Jsem členem Historického Radioklubu Československého.

Široce laditelný oscilátor se stálou amplitudou

Pokusil jsem se postavit jednoduchý a přitom kvalitní oscilátor pro SV. Je určen do malého přenosného signálního generátoru, který se dá použít k testování a seřizování radiopřijímačů i mimo dílnu. Po změně hodnot součástek se dá zapojení použít pro libovolnou frekvenci.
V LC oscilátoru laditelném v širokém rozsahu se obvykle používá Meissnerovo nebo Hartleyovo zapojení. Vlastnosti obou zapojení jsou podobné, zde budu popisovat zvláštní úpravu Meissnerova oscilátoru.

Vlastnosti základního zapojení Messnerova oscilátoru

Nejdříve se podíváme na základní zapojení Meissnerova oscilátoru s tranzistorem a s elektronkou. Normální vlastností Meissnerova oscilátoru je, že amplituda kmitů při ladění kondenzátorem stoupá s frekvencí.

Elektronkový oscilátor

Základní zapojení elektronkového Meissnerova oscilátoru.Elektronkový oscilátor dle obr. 1 lze obvykle ladit v širokém rozsahu kmitočtů a amplituda se mění, ale ne příliš. Když se amplituda kmitů zvětší, usměrněním o mřížku se nabije kondenzátor C3 a elektronka se přivře, zisk se sníží a amplituda klesne. Je to jednoduchá regulace amplitudy. V okamžiku vrcholu vlny, kdy je na mřížce kladné napětí, elektronka se sice maximálně otevře, ale nedokáže dát do anody příliš silný impuls, protože emisní schopnost katody je omezená. Když je amplituda kmitů moc velká, převládne tedy zavření elektronky v době, kdy je mřížka záporná nad jejím otevřením ve špičce.

Tranzistorový oscilátor

Základní zapojení tranzistorového Meissnerova oscilátoru.Oscilátor s bipolárním tranzistorem v obvyklém zapojení na obr. 2, který má můstkovou stabilizaci pracovního bodu, obvykle nejde ladit v tak širokém rozsahu, protože na horním konci zisk ve smyčce vzroste natolik, že se obvod parazitně rozkmitá na nízké frekvenci. Vysokofrekvenční napětí je pak modulované nízkofrekvenčním průběhem. I když se to někdy nestane, velikost vf napětí se hodně mění s kmitočtem. Souvisí to s vlastnostmi bipolárního tranzistoru v tomto zapojení. Můstková stabilizace udržuje stálou hodnotu emitorového proudu bez ohledu na střídavé děje v tranzistoru. Pokud se nabije kondenzátor C3 usměrněním o přechod B-E, neklesne celkový proud tranzistoru ani jeho zisk, jen se změní charakter vf průběhu. Tranzistor začne pracovat jako spínač, na vrcholech kladných půlvln na bázi se prudce otevírá a do kolektoru pouští silné proudové impulsy. Kvůli nelinearitě přechodu B-E je ve špičce diferenciální odpor přechodu malý a proudové špičky jsou velké. Všechen proud tekoucí do báze je ve špičce beta krát zesílen a teče kolektorem. Mezi těmito špičkami je tranzistor uzavřený. Souhrn proudu za jednu periodu je pořád stejný, co se ubere v záporné půlvlně, to se přidá v krátké kladné špičce. Při silném signálu tranzistor zesiluje zhruba stejně jako při slabém, ale silný signál hodně zkreslí. Na horním konci rozsahu je zesílení tranzistoru stejné jako dole, takže nic neomezuje nárůst amplitudy, daný tím, že laděný obvod má nahoře vyšší impedanci. Naopak vzrůstá zkreslení signálu. Pokud je časová konstanta C3 s bázovými odpory výrazně větší, než rychlost poklesu oscilací na laděném okruhu, když se tranzistor zavře, dochází k parazitnímu kmitání na nízké frekvenci.

Volba vazebního kondenzátoru

C3 by proto neměl být příliš velký, doporučuji, aby jeho reaktance na dolním konci pásma byla 5x až 10x menší, než je vstupní impedance tranzistoru. Je-li C3 moc malý, na dolním konci pásma trochu zeslabuje přenos signálu, takže je amplituda kmitů příliš slabá, nebo oscilátor přestane kmitat. Příliš malý C3 také posouvá fázi, takže laděný obvod musí pracovat na boku rezonanční křivky, aby to vyrovnal. Tím se zhoršuje frekvenční stabilita.
Je-li C3 příliš velký, zvyšuje se náchylnost obvodu k nežádoucím oscilacím na nízkém kmitočtu, když je naladěn na horní konec rozsahu.

Tlumicí odpory

Velkému nárůstu amplitudy kmitů a příp. vzniku parazitrních nf oscilací se dá částečně zabránit, když zapojíme sériově s C3 malý odpor několik stovek ohmů až několik kiloohmů. Tím se nejen zmenší zisk ve smyčce, ale odpor spolu se vstupní kapacitou tranzistoru tvoří integrační RC článek, jehož přenos s kmitočtem klesá. Odpor také omezuje špičkový proud, tekoucí do báze.
K omezení příliš velké amplitudy na horním konci pásma a ke zmenšení zkreslení také pomáhá zapojit odpor mezi kolektor tranzistru a odbočku cívky, který omezí špičkový proud v okamžiku, kdy se přebuzený tranzistor zcela otevře. Pokud potřebujeme snížit amplitudu na horním konci rozsahu, a nemůžeme použít regulaci amplitudy popsanou v dalších odstavcích, můžeme paralelně k C2 připojit sériovou kombinaci malého kondenzátoru (jednotky až desítky pF) a malého odporu (desítky až stovky ohmů). Tím se zmenší jakost obvodu hlavně na vyšších frekvencích, je to ale na úkor frekvenční stability oscilátoru. Hodnoty všech omezovacích a tlumicích odporů musíme najít pokusně.
Omezovací odpory jsem použil např. v Grid-Dip oscilátoru.

Jednoduchá regulace amplitudy tranzistorového oscilátoru diodou

Oscilátor jsem upravil tak, abych kolísání amplitudy co nejvíce omezil, zapojení vidíte na obr. 3.Meissnerův oscilátor s regulací amplitudy diodou. Jednak jsem použil jádro z materiálu H6, který má optimální vlastnosti na dolním konci středovlnného rozsahu a s rostoucí frekvencí jeho ztráty stoupají, takže Q cívky klesá. Zadruhé jsem do báze dal obvod s diodou D3, který slouží jako usměrňovač, a zavírá tranzistor při nárůstu kmitů.
Obvod jsem zapojil tak, aby nedocházelo k usměrnění o bázový přechod, ale vf napětí přicházející na bázi se usměrňuje o diodu D3. Tím, že je v emitoru tranzistoru neblokovaný odpor R3, vstup tranzistoru se  při slabém a středním signálu nechová jako usměrňovač, ale téměř jako lineární odpor Ri = β * R3 (platí pro f < fβ). Při kladné špičce teče většina proudu diodou D3, do báze tranzistoru teče jen malá část. Proto nedochází k prudkému otevírání tranzistoru v kladné špičce, ale tranzistor přenáší lineárně kladnou část sinusovky. Tím, že se kondenzátor C3 nabije, tranzistor se jen zavírá  pří záporné půlvlně. Čím je vf napětí na bázi větší, po tím větší část záporné části sinusovky je tranzistor zavřen, ale kladný vrchol se přináší pořád stejně. Diody D1 a D2 slouží jako stabilizátory napětí, odpor R2 dodává bázové předpětí tranzistoru a zároveň předpíná diodu D3, aby začala usměrňovat již při menším vf napětí. Reaktance C3 na dolním konci rozsahu je přibližně 6x menší, než je paralelní kombinace R2 a vstupního odporu tranzistoru Ri.
Vinutí L1A má asi 3x více závitů, než L2, takže na kolektoru je jen 3x větší vf napětí, než na bázi. Dioda D3 tak začne usměrňovat a zavírat tranzistor mnohem dříve, než by došlo k omezení napětí na kolektoru.
Nevýhodou tohoto zapojení je, že neblokovaný odpor R3 zmenšuje strmost tranzistoru, a proto musí být tranzistor vázán těsněji na laděný obvod (L1A a L2 musejí mít více závitů), než kdyby tam R3 nebyl (nebo byl blokován velkým kondenzátorem). Tím se trochu zhoršuje kmitočtová stabilita osciáltoru.
Přes hrubou regulaci amplitudy se během ladění amplituda směrem nahoru zvětšuje. Při přeladění přes celé střední vlny od 525 do 1600 kHz se amplituda změní cca 1,5x. Abych to omezil, zapojil jsem na výstup integrační RC článek, který zeslabuje napětí vysokých kmitočtů. Hodnoty součástek jsem zvolil tak, aby na začátku a na konci rozsahu bylo výstupní napětí stejné. Uprostřed je největší, a k oběma krajům klesá. Napětí uprostřed je cca 1,2x větší, než na kraji rozsahu.
Toto zapojení dává vf napětí s malým zkreslením, protože nedochází k přebuzení tranzisotru. V jedné půlvlně se tranzistor chová jako lineární zesilovač, a ve druhé je zavřen. RC článek na výstupu ještě více zeslabí nežádoucí vyšší harmonické složky.
Hodnoty součástek jsou optimální pro střední a dlouhé vlny. Na krátkých vlnách, kde je impedance rezonančního obvodu menší, asi budeme potřebovat větší strmost tranzistoru (kterou zmenšuje R3), tak zmenšíme odpor R3.

Zpětnovazební regulace apmlitudy

Meissnerův oscilátor se zpětnovazební regulací amplitudy.Pokusil jsem se vytvořit co nejjednodušší oscilátor s dobře stabilizovanou amplitudou, zapojení je na obr. 4. Obvod obsahuje ještě jednu pomalou, ale přesnější regulační smyčku. Vf napětí z kolektoru T2 se usměrňuje diodami D1 a D4. Když usměrněné napětí překročí hodnotu nastavenou trimrem R6, začne se více otvírat tranzistor Q2, který je v klidu jen pootevřený proudem přes R5. Jak se Q2 otevírá, snižuje předpětí báze pro tranzistor T1. Trimrem R6 se nastaví požadované výstupní napětí. Časová konstanta C7*R5 je mnohonásobně větší, než časová konstanta C3*R2, vnější regulační smyčka by měla být mnohem pomalejší, než ta vnitřní, aby byla regulace stabilní.
Obě regulace, tj. usměrnění o D3 a zde popsaná smyčka, spolupůsobí. Dosáhl jsem tak, že při přeladění z 525 na 1747 kHz se změní výstupní napětí ze 100 na 107 mV, což už se mi jeví vyhovující. Ani není potřeba korekční RC článek na výstupu, ale kdybych ho tam dal, snížím změnu napětí při ladění na velmi malou hodnotu.
Bohužel se ale tímto zapojením zvětšilo zkreslení výstupního signálu, způsobené nelineárním zatížením rezonančního obvodu usměrňovačem D1+D4. Zkreslení se nejvíce projeví na horním konci rozsahu. Zkreslení na horním koci rozsahu je při detailním pohledu vidět na osciloskopu, odhaduji ho na 5 až 7 procent. Kdyby měl být oscilátor dokonalý, usměrňovač by se musel zapojit až za oddělovací stupeň, jako to mám ve svém dílenském vf generátoru.


Zpět na obsah Jeníčkových radiotechnických stránek

Zpět na domovskou stránku Petra Jeníčka

Tato stránka byla naposledy aktualizována 8.4.2009.
Stránku vytvořil Ing. Petr Jeníček. Případné dotazy posílejte na adresu pjenicek@seznam.cz