Princip přelaďování oscilátorů

Výstupní frekvenci oscilátorů můžeme měnit několika způsoby:

  • přepínáním - skoková změna frekvence mezi několika hodnotami, např. přepínání mezi kanály na vysílačce,

  • přeladěním - plynulá změna frekvence,

  • doladěním - malá změna frekvence např. pro doladění na přesnou frekvenci při výrobě nebo provozu.

Frekvenci kmitů oscilátoru většinou určuje pasivní obvod v kladné zpětné vazbě a proto je potřeba zajistit změnu vlastností některé ze součástek tohoto obvodu. Oscilátory řízené krystalem nelze přelaďovat. Je možné je pouze doladit.

Přepínání lze realizovat přepínáním několika součástek s různými hodnotami.

Plynulé přeladění (doladění) se zajistí součástkami s plynulou změnou hodnoty:

Přelaďování nf (RC) oscilátorů

V případě RC oscilátorů lze teoreticky měnit hodnotu R nebo C. Prakticky zůstává možnost měnit hodnotu R, protože ladicí kondenzátory mají malé hodnoty kapacit (protože jsou vzduchové) a jsou vhodné pouze pro obvody vf.

Pokud bylo potřeba přeladění přes velký rozsah frekvencí tak se používala kombinace přepínání rozsahů přepínáním kondenzátorů a plynulé ladění v rámci rozsahu potenciometrem.

V RC obvodech je třeba měnit dvě a více součástek současně a proto je potřeba pro přepínání kondenzátorů použít dvojitý spřažený přepínač a tandemový potenciometr.

Wienův článek pro nf (RC) oscilátor přeladitelný přes několik pásem
Figure 1. Wienův článek pro nf (RC) oscilátor přeladitelný přes několik pásem

Přelaďování vf (LC) oscilátorů

V tomto případě lze teoreticky měnit hodnotu L nebo C. V praxi se změna L kvůli obtížné technické realizaci používala méně.

Velice často se používal systém přepínání rozsahů přepínáním cívek (nebo odboček na cívkách) a plynulé ladění v rámci rozsahu pomocí ladicího kondenzátoru.

Paralelní rezonanční obvod pro oscilátor přeladitelný přes několik pásem
Figure 2. Paralelní rezonanční obvod pro oscilátor přeladitelný přes několik pásem

Napětím řízený oscilátor (VCO - Voltage Controlled Oscillator)

Velice zajímavou kategorií jsou oscilátory, jejichž přeladění lze řídit napětím. K tomu je možné využít kapacitní diodu (varikap).

Kapacitní dioda funguje na principu závěrně polarizovaného PN přechodu, kdy je jeho okolí vyprázdněné od nábojů a chová se jako kondenzátor. Šířka vyprázdněné oblasti závisí na velikosti závěrného napětí: čím větší závěrné napětí tím je šířka větší a tím pádem menší kapacita: \$C=epsilon_0 epsilon_r S/d\$.

Závislost kapacity kapacitní diody na napětí
Figure 3. Závislost kapacity kapacitní diody na napětí

Pokud se napětím blížíme k nule klesá Q. Kapacitní dioda nahrazuje v rezonančním obvodu kondenzátor a používám se v závěrném směru.

Paralelní rezonanční obvod přelaďovaný pomocí kapacitní diody
Figure 4. Paralelní rezonanční obvod přelaďovaný pomocí kapacitní diody

Oscilátory jejichž frekvenci lze řídit napětí mají velmi široké použití. Jejich nevýhodou je nízká stabilita, která je dána nízkou stabilitou vlastností kapacitní diody.

Problémy při přelaďování oscilátorů

Při přelaďování oscilátorů se můžeme setkat s problémem, že se mění přenos zpětné vazby. Výsledkem pak může být kolísání velikosti amplitudy výstupního napětí nebo problémy se stabilitou. Z těchto důvodů vznikala postupně celá řada různých typů oscilátorů a jejich modifikací.

Odborníkem světového významu na poli LC oscilátorů byl Čech Jiří Vačkář. Věnoval se především problematice dosažení vysoké kmitočtové stability LC oscilátorů při značném přelaďování.

Co s krystalovými oscilátory?

V současné době se oscilátory, jejichž frekvence se řídí součástkami RC a LC, nepoužívají kvůli nedostatečným parametrům (nízká stabilita) a jsou nahrazovány oscilátory, jejichž frekvence se řídí krystalem. Vlastnosti krystalového výbrusu nelze měnit. Krystalový oscilátor slouží v zařízení jako zdroj přesné frekvence a další potřebné frekvence se vyrábějí pomocí násobení a dělení.