Oscilátor je zařízení které vytváří periodicky se opakující signál.
Pro nižší kmitočty do jednotek MHz se používají RC oscilátory, pro vyšší oscilátory LC.
Aby oscilátor fungoval, musí být splněny dvě podmínky pro vznik oscilací (kmitání):
- amplitudová podmínka oscilací – zesilovač musí kompenzovat ztráty ve zpětnovazebním článku a výsledné zesílení je rovno 1
- fázová podmínka oscilací – výstupní signál ze zesilovače musí být ve fázi se vstupním signálem
Z výstupu zesilovače je zavedena zpětná vazba je tvořena třemi RC články. Každý z nich posouvá fázi o 60°, celkově tedy 180° (při frekvenci fr). Zpětnovazební signál je odbírán z kolektoru tranzistoru s fázovým také posunem 180°. Celkem tedy 360°. Tím je splněna fázová podmínka (360° = 0°). Napěťové zesílení zesilovače Au musí jen vyrovnat ztráty v RC článku β tak, aby celkové zesílení bylo 1.
Frekvence, na které oscilátor kmitá se vypočítá ze vztahu:
fr – výstupní frekvence oscilátoru
R – odpor (rezistance) v základní jednotce Ω
C – kapacita (kapacitance) v základní jednotce F
N – počet RC článků (v příkladu 3)
Předpokladem je, že R=R1=R2=R3 a C=C1=C2=C3.
Příklad:
Při hodnotách R = 30 kΩ a C = 3,3 nF je vypočtená hodnota výstupní frekvence oscilátoru 656,31 kHz. Ve skutečnosti je však frekvence ovlivněna vstupní i výstupní impedancí zesilovače, takže je vyšší než vypočtená.
V praxi je největším problémem nastavit správnou velikost zesílení. K tomu se zejména u přelaďovaných oscilátorů používá nelineárních prvků (žárovka, termistor, LED, apod.) zařazených v obvodu zpětné vazby.
Nízkofrekvenční RC oscilátor
Popis funkce
Jedná se o téměř klasické zapojení. Za zmínku stojí způsob zapojení záporné zpětné vazby z emitoru tranzistoru T1, dolní propusti složené z R8 a C5 omezující vyšší harmonické a tím i nelineární zkreslení a emitorového sledovače s tranzistorem T2, který zajistí minimální ovlivňování oscilátoru připojenou zátěží.
Tranzistor T1 pracuje jako zesilovač napětí s kmitočtově závislou zpětnou vazbou složenou z rezistorů R1 až R3 a kondenzátorů C1 až C3. Musí mít dostatečné zesílení (h21E). Pokud se oscilátor nerozkmitá, použijte T1 s vyšším zesílením, např. BC548C. V zesilovači je také záporná zpětná vazba v emitoru T1. R6 stabilizuje pracovní bod tranzistoru a R7 s C4 tvoří zápornou zpětnou vazbu pro střídavé napětí. Z kolektorového rezistoru R5 je přes dolní propust (R8 a C5) signál přiveden na bázi tranzistoru T2, v zapojení se společným kolektorem (emitorový sledovač), který zajistí velkou vstupní a malou výstupní impedanci.
Na výstupu oscilátoru je střídavé napětí se sinusovým průběhem.
Simulace v programu Multisim
Schema zapojení
Rozpiska součástek
| položka | označení | název | typ | hodnota | kusů |
| 1 | R1, R2, R2 | Rezistor | RM 30K | 30 kΩ | 3 |
| 2 | R4 | Rezistor | RM 180K | 180 kΩ | 1 |
| 3 | R5 | Rezistor | RM 4K7 | 4,7 kΩ | 1 |
| 4 | R6, R10 | Rezistor | RM 470R | 470 Ω | 2 |
| 5 | R7 | Rezistor | RM 100R | 100 Ω | 1 |
| 6 | R8 | Rezistor | RM 15K | 15 kΩ | 1 |
| 7 | R9 | Rezistor | RM 100K | 100 kΩ | 1 |
| 8 | C1, C2, C3 | Kondenzátor foliový | CF2-3N3/J | 3,3 nF | 3 |
| 9 | C4 | Kondenzátor elektrolytický | CE 1u/100V | 1 μF | 1 |
| 10 | C5 | Kondenzátor foliový | CF2-22N/J 100V | 22 nF | 1 |
| 11 | C6, C7, C8, C9 | Kondenzátor keramický | CK 100n/50V | 100 nF | 4 |
| 12 | T1, T2 | Tranzistor bipolární NPN | BC548B | 2 | |
| 13 | IC1 | Stabilizátor napětí | 78L09 | 1 |
Deska plošného spoje
Použití
RC oscilátor je vhodný pro kontrolu, nastavení a měření nízkofrekvenčních zesilovačů. Výhodou je jednoduché zapojení s minimálním počtem součástek. Napájecí napětí musí být stabilní. Pro stabilizaci postačí integrovaný obvod LM78L09.
Úpravy
Rezistor R10 lze nahradit potenciometrem, kterým je možné nastavit velikost výstupního napětí. Pro zkoušení zesilovačů s velkou citlivostí, například předzesilovač pro mikrofon, je vhodné doplnit výstup přepínatelným děličem napětí, který sníží výstupní napětí.
