Stabilitatea frecventei

Stabilitatea frecventei

Stabilitatea frecventei unui oscilator poate fi exprimata prin raportul dintre variatia relativa a frecventei si variatia relativa a elementului care provoaca aceasta variatie de frecventa:

. (83)

Practic, oscilatoarele in trei puncte LC au o stabilitate a frecventei mai buna de 10^-3. Factorii care determina instabilitatea unui oscilator sunt:

variatia temperaturii si umiditatii mediului ambiant;

variatia tensiunilor de alimentare;

variatia impedantei de sarcina a oscilatorului;

deformatiile mecanice ale pieselor si influenta cuplajelor electrice si magnetice;

variatia in timp a elementelor circuitului oscilant din cauza imbatranirii materialelor sau degradarii lor.

1 Influenta variatiei de  temperatura a mediului ambiant

Din cele prezentate in paragrafele anterioare am vazut ca frecventa de oscilatie depinde de parametrii , si ai circuitului oscilant. La modificarea temperaturii, rezistivitatea conductorului din care este confectionata bobina se modifica, ceea ce influenteaza efectul pelicular si de proximitate, conducand la modificarea inductantei si rezistentei de pierderi a acesteia. Deoarece efectul pelicular si de proximitate depind de frecventa, rezulta ca si coeficientul de temperatura al inductantei depinde de frecventa.

Variatiile de temperatura modifica si dimensiunile geometrice ale bobinei, producand variatii suplimentare ale inductantei. Cand infasurarea este bobinata pe o carcasa, aceasta din urma limiteaza variatia dimensiunilor (suport pe calit-ceramica).

Pentru bobinele cu miez din material magnetic coeficientul de temperatura al inductantei depinde in principal de coeficientul de temperatura al permeabilitatii magnetice efective μ_ef.

Daca o variatie de temperatura de la la determina o variatie de la la , coeficientul de temperatura al inductantei se defineste ca:

[ sau ], (84)

unde: ppm=parts per million, iar este pozitiv, cu valori in intervalul

In cazul unui condensator, variatia temperaturii provoaca modificarea capacitatii prin modificarea constantei dielectrice a materialului izolant si a dimensiunilor geometrice. Coeficientul de temperatura al unui condensator se defineste ca:

[ sau ]. (85)

In functie de materialul dielectric utilizat poate fi pozitiv sau negativ:

condensatoare cu mica argintata: ,

condensatoare ceramice: ,

condensatoare ceramice cu ticond: ,

condensatoare ceramice cu condensa N: ,

condensatoare ceramice cu condensa F sau C: ,

condensatoare cu polistiren (styroflex) .

Deoarece frecventa de oscilatie este o functie de valorile inductantei si capacitatii din circuitul oscilant, rezulta ca:

. (86)

Dar, atat L cat si C depind de temperatura, astfel incat:

. (87)

Avand in vedere ca pentru un circuit oscilant paralel:

, (88)

rezulta:

; (89)

respectiv:

, (90)

astfel incat coeficientul de temperatura al frecventei, , va fi:

. (91)

Din analiza acestei relatii rezulta posibilitatea anularii influentei variatiilor de temperatura asupra frecevntei de oscilatie in conditiile in care:

.

Pentru a satisface aceasta egalitate putem folosi condensatori cu coeficienti de temperatura diferiti, conectati in serie sau paralel, astfel incat sa obtinem in final valoarea dorita a coeficientului de temperatura, stiind ca:

. (93)

Astfel, la conectarea in serie sau in paralel a doi condensatori si , capacitatea echivalenta va avea valoarea:

, respectiv ,

iar coeficientul de temperatura echivalent va fi:

. (95)

Rezulta ca, folosind un condensator cu pozitiv si altul cu negativ se poate obtine o compensare termica a circuitului circuitului oscilant.

Studiu de caz. Sa se compenseze termic oscilatorul Hartley din fig. 16, folosind doua condensatoare conectate in paralel, ca in figura 20, stiind ca , C1 este un condensator ceramic cu , iar C2 un condensator styroflex cu .

Analizand datele initiale rezulta ca valoarea coeficientul de temperatura echivalent trebuie sa fie , iar .

Fig.20 Compensarea termica aunui circuit oscilant

In aceste conditii rezulta urmatorul sistem de ecuatii:

de unde rezulta: sau .

2 Influenta variatiei tensiunii de alimentare

Pe langa temperatura, tensiunea de alimentare exercita o influenta considerabila asupra stabilitatii performantelor oscilatorului datorita modificarii parametrilor interni ai elementului activ. Am vazut ca admitantele ce caracterizeaza parametrii interni ai EA se reflecta, in mod direct sau prin intermediul prizei, pe circuitul oscilant. Partile active vor determina pierderi suplimentare si, implicit, micsorarea factorului de calitate echivalent, iar cele reactive, de regula capacitati, vor determina modificarea capacitatii echivalente si, implicit modificarea frecventei de oscilatie. Rezulta, ca o prima masura, necesitatea stabilizarii tensiunii de alimentare a oscilatorului.

Pentru a reduce influenta parametrilor elementului activ asupra frecventei de oscilatie se recomanda, de asemenea:

utilizarea unor bobine cu factor de calitate ridicat;

folosirea unui raport C/L cat mai mare posibil;

realizarea unui cuplaj slab intre elementul activ si circuitul oscilant, in limitele permise de conditia de amorsare a oscilatiilor;

conectarea unor reactante inductive in serie cu baza sau colectorul tranzistorului.

Dar punctul static de functionare a unui tranzistor, indeosebi in cazul tranzistorului bipolar, depinde de temperatura mediului ambiant. De aici rezulta necesitatea compensarii termice a tensiunii de polarizare (cu termistor sau dioda) sau chiar mentinerea unei temperaturi constante a mediului ambiant, prin termostatarea oscilatorului.

3 Influenta altor factori destabilizatori

Variatia impedantei de sarcina a oscilatorului poate influenta asupra paerformantelor acestuia, avand in vedere ca ea se reflecta pe circuitul oscilant. Pentru a reduce aceasta influenta se recomanda folosirea unui cuplaj slab cu sarcina sau introducerea unui etaj separator intre oscilator si sarcina.

Deformatiile mecanice ale pieselor, provocate de vibratii sau socuri mecanice, pot determina aparitia unei modulatii parazite de frecventa. Pentru a reduce aceasta influenta se recomanda o buna fixare a elementelor pe sasiu, evitarea utilizarii unor condensatoare variabile cu aer si realizarea unor conexiuni conexiuni cat mai scurte etc.

Influenta cuplajelor parazite cu alte etaje se poate reduce prin ecranarea oscilatorului si prin folosirea filtrelor pe circuitele de alimentare in curent continuu.