Oscilačné sústavy, rezonančné obvody a elektronické oscilátory: Teória a prehľad

1. Vznik kmitania v oscilačnej sústave

Ideálny LC obvod (netlmené kmity):

• C sa nabije na U₀.
• Pripojením L sa C vybíja cez L.
• Energia sa presúva medzi elektrickým poľom C a magnetickým poľom L.
• Pri U_C = 0 je prúd maximálny, pri U_C = ±U₀ je prúd nulový.
• Podľa Lenzovho zákona sa C nabíja opačnou polaritou.
• Proces sa periodicky opakuje.
• Bez strát → amplitúda je stála.
• Netlmené harmonické kmity: u_C = U₀·cos(ωt), i = I₀·sin(ωt).
• Prúd oneskorený za napätím o 90°.

Reálny RLC obvod (tlmené kmity):

• Cievka má odpor R.
• Časť energie sa mení na teplo v R.
• Amplitúda postupne klesá.
• Bez dodania energie kmity zaniknú.
• Riešenie: zosilňovač → oscilátor dorovná straty.
• Rovnice: u_C = U₀·e^(−δt)·cos(ωt), i = I₀·e^(−δt)·sin(ωt).
• Prúd oneskorený za napätím o 90°.

2. Rezonančné obvody – frekvenčné filtre

Filter: obvod, ktorý zvýrazňuje alebo potláča určité frekvencie.

• DP – dolná priepust: prepúšťa frekvencie od f_min po f_max s min. útlmom, vyššie frekvencie potláča.
• HP – horná priepust: prepúšťa frekvencie od f_min po ∞ s min. útlmom, nižšie frekvencie potláča.
• PP – pásmová priepust: prepúšťa frekvencie od f_min po f_max, ostatné potláča.
• PZ – pásmová zádrž: potláča frekvencie od f_min po f_max, ostatné prepúšťa.

Rád filtra: závisí od počtu reaktančných prvkov (C, L)

• 1. rád → −20 dB/dekádu
• 2. rád → −40 dB/dekádu

3. Definícia oscilátora

• Elektronické zariadenie, ktoré bez vstupného signálu vytvára periodické kmity napätia alebo prúdu.
• Premieňa jednosmerné napätie na striedavé určitej frekvencie.
• Sínusový výstup → harmonický oscilátor.
• Iný ako sínus → generátor tvarových priebehov.

4. Zloženie oscilátora (bloková schéma)

• Zosilňovač (aktívna časť)
• Spätná väzba (pasívna časť)
• Riadiaci obvod
• Napájací zdroj
• Kladná spätná väzba

5. Fázová a amplitúdová podmienka kmitania (Barkhausen)

• Fázová podmienka: celkový fázový posun v slučke = 0° alebo 360° | signál sa vracia v rovnakej fáze.
• Amplitúdová podmienka:
  • A·β ≥ 1 → vznik kmitania (kladná spätná väzba)
  • A·β < 1 → zosilnenie bez kmitania
  • A·β < 0 → záporná spätná väzba (zoslabuje)
  • A·β = 0 → bez spätnej väzby

6. Rozdelenie oscilátorov

• Podľa tvaru signálu: harmonické (sínus) | neharmonické (iné ako sínus)
• Podľa konštrukcie: LC (Hartley, Colpitts) | RC (Wienov mostík) | kryštálom riadené | s operačným zosilňovačom
• Podľa spätnej väzby: so spätnou väzbou | bez spätnej väzby
• Podľa frekvencie: nízkofrekvenčné | strednofrekvenčné | vysokofrekvenčné
• Podľa použitia: rádiotechnika | audiotechnika | merania | prístrojové | špeciálne