Úvod
Oscilátory tvoří samostatnou skupinu elektrických obvodů, které nezpracovávají žádný vstupní signál. Naopak jsou samy zdrojem – generátorem střídavého elektrického signálu pro další obvody. Oscilátory jsou označovány za autonomní obvody, tzn. obvody, které vytvářejí signál bez vnějšího buzení. Používají se ve všech odvětvích elektrotechniky. Jejich základem je zesilovač s vhodně vytvořenou zpětnou vazbou.
Oscilátory se dělí podle časového průběhu generovaného napětí:
· Oscilátory harmonických kmitů
· Oscilátory obdélníkových kmitů
· Oscilátory trojúhelníkových kmitů
· Oscilátory kmitů jiného tvaru
Oscilátory harmonické – vytvářejí vysokofrekvenční napětí sinusového průběhu s přesně určenou a stálou frekvencí.
Oscilátory neharmonické – vytvářejí signály nesinusového průběhu, jejichž časový průběh je periodický.
Stabilita kmitočtu generovaného napětí:
· Tato důležitá vlastnost oscilátoru je číselně určena absolutní hodnotou podílu změny kmitočtu, ke kterém došlo během určitého časového intervalu a za definovaných provozních podmínek a stabilního kmitočtu.
(1)
Laditelnost:
Je možnost záměrné změny kmitočtu oscilátoru. Podle tohoto hlediska se rozdělují oscilátory na:
· Oscilátory s pevným kmitočtem
· Oscilátory s proměnným kmitočtem
Rozsah kmitočtů, ve kterém lze v daném oscilátoru uskutečnit ladění, se nazývá přeladitelnost.
Opakovací kmitočet (f0) a doba periody (T):
Platí zde vztah:
(2)
Každý harmonický (sinusový) oscilátor se skládá ze dvou základních částí:
· Zesilovač – je realizován aktivním čtyřpólem, z jehož výstupu je přes obvod zpětné vazby přivedeno budící napětí na jeho vstup.
· Řídící obvod – je realizován pasivním čtyřpólem, podle typu oscilátoru obsahuje prvek RC nebo LC a svými vlastnostmi určuje frekvenci generovaného napětí.
Podle vzájemného zapojení těchto dvou základních částí oscilátoru rozlišujeme:
· Zpětnovazební oscilátory
· Oscilátory bez zpětné vazby
Nejčastěji se používají zpětnovazební oscilátory.
Obvod se chová jako oscilátor pouze tehdy, je-li splněn
určitý vztah mezi napěťovým zesílením signálu Au a mezi napěťovým
přenosem zpětnovazebního bloku β. Podmínka vzniku kmitů se stanovuje ze
vztahu pro výpočet zesilovače s kladnou zpětnou vazbou 
(3)
Pro určitou frekvenci f0 je 1-βAu = 0 => βAu = 1.
Zesílení Au v tomto případě roste nad všechny meze a ze zesilovače se vlivem kladné zpětné vazby stává oscilátor. Pro jeho kmitání musí být splněny dvě podmínky:
· Amplitudová podmínka:- βAu = 1 =>přenos zpětnovazební smyčky se rovná jedné.
·
Fázová
podmínka:– je vyjádřena rovnicí 
(4)
Amplitudová podmínka:
Je-li přenos větší než jedna – amplituda kmitů narůstá, je-li menší než jedna – amplituda kmitů klesá. Ve skutečnosti je počáteční Au větší než jedna – aby se oscilátor rozkmital impulsem po připojení k napájecímu zdroji. Kmity však nemohou narůstat až do limitace zesilovače – zesílení se musí včas zmenšit. V nejjednodušších aplikacích se k automatické regulaci amplitudy využívá nelinearity zesilovače. Omezení způsobuje zaoblení vrcholků signálů, a tedy jeho nelineární zkreslení. Protože rezonanční obvod má selektivní charakter a vybírá první harmonickou, zůstává zkreslení v přijatelných mezích. U oscilátorů RC je však tento způsob nepoužitelný, protože RC články nemají jakost rezonančního obvodu a proto ke stabilizaci amplitudy kmitů využívá zvláštní napěťově závislé zpětné vazby. Nejjednodušší aplikaci představují odpory závislé na teplotě. Nejčastěji se do obvodu zapojuje obyčejná žárovka. Z důvodu větší spotřeby se používá i polovodičových prvků.
Fázová podmínka:
Součet všech fázových posuvů se musí rovnat buď 2π nebo násobku 2π.
Oscilátory rozdělujeme podle toho, jakého druhu je řídící obvod, na:
· Oscilátory LC
· Oscilátory řízené krystalem
· Oscilátory RC
Jedná se o nejpoužívanější oscilátory elektrických zařízení. Skládají se z rezonančního obvodu složeného z cívky a kondenzátoru, tranzistoru jako zesilovacího členu a kladné zpětné vazby, pomocí níž vznikají netlumené kmity s konstantní amplitudou a frekvencí určenou rezonančním obvodem. Oscilátory tohoto typu mají nejméně zkreslený průběh výstupního napětí, protože rezonanční obvod potlačuje vyšší harmonické složky, a to i tehdy, je-li aktivním prvkem nelineární. Jsou vhodné pro vyšší frekvence.
(5)
Obrázek č. 1: Příklad zapojení LC oscilátoru
Oscilátory řízené krystalem
Vyznačují se vysokou frekvenční stabilitou. Jako řídící prvek se u těchto oscilátorů používá piezoelektrický rezonátor. Jejich základní částí jsou krystalické látky, které, jsou-li mechanicky namáhány, vykazují na svém povrchu elektrické náboje. Opatříme-li tyto krystaly elektrodami, můžeme na nich snímat napětí úměrné velikosti mechanického namáhání. Tyto oscilátory se používají pro jednu pevně stanovenou frekvenci v rozsahu 100 Hz až 100 MHz. Jsou velmi jakostní, a při použití speciálního zapojení se u nich dosahuje stability od 10-4 až 10-9. To je předurčuje jako kalibrační zdroje u měřících přístrojů.
Obrázek č. 2: Příklad zapojení krystalového oscilátoru
V těchto oscilátorech není klasický rezonanční obvod, a proto se dají nejlépe vysvětlit pomocí teorie kladné zpětné vazby. Zpětná vazba se uzavírá přes selektivní RC článek, který určuje kmitočet oscilátoru. Tyto oscilátory jsou tvořeny pouze rezistory a kondenzátory používají se pro velmi nízké frekvence.
(6)
Obrázek č. 3: Příklad zapojení RC oscilátoru
[1] BEZDĚK, Miloslav. Elektronika I : učebnice. 2.vyd. České Budějovice: KOPP. 344 s. ISBN: 978-80-7232-365-4.
Martin Šiška
BPC1 2008/2009