee2
Re2+1SC
1Rr
+ 1Re2+1/SC
Efectuand calculele obtinem :
Din aceasta relatie rezulta conditia de faza si de amplitudine (de calculat).
21
Oscilator cu reţea dublu T
Deducerea condiţiilor de oscilaţie :
U−=u0R1
R1+R2
Pentru calculul lui U+ se echivalează cu Thevenin generatorul de la ieşirea AO.
Re1=R 1nSC
R+ 1nSC şi
Re 2=
1SC
Rn
1SC
Rn
22
Ee 1=u0
1nSC
R+ 1nSC şi
Ee 2=u0
Rn
Rn
+ 1SC
Potenţialul U+ se calculează cu ajutorul teoremei lui Millman
U+=
Ee1R+Re1
+Ee2
Re2+1 /SC1
R+Re1+
1Re2+1 /SC
Identificând partea reală şi imaginară din identitatea U+=U− se deduc condiţiile de oscilaţie.
Oscilator cu retea T – « podit »
Oscilator cu reţea trece-bandă
23
Se echivaleaza Thevenin generatorul de la iesirea AO.
In aceste conditii expresia tensiunii de iesire are expresia:
Conditia ca circuitul sa se comporte ca un oscilator se reduce la relatia
Identificand componenta reala si cea imaginar se obtin conditiile de faza si de amplitudine
Oscilator cu reţea trece-tot
24
Vom calcula separat amplificarile celor doua AO. Rezulta:
Conditia Barkhausen este data de relatia: ceea ce conduce la
relatia: rezutand conditiile
25
BIBLIOGRAFIE
1. Constantin P., s.a. - Electronica industrială - E.D.P., Bucureşti, 1983;
2. Drăgulănescu N. - Agenda radioelectronistului - Editura Tehnică, Bucureşti, 1989;
3. Constantin Cruceru – Tehnica măsurărilor in telecomunicaţii – Editura Tehnica, 1982;
4. Isac E.-Masurari electrice si electronice- manual pentru clasele a-X-a, a-XI-a si a-XII-a, E.D.P.R.A. , Bucureşti, 1994.
5. www.regielive.ro 6. http://mee.didactic.ro/
26
27
28
top related