Pentru alimentarea aparaturi electronice sunt necesare
surse de energie de curent continuu. Aceste surse pot fi surse chimice (baterii
galvanice, acumulatoare) sau redresoare.
Prin redresor se întelege un circuit electronic
capabil sa transforme energia electrica de curent alternativ în
energie electrica de curent continuu. Alimentarea redresoarelor se face de
obicei de la reteaua de energie electrica.Redresoarele de puteri mici
( pâna la 1 kW) se alimenteaza în curent alternativ monofazat, iar
cele de puteri mari se alimenteaza în curent alternativ trifazat.
Dintre elementele componente ale
redresorului cele electronice trebuie sa aiba proprietatea de a
conduce unilateral, respectiv sa prezinte o caracteristica
pronuntata neliniara si sa functioneze în regim
neliniar. Se pot folosi diode cu vid (kenotroane), diode semiconductoare,
tiratroane, tristoare, etc.
Schema bloc a unui redresor (fig1)
contine urmatoarele elemente (pornind de la sursa de energie
alternativa, -de obicei reteaua electrica-) :
-transformatorul de retea, cu
ajutorul caruia se obtine în secundar valoarea tensiunii alternative
ce trebuie redresata ;
-elementul redresor, cu proprietati
de conductie unilaterala, la iesirea caruia se obtine
o tensiune (de un singur sens) pulsatorie ;
-filtru de netezire, cu rolul de a
micsora pulsatile tensiuni redresate, redând o tensiune cât mai apropiata
de cea continua ;
-rezistenta de sarcina pe
care se obtine tensiunea continua.
În anumite cazuri, aceasta
schema bloc poate fi completata cu un etaj suplimentar de stabilizare
si de reglare a tensiunii continue obtinute. Sunt, de asemenea,
cazuri în care unele elemente ale schemei pot lipsi: de exemplu poate lipsi
transformatorul de retea sau, în cazul unor instalatii industriale,
care functioneaza cu tensiune pulsatorie, pote lipsi filtrul de
netezire.
Redresoarele se pot clasifica dupa urmatoarele
criterii:
Dupa tipul tensiunii alternative
redresate (numarul de faze):
-Redresoare monofazate;
-Redresoare polifazate (de obicei
trifazate);
Dupa numarul de
alternante al curentului alternativ pe care le redreseaza:
-Redresoare monoalternanta;
-Redresoare bialternanta.
Dupa posibilitatea controlului
asupra tensiunii redresate:
-Redresoare necomandate;
-Redresoare comandate sau reglabile.
Dupa natura sarcinii:
-Redresoare cu sarcina
rezistiva (R);
-Redresoare cu sarcina
inductiva(RL);
-Redresoare cu sarcina
capacitiva(RC).
REDRESOARELE MONOFAZATE: aceste tipuri de redresoare se folosesc pentru puteri medii (sute de
wati). Ele pot fi atât monoalternanta, cât si bialternanta.
a.Redresorul
monofazat monoalternanta:
Schema electrica a acestui tip de redresor este
redata în figura 2, a. Functionarea are loc astfel: la aplicarea unei
tensiuni alternative în primar, ia nastere în secundar tot o tensiune
alternativa, ce se aplica pe anodul diodei redresoare. Pe durata
alternantelor pozitive dioda conduce, în circuit apare un curent
proportional cu tensiunea aplicata, deci având aceasi forma
cu ea. Pe durata alternantelor negative, dioda este blocata si
curentul prin circuit este nul. Curentul prin sarcina circula deci întrun
singur sens, sub forma unor alternante (curent pulsatoriu).
Fig 2 Redresor monofazat
monoalternanta cu sarcina rezistiva:
a- schema electrica ; b- forma de
unda a tensiuni redresate.
Tensiunea la bornele sarcinii (u s) reprezentata
in figura 2. b are expresia matematica:
(1)
în
intervale în care dioda conduce: si:
(1
bis)
în
intervale în care dioda este blocata .
Unul dintre cei mai importanti
parametri ai redresoarelor este factorul de ondulatiegcare este definit
astfel :
(2)
În cazul unui redresor ideal, factorul de ondulatie
trebuie sa fie zero. În general g> 1, deci
forma tensiunii redresate nu este multumitoare. Pentru a o
îmbunatati se folosesc scheme de redresare dubla alternanta
.
Alt parametru al redresorului este randamentul sau (h), definit ca
raportul dintre puterea utila de curent continuu furnizata în
sarcina si puterea consumata, absorbita de la retea:
(3)
În acest caz valoarea puterii utile va fi : (4)
iar
puterea absorbita de la retea, în timpul alternantei pozitive în
care dioda functioneaza, va fi:(5)
având:
în
care:
UI -tensiunea alternativa aplicata diodei;
Us -tensiunea redresata la bornele sarcinii;
r d -rezistenta de conductie a diodei;
Rd -rezistenta de sarcina.
Valoarea randamentului devine:.
Tensiunea inversa maxima este:
b.Redresorul
monofazat dubla alternanta cu transformator cu priza mediana
In figura 3-a este redata schema electrica a unui
redresor dubla alternanta, la care tensiunea de alimentare se
aplica printrun transformator având un secundar cu priza mediana
legata la masa. Se observa ca schema contine doua
redresoare monoalternanta, formate din:
a -schema electrica;b -forma de unda a tensiunii redresate.
Datorita modului în care sunt conectate înfasurarile
secundare, tensiunile la bornele celor doua sectiuni variaza în
antifaza. La aparitia alternantei pozitive la înfasurarea, dioda este polarizata
direct, conduce si determina aparitia curentului , care strabate rezistenta de sarcina în
sensul indicat pe figura. În acest interval, în înfasurarea find aplicata alternanta
negativa, dioda este polarizata
invers si curentul prin circuitul ei este nul.
Când se aplica alternanta negativa pe L'2 dioda D1 se
blocheaza si, respectiv, aparând alternanta pozitiva
pe L''2 dioda D2 conduce. În circuitul ei apare curentul i''A ce strabate Rs in sensul din
figura, sens ce coincide cu cu cel al curentului i'A .In felul acesta la bornele sarcinii apare o
tensiune de forma indicata in figura 3, b.
În acest caz, valoarea factorului de ondulatie este de
0,67 adica o valoare subunitara, ceea ce constituie o serioasa
ameliorare, iar randamentul este de 0,8
Tensiunea inversa maxima rezulta, pentru
dioda blocata, din însumarea dintre valoarea tensiunii negative aplicate
pe anodul sau de catre transformator si tensiunea pozitiva
aflata la bornele rezistentei de sarcina, deci pe catodul diodei
blocate. În acest caz:
(6)
Se observa avantejele
redresorului dubla alternanta, constând întro forma de
unda mai apropiata de cea continua si un randament de
valoare dubla, dar si dezavantajele sale, constând întro schema
mai complicata si mai costisitoare (secundar cu priza
mediana, doua diode redresoare), ca si în conditiile mai
severe impuse diodelor redresoare în privinta tensiunii inverse maxim
admise.
c. Redresorul monofazat, dubla alternanta,
în montaj de tip punte
Schema ce ofera avantajele redresorului
anterior, evitând dezavantajele lui, este cea a unui redresor monofazat
dubla alternanta în punte (figura 4).
Figura 4. Redresor monofazat dubla alternanta, în punte
-având sarcina rezistiva: a -sarcina electrica; b -forma de
unda a tensiunii redresate.
Cele patru diode redresoare folosite formeaza
bratele unei punti, la care alimentarea prin curent alternativ se
face printro diagonala, de la secundarul unui transformator, iar tensiunea
redresata se culege la bornele unei rezistente plasate în cea de a
doua diagonala.
Functionarea redresorului este urmatoarea: în
timpul aplicarii alternantei pozitive la o extremitate a secundarului
transformatorului, conduc diodele D1 si D3 , care sunt
polarizate direct , determinând un curent i'A în rezistenta R s , iar diodele
D2 si D4 find invers polarizate sunt blocate.
La aparitia celei de a doua alternante, D1 si
D3 sunt blocate, pe când D2 si D4 conduc,
determinând aparitia curentului i''A ce strabate în acelasi sens
rezistenta de sarcina R s. Se observa ca forma
tensiunii redresate este aceiasi ca si în cazul redresorului folosind
un transformator cu priza mediana, tensiunea inversa maxima
pentru fiecare dioda find însa Uim ,ca si în
cazul redresorului monoalternanta.
Dezavantajele acestui montaj constau în numarul
marit de diode folosite (patru) si necesitatea unei bune izolari
fata de restul elementelor a capatului nelegat la masa al
rezistentei de sarcina R s.
CAP.2. AMPLIFICATORUL ELECTRONIC
Amplificatoarele electronice sunt cuadripoli activi, capabili sa
redea la iesire semnale electrice de putere mult mai mare decât cele de
intrare.
Clasificarea amplificatoarelor
1.Dupa natura semnalului cu preponderenta amplificat:
-amplificator de tensiune ;
-amplificator de curent;
-amplificator de putere.
2.Dupa banda de frecventa:
-amplificator de c.c. (de la f=0);
-amplificator de audiofrecventa(20Hz-20kHz);
-amplificator de foarte înalta
frecventa(30MHz-300MHz).
3.Dupa latimea benzii de frecventa:
-amplificator de banda îngusta;
-amplificator de banda larga.
CAP.3. OSCILATORUL
3.1.Generalitati
Oscilatoarele sunt generatoare de semnale electrice întretinute,
cu frecventa proprie (care functioneaza deci fara
semnal de intrare).
Fata de amplificatore, oscilatoarele
prezinta asemanari si deosebiri. Asemanarea
consta în proprietatea comuna de a transforma energia de curent
continuu a sursei de alimentare în energie de curent alternativ a semnalului
generat. Deosebirea consta, în primul rând, în faptul ca pentruefectuarea acestei operatii
amplificatoarele necesita un semnal de comanda, pe când oscilatoarele
lucreaza fara semnal exterior de comanda. În al doilea rând,
semanalul de iesire al unui amplificator are frecventa
determinata de semnalul de intrare, pe când frecventa data de
oscilator are parametrii circuitelor care îl compun.
3.2.Parametri
oscilatoarelor
Ca generatoare de semnale, oscilatoarele trebuie sa
îndeplineasca anumite conditii privind principalii sai
parametrii si anume:
-forma semnalului generat;
-domeniul de frecventa în care lucreaza;
-stabilitatea frecventei semnalului de iesire;
-marimea si stabilitatea amplitudinii semnalului de
iesire;
-coeficientul de distorsiuni neliniare impus.
3.3.Clasificarea
oscilatoarelor
Oscilatoarele se pot clasifica dupa urmatoarele
criterii:
dupa forma semnalului pe care îl
genereaza:
-oscilatoare sinusoidale;
-oscilatoare nesinusoidale;
dupa domeniul de
frecventa în care lucreaza:
-oscilatoare de joasa frecventa (de
audiofrecventa);
-oscilatoare de înalta frecventa (de
radiofrecventa);
-oscilatoare de foarte înalta frecventa;
dupa principiul de
functionare:
-oscilatoare cu rezistenta negativa;
-oscilatore cu reactie;
dupa natura circuitelor care
intervin în natura lor:
-oscilatoare RC;
-oscilatoare LC;
-oscilatoare cu cuart.
4.Oscilatoare
sinusoidale
Acest tip de oscilatoare se caracterizeaza prin faptul
ca semnalul generat contine o singura frecventa, având
forma:
(7)
Valoarea frecventei dorite se poate obtine fie cu
ajutorul unui circuit LC acordat (oscilatoare LC), fie prin intermediul unei
reactii pozitive selective (oscilatoare RC).
a. Oscilatoare cu
circuite LC
Oscilatoarele LC sunt circuite ce folosesc proprietati
selective ale circuitelor LC.
Principiul de functionare a acestui tip de oscilatoare
duce la obtinerea la iesire a unor oscilatii de amplitudine
constanta, fortat întretinute.
Ţinând seama de faptul ca întrun circuit LC cu
elemente reale ( r>0), datorita pierderilor, amplitudinea
oscilatiilor scade treptat pâna la zero (oscilatile se
amortizeaza), realizarea unei amplitudini constante, în aceste
conditii, se poate face numai compensând pierderile cu ajutorul unei energii
corespunzatoare, convenabil alese.
În vederea acestei compensari energetice, se pot
folosi doua metode:
-introducerea în circuit a unui element cu
rezistenta negativa;
-aplicarea la intrarea amplificatorului, prin intermediul
unui cuadripol, a unui semnal de faza, deci folosirea unei reactii
pozitive.
Oscilatoarele cu
rezistenta negativa. Realizarea acestor
oscilatoare are la baza compensarea pierderilor produse în circuitul LC
real, cu ajutorul unei rezistente negative, astfel încât, atunci când rezistenta
totala a circuitului devine zero, aceasta sa înceapa sa
oscileze pe freventa sa de rezonanta, cu o amplitudine
constanta a oscilatiilor.
Un astfel de circuit (fig 5) comporta în ramura
inductiva, unde s-a reprezentat separat rezistenta proprie a bobinei,
un element de rezistenta negativa.
Figura 5. Circuit acordat RLC cu
rezistenta negativa
Tipul
oscilatilor generate depinde de valoarea totala a rezistentei circuitului:
în
care:
r L este rezistenta proprie a bobinei;
ru -rezistenta negativa introdusa în
circuit.
Rezistenta totala r tot poate fi:
r tot > 0: circuitul având pierderi de energie prin caldura, oscilatiile
se amortizeaza pâna la zero;
r tot = 0: energia introdusa de elementul
exterior compenseaza pierderile, oscilatiile, îsi
pastreaza amplitudinea constanta;
r tot < 0: oscilatiile cresc treptat,
teoretic pâna la infinit, practic find limitate de caracteristicile
neliniare ale elemtelor active din circuit.
În cea ce priveste
rezistenta negativa introdusa, deoarece elementele fizice nu pot
avea valori rezistive negative, se folosesc componente electronice care
prezinta în anumite domenii rezistente negative, respectiv la care
cresterea tensiunii la borne antreneaza scaderea curentului în
circuit.
Dintre componentele electronice
studiate, prezinta rezistenta negativa tetroda (în conditii
de efect dinatron) si dioda tunel, pe domeniul descrescator al
caracteristicii de tip N.
În figura 7 se redau scheme cu astfel de elemnte ce
prezinta rezistenta negativa (notate în figura 7, a prin
simbolul N). În figura 7, b în circuit a fost inclusa o dioda tunel
(DT).
Desi simple din punct de vedere constructiv,
oscilatoarele cu rezistenta negativa se folosesc rar,
datorita deficientelor legate de gasirea unor elemente cu
rezistenta negativa având o buna stabilitate în
functionare.
Oscilatoarele LC cu
reactie. Oscilatoarele LC cu reactie sunt
amplificatoare cu reactie pozitiva, având fie în componenta
circuitului de sarcina, fie în cuadripolul de reactie un circuit
oscilant alcatuit din bobine si condensatoare.
Aceste oscilatoare se bazeaza pe compensarea
pierderilor din circuit prin intermediul unui semnal de reactie
pozitiva, adus de la iesirea la intrarea oscilatorului, prin
intermediul cuadripolului de reactie.
S-aaratat în capitolul referitor la reactia în amplificatoare
ca un amplificator cu reactie consta dintrun amplificator cu
amplitudinea A, având o bucla de reactie alcatuita dintrun
cuadripol, cu factorul de transfer b (figura 8).
Fig 7. Scheme de oscilatoare cu
rezistenta negativa
Fig 8. Schema de principiu a unui amplificator
cu reactie
Prin intermediul acestuia o parte din semnalul de la
iesire se readuce la intrarea amplificatorului.
Valoarea amplificarii cu reactie este data
de relatia:
(8)
în
care:
A este
amplificatorul circuitului de reactie;
b-factorul de reactie;
Ao-amplificarea
fara reactie;
Din relatia de mai sus rezulta ca daca:
sau
(9)
atunci
amplificarea A este infinita si amplificatorul cu reactie
se transforma în oscilator.
Aceasta conditie, de reactie pozitiva,
asigura aparitia unui semnal la iesire, fara aplicarea
unui semnal de intare. Explicatia consta în faptul ca semnalul
dat de cuadripolulu de reactie, aplicat la intrarea amplificatorului,
reprezinta chiar semnalul necesar pentru întretinerea
oscilatiilor.
Desi, teoretic, din relatia stabilita
rezulta A infinit, neliniaritatea elementelor active folosite duce
la limitarea oscilatiei de iesire, a carui amplitudine este data
de parametri elementului activ si ai cuadripolului de reactie.
Deoarece atât amplificarea, cât si factorul de
transfer sunt redate prin numere complexe relatia (8), denumita
si relatia lui Barkhausen, este echivalenta cu doua
conditii reale, una referitoare la module, iar cealalta referitoare
la faze.
Se stie ca un numar complex z se poate scrie:
(10)
în
care:
z este modulul numarului complex;
j -faza sa .
În aceste conditii relatia (9) devine:
sau:
din
care rezulta simultan:
(11)
(12)
si
pentru:
(12 bis)
Relatiile (11) si (12)
arata ca:
-factorul de transfer al cuadripolului trebuie saaiba modulul egal cu inversul modulului
amplificarii;
-defazajul cuadripolului de reactie trebuie astfel
ales încât oricare ar fi defazajul introdus de amplificator în circuit,
semnalul de reactie aplicat sa fie în faza cu semnalul de la intrarea
amplificatorului.
Prima conditie se numeste conditia de
amplitudine, iar a doua conditie referitoare la faza, poarta
numele de conditie de faza.
În cazul oscilatoaelor LC frecventa de oscilatie
este data de parametri circuituilui oscilant, având valoarea:
(13)
Circuitul oscilant ce selecteaza frecventa de
oscilatie find montat fie ca circuit de sarcina a amplificatorului,
fie drept cuadripol de reactie, rezulta ca la acest tip de
oscilatoare pot fi elemente selective atât amplificatorul (pentru primul caz),
cât si cuadripolul de reactie (în cel de-al doilea caz).
Domeniul de lucru ala acestor oscilatoare este cel al
frecventelor înalte, pentru care se pot realiza relativ usor bobinele
cu inductanta L mica. Circuitele folosesc de obicei ca
amplificator un singur element activ.
Dupa montajul folosit pentru asigurarea reactiei,
oscilatoarele se clasifica în:
-oscilatoare în trei puncte;
-oscilatoare cu cuplaj magnetic;
-oscilatoare cu cuart etc.
Oscilatoarele în 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 încât unul din electrozi, comun
la doua din impedante, sa fie în acelasi timp conectat la
potentialul masei. În multe scheme se leaga la masa emitorul
tranzistorului respectiv (figura 9, a), obtinându-se tensiunle de
iesire U1 si de reactie U3, indicate în figura 9, b (unde s-au
prezentat numai schemele echivalente de curent alternativ).
Figura 9. Schema de principiu a unui
oscilator,,în trei puncte'' :
a -cu cele trei puncte scoase în
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 îndeplineasca
parametrii circuitului pentru a asigura intrarea în oscilatie (amorsarea
oscilatilor);
-valoarea frecventei de oscilatie.
Oscilatoarele cu cuplaj magnetic. Oscilatoarele din aceasta categorie au în componenta lor un
amplificator si un cuadripol de reactie, într 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 13, a) ;
-alt tip de oscilatoare având ca sarcina a amplificatorului
o bobina si drept cuadripol de reactie un circuit acordat CO
(figura 13, b).
Figura 13. Oscilator cu cuplaj magnetic
a -cu circuit acordat în colector si bobina de reactie
montata în circuitul de intrare; b -cu bobina în colector si
circuit acordat montat în circuitul de intrare.
Oricare ar fi situatia, frcventa 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 în
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 find 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 în 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 (în anumite limite);
-presupun introducerea elementelor circuitului acordat
întrun termostat care mentine temperatura constanta.
În oricare din cazuri cuplajul elementului acticv cu
circuitul acordat se face cât mai slab cu putinta.
La oscilatoare lucrând pe o frecventa fixa
se poate ameliora stabilitatea folosind pentru frecvente înalte cristalul
de cuart.
Oscilatoarele cu cristal de cuart. Anumite materiale cum sunt cuartul, turmalina, sarea , Seignette
si altele, taiate în anumite moduri prezinta proprietati
piezoelctrice. Aceste proprietati constau în aceea ca, aplicând
placutei o tensiune electrica ea îsi modifica
dimensiunile, iar aplicînd placutei forte mecanice apar sarcini
electrice de un anumit tip pe fetele solicitate mecanic.
Se constata experimental ca o
placuta de cuart, împreuna cu electrozii respectivi se
comporta întrun montaj oarecum ca un circuit RLC, de tipul reprezentat în
figura 15, b.
Figura 15. 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 frcvente de rezonanta
din care una serie si alta derivatie. Circuitul poseda cel
putin doua caracteristici esentiale:
-rezistenta de pierderi R este mult mai mica
decât reactanta X, astfel încât facorul de calitate al circuitului este
foarte mare, putând atinge valori de ordinul sutelor de mii
-valorile parametrilor R,L, Cs, Cp sunt
foarte stabilite în timp si influentate putin de elementele de
circuit.
Aceste caracteristici explica marea stabilitate a
oscilatoarelor cu cuart.
Avantajele oscilatoarelor cu cuart constau în
obtinerea unei bune stabilitati a frecventei întro
constructie simpla si robusta. Dezavantajul consta în
faptul ca nu pot lucra decât pe frecvente fixe, caracteristice
cristalului utilizat, cuprinse între 100 kHz si 40 MHz; la frcvente
prea joase dimensiunile placii de cuart devin prea mari, iar la
frecvente prea înalte ar fi nevoie de placi prea subtiri care ar
deveni fragile.
b. Oscilatoarele
RC
În domeniul frecventelor de peste 100 Khz,
oscilatoarele LC se pot realiza cu bobine si condensatoare de valori
usor de construit, cu rezistente de pierderi mult mai mici decât
reactantele respective, deci cu factori de calitate ridicati,
asigurând o buna stabilitate a frecventei.
La frecvente de ordinul zecilor de kHz apar
dificultati în realizarea oscilatoarelor, impunându-se valori mari
atât inductantelor bobinelor, cât si capacitatii
condensatoarelor. În aceste conditi nu mai pot fi folosite condensatoare
variabile, ci fixe, iar bobinele au un numar mare de spire,
rezistenta de pierderi mare si deci un factor de calitate slab.
La frecvente de ordinul kHz si mai mici, practic
nu se mai pot folosi oscilatoare LC.
În aceste conditii, în domeniul frecventelor
joase (Hz -zeci de kHz) se utilizeaza oscilatoare cu reactie
pozitiva selectiva, având cuadripolul de reactie construit din
rezistente si condensatoare. Aceste oscilatoare se numesc oscilatoare
RC.
În cazul oscilatoarelor RC se pun aceleasi probleme ca
si în cazul oscilatoarelor cu reactie studiate anterior. Parametrii
lor trebuie sa îndeplineasca atât conditia de amplitudine cât
si cea de faza. Spre deosebire de oscilatoarele LC, la care
frecventa de lucru are frecventa de rezonanta a circuitului
oscilant LC, în cazul oscilatoarelor RC frecventa semnalului generat este
acea frecventa pentru care, datorita reactiei pozitive,
amplificarea circuitului devine infinita. Ea se afla impunând relatia
(12) dintre aceste defazaje este satisfacuta numai pentru o
singura frecventa, egala cu frecventa de
oscilatie.
Conditia de amplirudina da, ca si în
cazurile anterioare, relatiile ce trebuie sa existe între
marimile caracteristice amplificatorului si cele ale cuadripolului de
reactie pentru a asigura amorsarea oscilatiilor.
Oscilatoarele RC se pot clasifica dupa
urmatoarele criterii:
dupa numarul de
tranzistoare folosite ca amplificator, oscilatoarele RC pot fi:
-oscilatoare RC cu un singur tranzistor;
-oscilatoare RC cu doua tranzistoare.
dupa configuratia
cuadripolului de reactie, oscilatoarele RC pot fi:
-cu retea de defazare trece-sus (figura 17);
-cu retea de defazare trece-jos (figura 18);
-cu punte Wien (figura 19);
-cu punte dublu T (figura 20)
Figura 17. Oscilator RC cu retea de defazare trece-sus:
a -schema electrica, b -structura amplificator-cuadripol de
reactie.
Figura 18. Oscilator RC ce retea de defazare trece-jos:
a -schema electrica, b structura amplificator-cuadripol de
reactie.
Figura 19. Oscilator RC cu punte Wien:
a -schema electrica, b -structura amplificator cuadripol de
reactie.
Figura 20. Oscilator RC cu punte dublu T.
CAP.4. MODULATOARE /
DEMODULATORE
4.1Modulatoarele
sunt circuite electronice continând elemente neliniare, cu ajutorul
carora se realizeaza modulatia prin varierea unor parametri în
ritmul semnalului modulator.
În figura 21 se prezinta schema bloc a unui modulator,
format dintrun element neliniar si un filtru de banda. La intrarea
elementului neliniar se aplica o oscilatie purtatoare (), peste care se suprapune semnalul modulator util (); la iesire va aparea semnalul modulat, format din
frecventa purtatoare () si celelalte componente().Filtrul trece-banda selecteaza banda de
frecventa corespunzatoare semnalului modulat.
Cele mai folosite sunt modulatoarele
de amplitudine si de fecventa.
figura 21. Schema bloc a unui modulator:
EN -element neliniar; FB -filtru trece-banda
Modulatoare de
amplitudine
Elementle neliniare în cazul modulatoarelor de amplitudine,
folosite în schema bloc din figura 21. pot fi: tuburi electronice, diode
semiconductoare si tranzistoare.
În telecomunicatii se folosesc modulatore având ca
elemente neliniare unu sau mai multe diode semiconductoare.
În figura 22,a se prezinta o schema cu o
singura dioda, caruia i se aplica atât semnalul
purtatoarei (F), din generatorul existent în secundar cât si semnalul
util modulator (f) în primarul transformatorului. La iesire se obtin
cele trei componente: F, F+f, F-f.
Fig 22. Modulatoare:
a -cu o dioda, b .modulator echilibrat (în
contratimp), c- modulator dublu echilibrat
(în inel).
În cazul în care se doreste numai obtinerea
componentelor laterale, în absenta (suprimarea) purtatoarei se foloseste
o schema de modulator echilibrat (în contratimp) sau de modulator dublu
echilibrat (în inel, figura 22, c). Exista scheme în care se suprima
atât frecventa purtatoare cât si una din benzile laterale, cu
ajutorul unui filtru trece-banda corespunzator. Sistemul se
foloseste în cazul transmisilor cu ,,banda laterala unica'' .
În radiocomunicatii, unde puterea semnalelor modulate
este mult mai mare (zeci-sute de kW), ca elemente neliniare se folosesc tuburi
electronice de putere mare sau tranzistoare în cazul emitatoarelor de
putere mai mica. În aceste cazuri, producerea semnalului modulat nu se mai
bazeaza pe neliniaritatea curent-tensiune (ca la diode), ci pe
dependenta parametrilor elementului activ de variatie în timp a
semnalului modulator.
Dupa electrodul pe care se aplica semnalul
modulator, exista modulatie pe grila (emitor), pe anod
(colector), sau pe catod (baza), dar în practica se folosesc mai des
primele doua variante.
Modulatoare de
frecventa
Cea mai simpla metoda de obtinere a unei
oscilatii modulate în fecventa este urmatoarea: semnalul
modulator actioneaza asupra parametrilor care determina
frecventa unui oscilator ce genereaza semnalul purtator.
Daca oscilatorul este de tip LC, atunci frecventa se poate considera
ca este data de relatia:
(14)
În consecinta este nevoie de un dispozitiv care
sa realizeze variatiainductantei
L sau a capacitatii C în ritmul semnalului modulator. Un asemenea
dispozitiv este tubul sau tranzistorul de reactanta. Schemele de
principiu a unor astfel de tranzistoare de reactanta sunt
reprezentate în figura 25.
Se poate arata ca impedanta de intare a acestui
dispozitiv ZE depinde de parametri rezistorului dupa relatia:
(15)
Figura 25. Tranzistor de reactanta:
a -schema principala, b -reactanta inductiva, c
-reactanta capacitiva.
În
care reprezinta panta
tranzitorului; daca (figura 25, b), se
obtine:
(16)
în
care inductanta este:
(17)
Montajul este deci echivalent cu o inductanta a
carei valoare depinde de valoarea tubului. Daca se introduce semnalul
modulator în circuitul de emitor, el determina variatia
polaritatii emitor-baza si deci variatia pantei,
respectiv a inductantei Lech. în ritmul semnalului modulator.
În
mod identic, folosind (figura 25. c) se
obtine:
(18)
în
care capacitatea echivalenta este:
(19)
Ca elemente de reactanta variabile se mai pot
utiliza diode semiconductoare polarizate invers (figura 26), de tip diode
vericap, la care capacitatea de bariera C se modifica invers
proportional cu tensiunea inversa aplicata.
Pentru realizarea modulatiei de frecventa,
elementele de reactanta se monteaza în paralel pe circuitul LC
al oscilatorului. Aceasta metoda este relativ simpla, însa
are dezavantajul ca stabilitatea frecventei purtatoare nu este
satisfacatoare.
Figura 26. Modulatorul MF cu dioda
vericap.
4.2 DEMODULATOARE
Procesul în urma caruia se obtine semnalul de
modulatie dintrun semnal modulat, poarta numele de proces de
demodulatie sau de detectie. Detectia nu se poate realiza cu
ajutorul unor circuite selective, deoarece semnalul modulat nu reprezinta
o componenta a celui modulat. Demodulatia, ca si modulatia,
sunt procese neliniare, necesitând componente de circuit neliniare.
Pentru demodularea semnalelor cu purtatoare
sinusoidala se folosesc:
-demodulatoare pentru semnale MA, numite detectoare;
-demodulatoare pentru semnale MF, în doua variante:
discriminatoare de faza si detectoare de raport;
-demodulatoare pentru semnale MP.
Demodulatoare pentru
oscilatii demodulate în amplitudine.
În cazul modulatie de amlitudine, pentru extragerea
componentei cu frecventa fm din spectrul oscilatiei modulate
este nevoie de un element neliniar, urmat de un filtru trece-jos care sa
permita obtinerea frecventelor numai pâna la fm,
celelalte urmând sa fie eliminate.
Ca elemente neliniare se folosesc de obicei diodele cu vid
sau diodele semiconductoare, existând si unele scheme care utilizeaza
în acest scop spatiul grila-catod al unei triode, respectiv
jonctiunea emitor-baza a unui tranzistor.
Figura 27. Circuite demodulatoare pentru oscilatii:
a -cu dioda serie; b -cu dioda paralel.
În figura 27 sunt reprezentate doua scheme mai
raspândite de detectoare cu diode. Grupul RdCd
reprezinta atât impedanta de sarcina a detectorului cât si
un filtru trece-jos, condensatorul Cd fiind astfel ales ca valoare, încât
permite obtinerea semnalului util, dar scurtcircuiteaza componentele
de radiofrecventa. În multe cazuri, la iesirea circuitului se
monteaza un filtru trece-jos suplimentar.
Functionarea detectorului este urmatoarea: la
aplicarea semnalului modulat la intrarea diodei, acesta conduce în timpul
alternantelor pozitive si este blocata pe durata alternantelor
negative, cea ce face ca semnalul obtinut imediat dupa dioda
sa fie format numai dintro alternanta a semnalului modulat, care
poate fi alternanta pozitiva sau negativa, depinzând de
tipul circuitului (detectie sau derivatie) si de modul de
montare în circuit a diodei.
Prezenta condensatorului Cd are urmatoarele
consecinte:
-scurtcircuiteaza componentele de înalta
frecventa ale semialternantei ramase, obtinându-se la
bornele sale numai semnalul util;
-datorita inertiei sale, în timpul încarcari pe
durata alternantelor pozitive ale semnalului util, el se încarca la o
tensiune apropiata de valoarea de vârf, dar nu se descarca decât
foarte putin pe durata alternantelor negative, mentinând astfel
ridicat nivelul semnalului detectat. Pentru obtinerea acestui efect,
trebuie ca valoarea constantei de timp t= RdCd sa
fie mai mare decât perioada T0 a semnalului de înalta
frecventa: .(20)
Valoarea acestei constante de timp nu se poate alege prea
mare, existând riscul ca la valori foarte mari încarcarea si descarcarea
condensatorului sa nu se mai faca în ritmul undei modulatoare (efect
de neurmarire). Îndeplinirea simultana a celor doua
conditii conduce la valori ale rezistentei Rd de ordinul kΩ
si la valori de ordinul nF pentru condensatorul Cd de
detectie.
Demodulatore pentru
oscilatii modulate în fecventa.
În principiu, schema unui modulator pentru oscilatii
MF consta din doua parti:
-o parte care transforma oscilatia MF întro
oscilatie MA;
-un detector pentru oscilatii MA.
Dupa modul în care se executa prima operatie
demodulatoarele pot fi:
-demodulatoare cu circuite dezacordate;
-discriminatore de faza;
-detectoare de raport.
Demodulatorul cu
circuite dezacordate
Una dintre cele mai simple metode pentru transformarea
modulatiei de frecventa întro modulatie de amplitudine
consta în utilizarea unui circuit rezonant derivatie, dezacordat
fata de frcventa purtatoare (f0) a semnalului
modulat în frecventa (amplitudine-frecventa).
În figura 28 este reprodusa caracteristica unui
circuit acordat derivatie (se presupune ca circuitul este acordat pe
frecventa f1). Daca circuitului i se aplica un semnal modulat în
frecventa de purtatoare f si amplitudinea constanta,
atunci o data cu variatia frecventei (în limitele ±Δf),
amplitudinea relativa a semnalului care se culege de la bornele sale
variaza ca în figura 28,c (amplitudinea relativa reprezinta
raportul dintre amplitudinea semnalului de iesire având o
frecventa oarecare si cea corespunzatoare frecventei
purtatoare).
Figura 28. Principiul de functionare a modulatorului MF cu circuit
dezacordat:
a -caracteristica amplitudine-frecventa; b -variatia
frecventei;
c -variatia amplitudini relative a semnalului de iesire.
Document Info
Accesari:
14157
Apreciat:
Comenteaza documentul:
Nu esti inregistrat Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta
.
.
, 
, 
;
, 
, 
, care strabate rezistenta de sarcina 
), peste care se suprapune semnalul modulator util (
); la iesire va aparea semnalul modulat, format din
frecventa purtatoare (
).Filtrul trece-banda selecteaza banda de
frecventa corespunzatoare semnalului modulat.
.
