6.4 Μη συντονιζόμενοι ταλαντωτές
Η πραγματοποίηση ενός ταλαντωτή δεν προϋποθέτει απαραίτητα τη χρήση ενός συντονιζόμενου κυκλώματος με L και C στο δικτύωμα ανασυζευξης. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και οποιοδήποτε άλλο δικτύωμα, που να περιέχει μόνο συνδυασμό στοιχείων R και C, άρα μη συντονιζόμενο, αρκεί τα στοιχεία του να ικανοποιούν τις απαιτήσεις ανασυζευξης και μεταβολής φάσης των κριτηρίων Barkhausen, Εξ.(6.2.6) και Εξ.(6.2.7).
Αυτοί οι μη-συντονιζόμενοι ταλαντωτές, με δικτύωμα RC, θα εξεταστούν στις παραγράφους που ακολουθουν.
Οι μη-συντονιζόμενοι ταλαντωτές που χρησιμοποιούν δικτύωμα RC για δικτύωμα ανασυζευξης είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι στις χαμηλές συχνότητες και στα ολοκληρωμένα κυκλώματα όπου δεν μπορουν ή δε συμφέρει να χρησιμοποιηθουν πηνία.
Χαρακτηριστικοί εκπρόσωποι αυτής της κατηγορίας των ταλαντωτών είναι ο ταλαντωτής μετάθεσης φάσης, ο ταλαντωτής γέφυρας Wien και ο ταλαντωτής με διπλό Τ.
6-4.1 Ταλαντωτής Μετάθεσης Φάσης
Το Σχ.6.12 δείχνει έναν από τους τυπους του ταλαντωτή μετάθεσης φάσης με ΤΕ. Όπως παρατηρούμε, αυτός αποτελείται από έναν ΤΕ για βαθμίδα ενίσχυσης και ένα δικτύωμα ανασυζευξης που συγκροτείται από τρία στοιχεία RC σε σειρά. Το δικτύωμα ανασυζευξης παρέχει όλη την απαιτούμενη ανασυζευξη τάσης από την έξοδο προς την είσοδο του ενισχυτή. O ΤΕ χρησιμοποιείται σε συνδεσμολογία με αναστρέφοντα ενισχυτή επομένως, στην έξοδο του το σήμα εισοδου εμφανίζεται ενισχυμένο και με διαφορά φάσης 180°. Η επιπλέον διαφορά φάσης των 180° που απαιτείται, κατά το 2ο κριτήριο Barkhausen, για να έχουμε ταλάντωση, πρέπει να παρέχεται από το δικτύωμα ανάδρασης. Μόνο τότε, η ολική φάση βρόχου θα είναι 360° < 0°. Το κυκλωμα θα ταλαντώνεται σε μια καθορισμένη συχνότητα f0 όπου η μεταβολή φάσης μέσω του δικτυώματος είναι ακριβώς 180° και η ενίσχυση του ενισχυτή Λν είναι αρκετά μεγάλη, ώστε να ικανοποιείται το κριτήριο Barkhausen και το κυκλωμα να ταλαντώνεται.
Ενισχυτής
Σχήμα 6.12. Ταλαντωτής μετάθεσης φάσης με ΤΕ
Με βάση τα κριτήρια Barkhausen αποδεικνυεται ότι η συχνότητα ταλάντωσης του ταλαντωτή μετάθεσης φάσης δίνεται από την εξίσωση:
η αντίστοιχη ενίσχυση στη συχνότητα αυτή, πρέπει να είναι:
άρα το δικτυωμα RC υποβιβάζει το σήμα -29 φορές. (Το μείον δείχνει ότι στη συχνότητα συντονισμού το δικτύωμα δημιουργεί διαφορά φάσης ακριβώς 180°).
Συνεπώς,
Για να υπολογίσουμε αυτόν τον ταλαντωτή, ξεκινάμε διαλέγοντας πρώτα μια κατάλληλη τιμή του C και μετά υπολογίζουμε την R.
Παράδειγμα 6-7
Θα υπολογίσουμε ταλαντωτή μετάθεσης φάσης με συχνότητα ταλάντωσης 500 Hz.
χρησιμοποιουμε τη σειρά των αντιστάσεων Ε12 και στην πράξη θα πάρουμε R =1.5 kΩ.
Για να μη φορτώνουμε τον ενισχυτή λόγω του δικτυώματος, διαλέγουμε R1 > 10R. Επομένως, οριακά, R1 = 10 R = 15 kΩ
Με βάση την Εξ.(6.4.3), η αντίσταση ανασύζευξης του ΤΕ θα είναι.
R2 > 29 χ R1 = 29 χ 15 kΩ = 435 kΩ
Στην πράξη χρησιμοποιουμε R2 = 1 MΩ (ποτενσιόμετρο).
Διαλέγουμε τον 741 για χαμηλές συχνότητες ή τον LM318 ή τον LF351 για υψηλές συχνότητες, επειδή έχουν μεγαλύτερο SR.
Το Σχ.6.13 δείχνει τον ταλαντωτή μετάθεσης φάσης με BJT. Το τρανζίστορ είναι συνδεσμολογημένο με κοινό εκπομπό (CE), πράγμα που σημαίνει ότι δημιουργεί διαφορά φάσης 180° μεταξυ εισόδου του και εξόδου του και 180° που δημιουργεί το δικτυωμα ανασύζευξης έχουμε 360° (η 0°), που απαιτεί το 2ο κριτήριο Barkhausen.
O παράλληλος συνδυασμός των R1 και R2 δίνει μια αρκετά μεγάλη ισοδύναμη αντίσταση R=12k//47k ~= 10 kΩ. Έτσι, ο ενισχυτής χρησιμοποιεί ζεύγος Darligton, ώστε να μπορούμε να αγνοήσουμε τη μεγάλη αντίσταση εισόδου του. Η αντίσταση R3 (100 Ω) χρησιμοποιείται για να καταπνίγει ανεπιθύμητες ταλαντώσεις στις υψηλές συχνότητες. Ως προς το τυπολόγιο, ο τυπος της συχνότητας ταλάντωσης f0 είναι ίδιος με αυτόν που ισχυει και για την περίπτωση του ΤΕ, Εξ.(6.4.1). Ο τυπος, όμως, του κατωφλιου ενίσχυσης, Εξ.(6.4.2), ισχύει μόνο αν αντικαταστήσουμε το λόγο R2 / R1 με την έκφραση της A ό για ενισχυτή με
τρανζίστορ, Εξ.(6.3.19)
Παράδειγμα 6-8
Να βρεθεί η συχνότητα ταλάντωσης του πιο πάνω ταλαντωτή, καθώς και αν έχουμε συντήρηση των ταλαντώσεων. Δίνεται hfe=200 και hie=1 kΩ.
Αρα, η |Αν| που είναι πολύ μεγαλύτερη από 29 και συνεπώς ικανοποιείται άνετα η Εξ.(6.4.2).
Επομένως έχουμε συντήρηση των ταλαντώσεων.