User:Dan-nie

oscillatoren

Waarom oscilleert een Oscillator?

Een oscillator bestaat uit een versterker waarvan een deel van het uitgangssignaal opnieuw aan de ingang wordt geïnjecteerd. Men kan met reden opmerken dat we dit al deden om het gedrag van een versterker stabieler te maken, de bandbreedte van de versterker te vergroten. Dit is zeker waar maar hier doen we het terugvoeren van dat deel van de uitgang op een bepaalde manier: Als de stroom maal de weerstand groter is dan 1, dan wordt de stroom maal de weerstand gelijk aan 1 en uiteindelijk kleiner dan 1.

Dat terugkoppelen of tegenkoppelen daar zit het hem. Voldoende groot maar rekening houden met de fase en dus aangepast. Als optreden wordt de schakeling nogal wispelturig.

Soorten Oscillatoren

De uitgangs frequentie van een oscillator kan laag-frequent zijn (toongenerators) 20 Hz tot 30 kHz Of hoog-frequent (alles boven de 30 kHz)

Er zijn verschillende soorten oscilatoren, te weten:

• Wienbrug
• Phase-shift / Faseverschuiving
• Blok / Driehoek:

--relaxatie oscillator (blok / smitt-trigger) --blok / driehoek (integrator / smitt-trigger)

• Driepunts oscilatoren (Hartley / Collpitts / Pierce / Clapp)

De wienbrug oscillator Deze schakeling bestaat uit een spannings deler bestaande uit een RC paralel-kring en een RC serie-kring. Slechts voor 1 frequentie zal het uitgangssignaal van deze deler in fase zijn met het ingangssignaal. Dit signaal dient vervolgens versterkt te worden en teruggekoppeld.

Phase-shift- of faseverschuiving oscillator Deze oscillator heeft een fase verschuiving van 180° en een terugkoppel netwerk dat slechts voor één frquentie een fasedraaiing van 180° heeft. Het signaal wordt verzwakt en moet dus door de versterker versterkt worden, waardoor de rondgaande versterking één wordt. Het terugkoppel netwerk = fasedraaiend netwerk dat bestaat uit RC-combinaties. Een RC-combinatie geeft altijd minder dan 90° fasedraaiing.

Blokspannings oscillatoren Blokspannings oscillatoren gebruiken we condensatoren die op- en ontladen worden. Dit op- en ontladen kan op twee manieren: a) met een constante stroom => lineaire toename van Uc b) met een spanningsbron => de spanning Uc neemt volgens een e-macht toe.

Driepunts oscillatoren

Schema schema Het principe van het schema

De DC-situatie is niet getekend (reactantie kan inductief of capacitief). We kunnen de schakeling zien als een versterker met terugkoppeling. De versterker wordt belast met Z2 // (Z1 + Z). We gaan er hier vanuit dat hie groot is, en de terugkoppeling bestaat uit Z1 / Z1 + Z.

De uitgangsspanning wordt teruggekoppeld via Z en Z1 (spanningsdeler). De rondgaande versterking moet één zijn. Voor Z, Z1 en Z2 gebruiken we reactieve componenten (C of L). Zo geldt er voor de schakeling die wij hebben gemaakt dat Z1 een condensator is, Z2 ook een condensator en Z een kristal.

De opbouw van de oscillator

De kathodestraalbuis (CRT)

De kathodestraalbuis (Cathode Ray Tube – CRT), zoals weergegeven in figuur 1, is het scherm van de oscilloscoop. Ze heeft als functie een lichtdot te visualiseren op een afstand tot het centrum van het scherm evenredig met de spanningen Ux (horizontale afstand) en Uy (verticale afstand). Hiertoe genereert men in de CRT een elektronenbundel die normaal het scherm in het centrum treft. Deze elektronenbundel ondergaat een afbuiging onder invloed van elektrostatische velden opgewekt tussen evenwijdige afbuigplaten waaraan de ingangsspanningen worden aangelegd (een horizontale afwijking onder invloed van Ux, een verticale onder invloed van Uy). Waar de elektronenstraal het met fosfor bedekte scherm treft ontstaat een lichtspot.

De cilindervormige kathode welke door een gloeidraad indirect verhit wordt, genereert de elektronenbundel. De verhitting veroorzaakt thermische emissie van elektronen zodat er zich rond de kathode een wolk van elektronen vormt. De kathode wordt op negatieve potentiaal gebracht ten opzichte van de anode.

De wehnelt cilinder

Een cilindrische bus die de kathode omringt (de Wehnelt) heeft een regelbare negatieve potentiaal ten opzichte van de kathode. In de Wehnelt is aan de voorkant een opening gemaakt waardoor elektronen, aangetrokken door de positieve potentiaal van de anode, kunnen ontsnappen. Naarmate de Wehnelt negatiever wordt, verkleind de elektronenwolk rond de kathode en zullen minder elektronen ontsnappen naar de anode toe. Door de potentiaal van de Wehnelt in te stellen kunnen we dus het debiet aan ontsnappende elektronen regelen.

De elektronenbundel die de Wehnelt verlaat is divergent en wordt daarom door een elektromagnetische lens gestuurd. Deze lens bestaat uit drie cilinders waarvan er twee op een positieve en één op een negatieve spanning staan (ten opzichte van de potentiaal van de kathode). De lenswerking ontstaat door de negatieve potentiaal. Naarmate een elektron verder van de as van de cilinder afwijkt ondervindt het een sterkere afstoting kracht naar het centrum toe. De cilinders dienen als anode en staan op 5 à 10 kV ten opzichte van de kathode. Ze versnellen de elektronen die uit de Wehnelt ontsnappen. De negatieve spanning op de positieve cilinder bepaalt het convergentiepunt van de lens. Instelling van deze spanning laat toe de focussering van de elektronenbundel bij regelen. Aan de uitgang van de elektromagnetische lens krijgen we dus een hoog energetische, convergerende elektronenbundel, regelbaar in debiet en focussering. Deze bundel dienen we nu te laten afbuigen evenredig met de twee spanningen Ux (~horizontale afbuiging) en Uy (~verticale afbuiging).

De afbuig platen

Het afbuigsysteem bestaat uit twee paar evenwijdige platen, respectievelijk verticaal en horizontaal opgesteld. De afbuiging van de elektronenbundel ontstaat door het aanleggen van een elektrische spanning over deze platen: de horizontaal opgestelde platen (spanning Uy) zorgen voor een verticale afwijking van de elektronenbundel, de verticaal opgestelde platen voor een horizontale afwijking. Daar de afwijkingen niet recht evenredig zijn met de aangelegde spanningen, worden er aan de kathodestraalbuis twee speciale versterkers toegevoegd, die deze niet-lineariteit compenseren. Zo ontstaat uiteindelijk een afwijking van de elektronenbundel die evenredig is met de aan de ingang van deze versterkers aangelegde spanningen.

Het scherm

Het scherm zelf tenslotte is bedekt met een luminescerende stof die oplicht onder invloed van het elektronenbombardement. De focussering wordt dusdanig afgeregeld dat de elektronenbundel het smalst is waar hij het scherm treft. De hoeveelheid uitgestraald licht is afhankelijk van het debiet aan elektronen dat het scherm treft, en van de energie-inhoud (de snelheid) van de elektronen. Bij een te groot elektronendebiet krijgt men echter een wazige dot op het scherm: door de random snelheidsverdeling van de elektronen bij het verlaten van de Wehnelt werkt de elektromagnetische lens niet perfect zodat we in plaats van een convergentiepunt een convergentiebol krijgen, die groter is naarmate het elektronendebiet hoger is. Om een scherp en helder beeld te bekomen moeten er dus weinig elektronen zijn met een grote energie-inhoud. Daarvoor dienen de naversnellings anodes in de hals van de CRT. Deze worden ofwel verbonden met de meest positieve anode van de elektromagnetische lens, ofwel op een nog hogere potentiaal gebracht (tot 20 kV)