ניסוי מספר 2

תכנון ובנייה של מתנד סינוסאוידאלי בתדר גבוהה

מתנד גשר ווין

. מהו מתנד? ומה מאפניו?

מתנדים   הם  מעגלים  אלקטרוניים  שבעזרתם  הופכים  אנרגית  זרם  ישר, המתקבל  מספקי- כוח, להספק  זרם  חילופין,  ללא  עזרת  אות  מבוא  חיצוני.  מעגלי  מתנדים  מאפשרים  היווצרות  אותות  בעלי  צורות  שונות  ותדרים  שונים  על  ידי  בחירת  המעגל  המתאים  לכל  צורך.

וגם הוא  מעגל חשמלי או מעגל מוכלל היוצר אות חשמלי מחזורי לרוב גל סינוס או גל מרובע . תדר המתנד עשוי להיות מפלות מהרץ ועד עשרות גיגה הרצים.

מאפיינים:

המאפיין החשוב ביותר של מתנד הוא התדירות של  אות החילופין , שאותו מייצר . אנו משתמשים במתנד , כדי לקבל מתח חילופין בתדירות  הדרושה לנו

מאפיין אחר חשוב של המתנד הוא יציבות התדר שלו. בין שמדובר במתנד קבוע,ובין שמדובר במתנד משתנה ,לאחר שקובעים את תדירות התנודות ,אנו מעוניינים שהיא תישאר קבועה ולא תשתנה עם הזמן.

מפיק אות מוצא ללא אות מבוא 

המתנד מפיק אות סינוסואידליי בתדר של מגהרצים ועשרות מגה הרצים .

מתנד גשר ווין  

יחסי הנגדים הקטנים קובעים את הגבר המגבר בלבד כפי שהוא נראה כאשר המבוא בכניסה החיובית. . מתוך תנאי ברקהאוזן לתנודות, נמצא את התנאי על A ועל התדר המאפשרים תנאי תנודות במעגל. תנאי ברקהאוזן דורש: . נניח כי A אינו תלוי בתדר והפזה שלו אפס.

מדוע חשוב לבנות מתנד בתדר גבוהה?

מתנד הינו מגבר שבו חלק מהספק המוצא מוזן חזרה למבוא תוך הקפדה על קיום מופע זהה בין האות המוזן במבוא להספק המוצא המוחזר לצורך יצירת תנודות.

אם מוצא מעגל המתנד היה חסר הפסדים לחלוטין הוא יכול היה לתנד כמובן עד לתדר מרבי שבו ההגבר הוא יחידה .אולם יש לזכור עוד שבתמנדים מעשיים חייב להתקיים A>1 על מנת שתתקבלנה תנודות.

כלומר אנחנו צריכים מתנד בתדר גבוהה כדי שיהיה ההגבר גדול מ-1 וזו תכונה של מתנד מעשי כמו מתנד גשר ווין.

  צריכים מתנד בתדר גבוה  בכדי  שעבודת  המעגל  שלנו  תהיה  יותר מהירה .

ציין שני סוגי מתנידים ומנה את מאפייניהם

VCO מתנד מבוקר מתח

מתנד אשר תדרו ניתן לשינוי על ידי מתח בקרה משתנה,בדרך כלל זהו מתנד אשר אחד ממרכיבי רשת המשוב שלו הינו דיודת קיבול משתנה.שינוי ממתח הדיודה יגרום לשינוי תדר הנדנודים של מתנד זה.

תפקיד המתנד מבוקר מתח הוא להוציא תדר בהתאם למתח הכניסה,בדרך כלל ה VCO בנוי מדיודה שמשנה את קיבולה בהתאם למתח שעליה  (דיודת VARICAP) , תכונה זו בחיבור נכון של הדיודה תגרום לשינוי התדר, כלומר קיבלנו שינוי תדר במוצא בהתאם לשינוי מתח בכניסה. ל VCO יש תדר מרכזי (f0) ,את תדר זה מוציא ה VCO עבור מתח כניסה של  0v.

ממתנד זה נדרש עקום ליניארי של שינוי התדר כתלות בשינוי מתח בקרה.

מתנד גביש

מתנד המבוסס על גביש קוורץ נועד לרטוט בתדר הבסיסי שלו או באחת ההרמוניוות שלו. בדרך כלל, תדר בסיסי עד 30 מגה הרץ ניתן להשגה באמצעות תכנון גביש ותהליכים רגילים. עבור תדרים מעל 30 מגה הרץ, מומלץ לעבוד בהרמוניה של התדר הבסיסי. גבישים בתדר היסוד, בתדרים אלו, הופכים יקרים יותר משום שמצע הקוורץ הוא דק מאוד ועשוי להישבר במהלך הייצור. היכולת להשתמש בהרמוניה של התדר הבסיסי, מאפשרת חיסכון משמעותי בעלויות. הרמוניות בהם משתמשים הן 3, 5, 7, 9 ו – והן מכונות “מכפיל” של תדר היסוד. לדוגמה, גביש  של 60 מגה הרץ בהרמוניה 3 ייראה כמו גביש 20 מגה בתדר הבסיסי שלו. קריסטל 20 מגה הרץ יכול להתנדנד בהרמוניה 3, 5, 7 וכו של תדר היסוד.

בעל תדירות יציבה מאוד

החסרון שלו הוא שלכל גביש יש תדר קבוע אחד כדי לשנות את תדר המתנד צריך להחליף גביש.

 תכנן מתנד גשר ויין בעל תדר מוצא של 10kHz  .

ציין את שיקולי התכנון , וערכי הרכיבים שבחרת  .

סרטט את המעגל שתכננת .

בניית המעגל

במעגל זה מחברים מגבר בעל מתחי אספקה של 15 ו 15- לארבעה נגדים ושני קבלים כמו שמתואר באיור .

וגם מחברים אותו למשקף תנודות כדי לראות את התוצאות בכל בעם אנחנו משנים את ההגבר כלומר משנים את הנגד R2.

שנה את התנאי AB>1  למצב שבו  AB=1ועקוב אחרי התוצאה ....הסבר את התוצאה המתקבלת.

מצב מצוי

הסבר התוצאות:

מה שאנחנו רואים בו הוא כשהיה AB>1 היו תנודות שמתחילות מאפס ומגיעות למצב רוויה שבו תנופת התנודה הגדולה ביותר שווה למת האספקה של המגבר אבל כששינו את התנאי ל AB=1 רואים שאין תנודות אלה יש קו ישר.

מה שאנחנו רואים באיור כאשר AB<1 הוא שאין תנודות אבל המצב הנכון שיש תנודות אבל אנחנו לא יכולים לראות כי זמן המחזור של התנודות האלה מאוד קטן לכן אנחנו  רואים רק קו ישר במוצא משקף התנודות.

איך משפיעים הערכים של מתחי האספקה של המגבר על התוצאות שקבלת עבור התנאי AB>1.

  מתחי האספקה של המגבר משפיעים על האיור שהתקבל עבור התנאי ab>1

בכך שהתנופה של האות תשתנה כלומר התנופה עבור מתחי האספקה 15 ו 15- גדולה יותר מזו של 8 ו 8- .

וזה מתבטא בתמונות שלהלן: 

האם כל ערכי הנגדים והקבלים שמקיימים את תנאי התדר מתאימים לבניית מתנד ? כלומר האם יש חשיבות לערכי הנגדים והקבלים או שרק צריך להתחשב בערך של המכפלה ' RC' המקיימת את תנאי התדר.

לא , לא כל ערכי הנגדים והקבלים מתאימים לבניית מתנד כי אנחנו חייבים גם להתאים אותן עם תנאי התדר שיש לנו . ניסינו להחליף את ערך הנגד לכמה ערכים אחרים ולמצוא ערך הקבל המתאים לנגד ותדר הנתון  F=10KHZ  ואחר כך הצבנו את הערכים המתקבלים במעגל כדי לראות מה יקרה . בחרנו נגד של OHM 500  והצבנו אותו במשוואת תדר התנודות ומצאנו ערך הקבל והפעלנו את המעגל וראינו שאין תנודות . ואחר כך בחרנו בנגד של OHM10 ומצאנו גם את ערך הקבל והפעלנו את המעגל ומצאנו שגם אין תנודות . וכשהצבנו KOHM10 ראינו תנודות כמו שבהתחלת הניסוי .

וזה אומר שכן ערך הנגד משפיע על המתנד בכך שכאשר ערך הנגד מאוד קטן לא רואים איור וכשהוא גדול רואים תנודות במוצא המתנד.

וגם ערך הקבל משפיע כי אם יהיה מאוד גדול כמו במיגה פראד לא רואים איור וגם יהיה שגיאה במערכת.