fig.1

Abbiamo visto quando abbiamo parlato dei circuiti oscillatori che se, dopo aver caricato il condensatore C di fig.1, chiudo il circuito risonante ruotando verso destra l'interrutore A , il condensatore inizia a scaricarsi attraverso l'induttanza e genera una corrente alternata sinusoidale la cui frequenza f  dipende dal valore di C e di L .

La presenza della resistenza interna Rs del circuito  determina uno smorzamento delle oscillazioni che mantengono la frequenza costante ma vanno diminuendo in ampiezza fino a cessare del tutto., come si nota in fig.2

fig.2

Ad ogni ciclo il sistema perde energia e l'ampiezza dell'oscillazione diminuisce sempre più; cioè alla fine di ogni ciclo il condensatore si carica sempre di meno finchè non si carica per nulla e le oscillazioni cessano. 

Se voglio ottenere delle oscillazioni persistenti devo trovare un modo di restituire al sistema oscillatorio l'energia che perde ad ogni ciclo.

Cioè dovrei trovare un sistema che mi permetta di spostare verso sinistra con la frequenza f l'interrutore A di fig.1 fino a caricare il condestatore C in modo che esso raggiunga la tensione della batteria alla fine di ogni ciclo e poi rispostarlo verso destra.

Cioè l'energia deve essere fornita con la stessa frequenza, in fase e con ampiezza adeguata.

fig.3

Il nostro circuito oscillatorio si comporta esattamente come un pendolo (fig.3)

Se metto la sfera nella posizione A e la lascio andare essa si porterà dopo un certo periodo di tempo nella posizione E poi invertirà il suo cammino e si dirigerà verso A.

Durante questo tragitto perderà energia e non arriverà esattamente nella posizione A ma raggiungerà, per esempio, la posizione B molto prossima ad A.

Raggiunta tale posizione invertirà il senso di marcia ed arriverà nel punto D molto prossimo ad E .......insomma l'oscillazione si smorzerà sempre più finché la sfera non si fermerà portandosi nella posizione di riposo C. 

Se Voglio mantenere l'oscillazione persistente dovrò agire in questo modo:

Quando la sfera, dopo aver raggiunto la posizione, E avrà invertito il cammino e sarà ritornata in una posizione prossima ad A (per esempio B) dovrò dare alla sfera un impulso rivolto verso E (in fase con l'oscillazione); l'impulso dovrà essere (adeguato) tale da ridare alla sfera l'energia persa nel tragitto fra A-E-A (B) ed inoltre l'impulso dovrà essere dato ogni volta che la sfera giunge in A (B), cioè con la stessa frequenza dell'oscillazione.

fig.4

Il sistema elettronico che utilizziamo è un triodo (fig.4); vediamo come funziona.

Una perturbazione qualsiasi, che di solito nasce spontaneamente, fa oscillare il circuito oscillatorio L₁-C ; tale oscillazione si smorzerebbe in breve tempo se non intervenisse il triodo. 

L'oscillazione sorta spontaneamente nel circuito L₁-C induce nel circuito di entrata  L₂ una tensione oscillatoria che iniettata nella griglia viene amplificata dal triodo.

Parte della tensione oscillatoria amplificata che si trova nella placca, se di fase appropriata e se l'accoppiamento fra L₃ed L₁ è sufficiente induce nel circuito oscillatorio (reazione positiva) una tensione tale da riportare il secondo periodo dell'oscillazione alla medesima ampiezza del primo  e così di seguito.

Nel caso di fig.4 il circuito L₁-C è separato dal resto; di solito invece capita che esso fa parte del circuito anodico o di quello di griglia oppure di entrambi.

A seconda di come il circuito oscillatorio è inserito nell'insieme o di come avviene la reazione distinguiamo i seguenti principali tipi di oscillatori sinusoidali a radio frequenza :

1. Oscillatore di Reinartz;
2. Oscillatore di Colpitts;
3. Oscillatore di Meissner;
4. Oscillatore di Hartley.

fig.5

L'oscillatore fa parte del circuito di griglia.

La tensione oscillante sinusoidale prodotta dal circuito L₁-C₁, che si eccita spontaneamente all'accensione del triodo, attraverso il condensatore C₃ giunge nella griglia del triodo e quindi viene amplificata.

parte di questa tensione viene retrocessa dalla placca alla griglia tramite l'induttanza L₂ che induce in L₁ una tensione che provvede a caricare il condensatore C₁ portando la sua tensione al valore che aveva all'inizio del ciclo; il processo, in determinate condizioni,  continua all'infinito.

E' evidente infatti che affinché l'oscillazione si autosostenga occorre che la tensione retrocessa sia in fase con la tensione oscillante prodotta da L₁-C₁, abbia la stessa frequenza e sia di opportuna ampiezza in modo da ridare al sistema L₁-C₁ l'energia persa durante ogni ciclo.

 Il circuito di fig. 5 (b) è alimentato in parallelo; in esso il condensatore C₂, di elevato valore al fine di non rappresentare una elevata impedenza alle componenti alternative, ha la funzione di evitare che la batteria risulti in corto circuito,  e l'induttanza L₃,che deve avere una impedenza elevata alla radio frequenza, favorisce il suo passaggio verso il condensatore C₂ per un ottimale funzionamento del sistema.

Ponendo la batteria fra la placca e l'induttanza L₂ e  togliendo il condensatore C₂ e l'induttanza L₃, come è mostrato in fig.5 (a), il circuito risulta alimentato in serie.

La reazione è regolata variando la posizione della bobina di reazione rispetto alla bobina dell'oscillatore.

La resitenza R ed il condensatore C3 costituiscono il gruppo di polarizzazione automatica.

fig.6

In questo caso l'oscillatore fa parte del circuito di placca.

Questo circuito è molto simile all'oscillatore di Reinartz, anche in questo si ha un accoppiamento per mutua induzione.

 La resitenza R ed il condensatore C2 costituiscono il gruppo di polarizzazione automatica.

fig.7

L'alimentazione del circuito è in parallelo; il circuito oscillante di Colpitts non può essere alimentato in serie, cioè con la batteria posta tra la placca e il circuito oscillante, perchè in questo caso il circuito della corrente continua non risulterebbe chiuso.

Il condensatore C₄ può essere omesso .

Il condensatore C₃ e la resistenza R hanno la stessa funzione che rivestono nei due circuiti oscillatori precedenti.

La reazione è regolata variando la capacità dei due condensatori variabili C₁ e C₂.

La resitenza R ed il condensatore C3 costituiscono il gruppo di polarizzazione automatica.

fig.8

In questo caso le due tensioni V_a ( tensione fra il punto A ed il punto B) e V_g ( tensione fra il punto B ed il punto C) sono ottenute tramite la suddivisione in due della induttanza L₁.

Il circuito di fig.8 (a)  è alimentato in serie; esso può essere alimentato in parallelo ponendo la batteria fra la placca ed il circuito oscillatorio, eliminando C₂ ed L₂ come si nota in fig.8 (b).

La resistenza R ed il condensatore C₃  di fig. 8  hanno la funzione, come nei casi su trattati,  di polarizzare la griglia del triodo.

Poichè la placca e la griglia sono collegate alle estremità opposte del circuito, i loro potenziali V_ta  e V_tg  rispetto al punto B sono evidentemente in opposizione di fase e  quindi V_g e V_a sono in fase , cioè nelle condizioni volute .

Infatti  sappiamo che  V_ta= V_oa- V_a e che V_tg= V_og+ V_g.

Perchè si inneschi l'oscillazione occorre anche che sia V_g > V_a/ μ

Se il punto  B coincidesse con C,  V_g sarebbe nullo ed il circuito avrebbe un decremento minore di quello naturale in quanto la resistenza del tubo risulta derivata sul circuito oscillatorio e ad essa deve cedere energia.

A mano a mano che il punto B si avvicina ad   A, V_g cresce e lo smorzamento diminuisce .

Quando V_g = V_a/ μ  lo smorzamento diviene uguale a quello che compete ad un circuito isolato.

Avvicinandosi ancora il punto B al punto A lo smorzamento continuirà a dimimuire finchè non si avrà l'innesco delle oscillazioni ; aumentando ancora V_g, cioè avvicinando ancora B ad A le oscillazioni diventeranno persistenti e la potenza aumenterà , poi aumentando ancora V_g, la potenza diminuirà e le oscillazioni cesseranno quando B coinciderà con A.

Metto in evidenza che la diminuzione di V_a, allorchè B si avvicina ad A è dovuta prevalentemente alla  diminuzione dell'impedenza anodica di utilizzazione.

fig.9

Tutti gli oscillatori su rappresentati hanno lo stesso gruppo di polarizzazione di griglia (fig.9); vediamo come funziona:

Il condensatore C serve ad isolare la griglia in modo che il suo potenziale medio possa essere diverso da quello del catodo, cosa impossibile senza di esso poichè i punti A e B sono tra loro collegati attraverso l'induttanza che fa appunto parte del circuito di griglia.

La corrente di griglia è costretta ad attraversare la resistenza R nel senso indicato in figura e determina pertanto una caduta di tensione che polarizza la griglia negativamente.

Tale polarizzazione evidentemente non è pulsante, come sembrerebbe a prima vista , perchè il condensatore C funge da volano, si carica cioè quando la corrente di griglia ha valore maggiore del suo valore medio e si scarica , mantenendo a sue spese la corrente nella resistenza R e quindi anche la tensione di polarizzazione, allorchè la corrente di griglia è nulla o comunque minore del suo valore medio.

Affinchè la tensione di polarizzazione sia praticamente costante occorre che la costante di tempo RC sia molto maggiore del periodo delle oscillazioni, cioè RC>>T.

Ora, fissato R in base al valore medio della corrente di griglia ed alla polarizzazione che si vuole ottenere , conoscendo L₀ e  C₀ , induttanza e capacità del circuito oscillatorio, ponendo R C >= 10T ottengo la capacità del condensatore C, in tal modo:

C>= (10. 2π RADQ(C₀ L₀))/R.

Si osserva che in tal modo il potenziale di polarizzazione si stabilisce solo quando nasce la corrente di griglia, mentre inizialmente esso è nullo, e l'innesco sarà pertanto facile.

Il valore di R si aggira fra i   1.000Ω  ed  i   100.000Ω.

Le due configurazioni (a) e (b) di fig.9 sono identiche.