Hoofdstuk 10: Terugkoppeling en Oscillatoren

Dit hoofdstuk behandelt terugkoppeling en zijn belangrijkste toepassingen: tegenkoppeling voor stabilisatie en meekoppeling voor het opwekken van frequenties (oscillatoren).

1. Terugkoppeling: Twee Soorten

Bij terugkoppeling wordt een deel van het versterkte signaal van de uitgang teruggevoerd naar de ingang. Dit verandert de eigenschappen van de schakeling.

Examenstof - Twee soorten terugkoppeling:
Type Andere naam Fase teruggekoppeld signaal Effect
Negatieve terugkoppeling Tegenkoppeling 180° verschoven (tegenfase) Stabiliserend, vermindert versterking
Positieve terugkoppeling Meekoppeling In fase (0°) Versterkend, kan oscillatie veroorzaken

2. Tegenkoppeling (Negatieve Terugkoppeling)

2.1 Wat doet tegenkoppeling?

De belangrijkste effecten van tegenkoppeling:

Lineair vs. niet-lineair: Tegenkoppeling vermindert niet-lineariteit en dus vervorming.

2.2 Tegenkoppeling via emitter- of sourceweerstand

We hebben in hoofdstuk 9 al kennisgemaakt met tegenkoppeling zonder het zo te noemen: de emitterweerstand (of sourceweerstand bij FET).

Hoe werkt het:

Examenstof - Ontkoppelcondensator:

Een ontkoppelcondensator parallel aan de emitterweerstand:

2.3 Tegenkoppeling in gestabiliseerde voedingen

Een voedingsschakeling met alleen een zenerdiode heeft beperkingen:

De oplossing is een gestabiliseerde voedingsschakeling met tegenkoppeling:

Werkingsprincipe gestabiliseerde voeding:
  1. Een referentiespanning (Uref) wordt gemaakt met een zenerdiode
  2. Een vergelijkingsschakeling vergelijkt Uref met een deel van de uitgangsspanning (Utegenk)
  3. Het verschil stuurt een vermogenstransistor aan
  4. Als Uuit te laag is → transistor geleidt meer → Uuit stijgt
  5. Als Uuit te hoog is → transistor geleidt minder → Uuit daalt
Dit is tegenkoppeling: afwijkingen worden automatisch gecorrigeerd.

3. Meekoppeling (Positieve Terugkoppeling)

Meekoppeling is het omgekeerde van tegenkoppeling: het teruggekoppelde signaal is in fase met het ingangssignaal.

3.1 Rondgaande versterking

Stel een schakeling versterkt A keer en 1/A van het signaal wordt in fase teruggekoppeld:

Rondgaande versterking = A × (1/A) = 1

Wat gebeurt er bij verschillende situaties:

Teruggekoppeld deel Rondgaande versterking Effect
< 1/A < 1 Signaal sterft langzaam weg
= 1/A = 1 Signaal houdt zichzelf in stand
> 1/A > 1 Signaal groeit (oscillatie start)

4. Oscillatoren

4.1 Wat is een oscillator?

Oscilleren betekent schommelen of trillen. Een oscillator is een schakeling die zelf elektrische trillingen (wisselspanningen/-stromen) opwekt.

Examenstof - Drie ingredienten voor een oscillator:
  1. Een versterkerschakeling met versterking A
  2. Een terugkoppeling waarbij er een frequentie is waar het teruggekoppelde signaal in fase is
  3. Het teruggekoppelde vermogen moet groter zijn dan 1/A (om te kunnen starten)

4.2 Hoe start een oscillator?

Vraag: Hoe kan een oscillator uit het niets starten?

Antwoord: Er is geen "niets". In elke schakeling is ruis aanwezig - oneindig veel frequenties met zeer kleine amplitude. Bij het inschakelen is er genoeg "elektrisch duwtje" om de oscillatie te starten.

Op gang komen van een oscillator:
  1. Bij inschakelen: ruis wordt versterkt
  2. Rondgaande versterking is eerst > 1
  3. Amplitude groeit
  4. Bij groeiende amplitude ontstaat vanzelf tegenkoppeling (bijv. door de voedingsspanning als grens)
  5. Rondgaande versterking nadert naar precies 1
  6. Amplitude wordt stabiel

De omhullende (envelope) is de kromme die de toppen van de sinussen verbindt.

4.3 LC-oscillator (vrijlopende oscillator)

Een oscillator met een afgestemde LC-kring (spoel en condensator) heet een vrijlopende oscillator.

Examenstof - LC-oscillator:

4.4 Kristaloscillator (kwartsoscillator)

Een zeer stabiele frequentie wordt geleverd door een kristaloscillator met een kwartskristal.

Werking kwartskristal:
Examenstof - Vergelijking oscillatortypes:
Eigenschap LC-oscillator (vrijlopend) Kristaloscillator
Frequentiebepaling LC-kring Kwartskristal
Afstembaar Ja (variabele C) Nauwelijks
Stabiliteit Matig, temperatuurafhankelijk Zeer hoog
Toepassing Waar afstemming nodig is Waar stabiliteit belangrijk is

5. Samenvatting

Kernpunten voor het examen: