Armstrongov oscilator

Armstrongov oscilator ili Majsnerov oscilator je nazvan je po Edvinu H. Armstrongu, koji ga je konstruisao.^[1][2] Koristi se kao lokalni oscilator u prijemnicima, kao izvor u signalnim generatorima i kao RF oscilator u rangu srednjih i visokih frekvencija. Spada u grupu oscilatora koji daju sinusoidalan signal.

Tipovi oscilatora

Postoje dvije grupe oscilatora: sinusoidalni i relaksacioni.^[3] Prvi se sastoje od RC ili LC kola kod kojih frekvencija oscilovanja može da se podešava, ili se sastoje od kristala koji imaju fiksnu frekvenciju oscilovanja. Relaksacioni generišu trougaoni, eksponencijalni signal ili četvrtke. Karakteristike Armstrongovog oscilatora su:

• koristi LC kolo da bi postigao frekvenciju oscilovanja
• frekvencija je stabilna
• amplituda je relativno konstantna

LC oscilator

Ovaj oscilator spada u grupu LC oscilatora koji imaju frekvenciju oscilovanja: ${\displaystyle f={\frac {1}{2\pi {\sqrt {LC}}}}}$

LC oscilatori se rijetko korise za veoma niske frekvencije, jer tada bi kondenzatori i kalemovi bili veliki i teški za izradu. Ako je dato paralelno LC kolo kao na slici, pogledajmo šta se dešava sa naponom i strujom kroz kalem i kondenzator:

LC oscilator

Za q=q0 struja u kolu je jednaka nuli i energija je skoncentrisana u električnom polju kondenzatora. Sa porastom struje, kondenzator se prazni i kada struja dostigne maksimalnu vrijednost, sva energija je u magnetnom polju kalema. Za vrijeme negativne poluperiode, kada struja opada, kondenzator se puni: elektroda koja je u prvom slučaju bila naelektrisana pozitivno, sada se negativno naelektriše i obratno. Energija je u polju kondenzatora. Kada struja dostigne nulu, kondenzator se napunio, struja opada do –i(max) kada je kondenzator prazan a energija u magnetnom polju kalema.

Komponente koje su potrebne da bi se napravio Armstrongov oscilator prikazane su na sledećim slikama.

Pojačavač

Pojačavač

Slika pokazuje konvencionalni pojačavač. Ovo je stepen sa zajedničkim emitorom i omogućava fazni pomak od 180 stepeni između baze i kolektora.

Kolo za determinisanje frekvencije

Kolo za determinisanje frekvencije

1 je promjenjivi kondenzator i služi za podešavanje rezonantne frekvencije na željenu vrijednost.

Kolo povratne sprege

Povratna sprega

Kolo predstavlja negativnu povratnu spregu i koristi 1 kao primar i 2 kao sekundar transformatora da bi se omogućio pomak od 180 stepeni. Promjenjivi otpornik se koristi za kontrolisanje struje koja prođe kroz 1. Kada je podešen na maksimalnu vrijednost, većina struje protiče kroz L1. Transformator tada prikuplja maksimum signala, što se odražava na smanjenje amplitude u kolu .

Kada otpornik podesimo na najmanju vrijednost, amplituda raste. 1 se obično bira tako da kroz 1 protiče struja koja je u stanju da pretrpi oscilacije dijela kola sa 2 i 1. Kompletna šema ocsilatora izgleda ovako:

Kompletna sema Armstrongovog oscilatora

Vezanjem kola sprege preko kondenzatora 2 za bazu 1, zatvara se petlja povratne sprege (označeno strelicama). Recimo da smo doveli pozitivan signal na bazu tranzistora 1. Ova struja prolazi kroz 1 i 1 i izaziva da napon na 1 poraste. Napon je doveden na 2 i invertovan. Ovim je omogućeno da je napon na 2 i 1 pozitivan i u fazi sa naponom baze. Pozitivni signal sada se vodi preko 2 do baze tranzistora 1. Kad se dovede u kolo, mala bazna struja prođe kroz otpornik 2 i transistor provede. Ovo dalje tjera kolektorsku struju da potekne od mase kroz 1, 1 i 1 do +. Struja kroz 1 stvara magnetno polje a ono indukuje napon na gomila pozitivan signal na bazu tranzistora pa 1 teže provodi. Što transistor teže provodi to veća struja ide kroz 1 a na 2 se indukuje veći napon i veći pozitivni signal se vraće na bazu 1. Tokom ovoga, kolo koje determiniše frekvenciju sakuplja sve više energije a 1 se puni do napona indukovanog na 2.

Tranzistor će ovako da radi dok ne postigne zasićenje. Kad do zasićenja dođe, kolektorska struja postiže najveću vrijednost i ne može dalje da raste. Sa stabilnom strujom kroz 1 nema promjena magnetnog polja a time ni napona da se indukuje na sekundaru. 1 se sada ponaša kao naponski generator i prazni se. Kako napon na 1 opada njegova energija se pretvara u magnetno polje 2.

Šta se dešava sa 2? Napon na 2 je dostigao skoro istu vrijednost kao na 1. Ako se 1 prazni, prazni se i 2. 2 će se prazniti kroz 2. Ako se C2 prazni, kolektorska struja počinje da opada. Smanjenje ove struje utiče da magnetno polje od 1 kolabira, što indukuje negativan napon na sekundaru i čini bazu negativnijom. Ovo se nastavlja dok 1 ne ode u zasićenje (negativno). Kada je 1 u zasićenju kolo sa 2 osciluje. Efekat oscilovanja proizvodi sinusoidalan talas i drzi 1 u zasićenju. Da nema povratne sprege, oscilacije 2 i 1 bi se zaustavile već poslije nekoliko ciklusa. Kako napon naspram 1 dostgne najmanju vrijednost, 1 počinje da se prazni prema 0 volti, napon na bazi postaje pozitivan i omogućava da poteče struja kolektora. Ova struja stvara magnetno polje u 1 i 1 ide prema zasićenju.

Odnos napona i struje kroz kolektor

Gornja slika pokazuje odnos napona i struje kroz kolektor. Kolektorska struja teče samo u kratkim trenucima tokom svakom ciklusa.

Suština funkcionisanja oscilatora je ova: energija koja se dovede tranzistoru prenosi se do kola sa transformatorom i izaziva njegovo oscilovanje. U toku svakog ciklusa tranzistor kratko provede i vraća transformatorskom kolu dovoljno energije da amplitude odrzi konstantnom.

Armstrongov oscilator

Šema pokazuje Armstrongov oscillator kakav se najčešće srijeće. 3 je dodat da bi poboljšao temperaturnu stabilnost, 2 je RF transformator koji redukuje neželjenu reflektovanu impendansu od napajanja ka oscilatoru.