Rəlaksasiya Ostsillatörü: Nədir? (Və Nə Kimi İşləyir)

Alan: Əsas Elektrik

China

Nədir Deyilən Relaxasiya Oszillatorda?

Relaxasiya oszillatoru, sinusoidal olmayan təkrarlanan sinyal yaratmaq üçün istifadə edilən xətti olmayan elektronik oszillatordur. Relaxasiya oszillatoru, I Dəniz Müharibəsi zamanı Henri Abraham və Eugene Bloch tərəfindən vakuum lülvə ilə icad edilmişdir.

Oszillatordan iki fərqli kateqoriyaya bölünür; xətti oszillatorlar (sinusoidal dalğalar üçün) və relaxasiya oszillatorlar (sinusoidal olmayan dalğalar üçün).

Üstündə üçbucaqlı, kvadrat və düzbucaqlı dalğalar kimi sinusoidal olmayan dalğalar üçün təkrarlanan və müntəzəm sinyal təmin etməlidir.

Relaxasiya oszillatorun dizaynında, transistor, Op-Amp və ya MOSFET kimi xətti olmayan elementlər və kondensator və induktor kimi enerji saxlama cihazları daxil olmalıdır.

Dövr yaratmaq üçün kondensator və induktor davamlı şəkildə töklənir və boşalır. Dövrin tezliyi və ya oszillasiyanın müddəti, dairənin zaman sabiti məlumatına asılıdır.

Relaxasiya Oszillatoru Nə Kimi İşləyir?

Relaxasiya oszillatorunda kondensator və induktor kimi enerji saxlama cihazları var. Bu cihazlar bir mənbədən töklənir və yükləyici vasitəsilə boşalır.

Relaxasiya oszillatorunun çıxış dalğasının forması, dairənin zaman sabitindən asılıdır.

Relaxasiya oszillatorlarının işləmə prinsipini bir misala baxaraq anlayaq.

rc relaxation oscillator — RC Relaxasiya Oszillatoru

Burada, lampa və batareyanın arasında kondansator qoşulur. Bu şema ayrıca flaşlayıcı şeması və ya RC rahatlamalı osilator kimi də tanınır.

Batareya rezistor vasitəsilə kondansatoru yükləyir. Kondansator yüklənərkən, lampa söndürülüb saxlanılır.

Kondansator eşik qiymətinə çatdıqda, lampa vasitəsilə boşalır. Buna görə, kondansatorun boşalması zamanı, lampa yanır.

Kondansator boşaldıqdan sonra, yenidən mənbə tərəfindən yüklənməyə başlayır. Və lampa yenidən söndürülüb saxlanılır.

Beləliklə, kondansatorun yüklənməsi və boşalması prosesi davamlı və periodikdir.

Kondansatorun yüklənmə vaxtı zaman sabiti tərəfindən müəyyənləşir. Zaman sabiti isə RC şeması üçün rezistor və kondansatorun qiymətinə bağlıdır.

Buna görə, lamanın flaşlanma sürəti rezistor və kondansatorun qiymətinə bağlıdır.

Lamanın üzərindəki dalğalı sinyallar aşağıdakı şəkildə göstərilir.

rc relaxation oscillator waveform — RC Rahatlamalı Osilator Dalğası

Çıxış dalğalı sinyalların nəzarətini etmək üçün şemada xətti olmayan elementlər istifadə olunur.

Rahatlamalı Osilator Şeması

Rahatlamalı osilator şemasında, fərqli növ çıxış dalğalı sinyallar yaratmaq üçün xətti olmayan cihaz istifadə olunur. Xətti olmayan cihazların istifadəsinə əsasən, rahatlamalı osilator üç növ şemaya ayrılır.

Operamplifikator Deyilən Səsillik Oskilatoru

Operamplifikator deyilən səsillik oskilatoru, astabil multivibrator kimi də tanınır. Bu, kvadrat dalgalı sinyal yaratmaq üçün istifadə olunur. Operamplifikator deyilən səsillik oskilatorun şəması aşağıdakı şəkildə göstərilir.

op amp relaxation oscillator — Operamplifikator Deyilən Səsillik Oskilatoru

Bu şəma kondensator, rezistorlar və operamplifikatoru ehtiva edir.

Operamplifikatorun non-inverting terminali RC şəmasına qoşulub. Bu səbəbdən, kondensator voltu VC operamplifikatorun non-inverting terminalindəki volt V- ilə eynidir. Inverting terminal isə rezistorlara qoşulub.

Operamplifikator pozitiv gerib-bağlanma ilə istifadə olunduğunda, şəmadakı kimi, bu şəma Schmitt tetikləri kimi tanınır.

V+ V- dan böyük olduqda, çıxış voltu +12V olur. V- V+ dan böyük olduqda, çıxış voltu -12V olur.

İlk şərtlər üçün, t=0 anında, kondensator tamamilə deşərli olduğunu fərz edin. Buna görə, non-inverting terminaldəki volt V-=0 olacaq. İnverting terminaldəki volt V+ isə βVout-a bərabər olacaq.

$\beta = \frac{R_2}{R_2+R_3}$

Hesablamaları asanlaşdırmaq üçün, R2 ve R3 nəticəsində eyni olduğunu düşünürük. Beləliklə, β=2 və βVout=6V olur. Bu səbəbdən, kondansator 6V qədər yüklənəcək və boşalacaq.

$t=0; \quad V- = 0V; \quad V+=+6V; \quad V_{OUT}=+12V$

Bu şərtlərdə, V+ V- dən böyükdür. Beləliklə, çıxış gərgini Vout=+12V olur. Kondansator yüklənməyə başlayır.

Kondansatorun gərgini 6V-dən böyük olduğu zaman, V- V+ dan böyükdür. Bu səbəbdən, çıxış gərgini -12V olaraq dəyişir.

$V- > 6V, \quad V+=6V, \quad V_{OUT}=-12V$

Bu şəraitdə, tərs terminal voltu polarnılığını dəyişir. Beləliklə, V+ = -6V olur.

İndi kondansator -6V-yə qədər razılaşır. Kondansator voltu -6V-dan az olduğunda, yenidən V+ V-dən böyük olur.

$V+ = -6V; \quad V-<-6V, \quad V+>V-$

Beləliklə, yenidən çıxış voltu -12V-dən +12V-ə dəyişir. Və yenidən kondansator zərürətli yükəyinə bərk olur.

Bundan, kondansatorun yüklənmə və razılama dövrü, aşağıda göstərilən fiqurdakı kimi, çıxış terminalında müntəzəm və təkrarlanan kvadrat dalğalar yaratır.

op amp relaxation oscillator waveform — Operatsional amfi istirahət osilatorunun dalğa forması

Çıxış dalğalananının dərəcəsi kondansatorun şarj və deşarj zamanına bağlıdır. Kondansatorun şarj və deşarj zamanı isə RC şəbəkəsinin zaman sabitine bağlıdır.

UJT Rahatlayıcı Oszillatorda

UJT (unijunction tranzistor) rahatlayıcı oszillatorda bir dəyişən cihaz kimi istifadə olunur. UJT rahatlayıcı oszillatordanın şəbəkə siyahısı aşağıdakı şəkildə göstərilir.

ujt relaxation oscillator — UJT Rahatlayıcı Oszillatorda

UJT-nin emiter terminali rezistor və kondansatorla birləşdirilir.

İlk olaraq kondansatorun deşarj olduğunu nəzərə alırıq. Buna görə, kondansatorun qəsdarbəri sıfırdır.

$V_C = 0$

Bu şəraitdə, UJT söndürülüb. Və kondansator R rezistoru vasitəsilə aşağıdakı tənliyə əsasən şarjlanağa başlayır.

$V = V_0 (1-e^\frac{-t}{RC})$

Kondensator şarjlanır və maksimum təmin edilən qədər geriləncəyə (VBB) çatana qədər şarjlanma davam edir.

Əgər kondensator üzərindəki geriləncə təmin edilən geriləncədən böyükdürsə, UJT aktivləşir. Sonra kondensator şarjlanmayı dayandırır və rezistor R1 vasitəsilə boşalmağa başlayır.

Kondensator, kondensatorun geriləncəsi UJT-nin zərgər geriləncəsinə (VV) çatancaya qədər boşalmağa davam edir. Bunun sonra, UJT deaktivləşir və kondensator şarjlanmaya başlayır.

Bu səbəbdən, kondensatorun şarjlanması və boşalması prosesi kondensator üzərində dişli formada bir sinyal yaratır. Və rezistor R2 üzərindəki geriləncə kondensator boşalarkən görünür və kondensator şarjlanarkən sıfıra bərabərdir.

Kondensator və rezistor R2 üzərindəki geriləncə forması aşağıdakı şəkildə göstərilir.

ujt relaxation oscillator waveform — UJT Rahatlaması Oskilatorunun Sinyali

Rahatlama Oskilatorunun Dəqiqliyi

Rahatlayıcı osilatorun dərəcəsi kondensatorun şarjlana və boşalma zamanı ilə bağlıdır. RC şəbəkəsində, şarjlana və boşalma zamanı zaman sabiti tərəfindən müəyyənləşir.

Operatsional amfi rahatlayıcı osilatorunun dərəcəsi

Operatsional amfi rahatlayıcı osilatorunda, R1 və C1 osilasiya dərəcəsinə töhfə qoşur. Bu səbəbdən, daha aşağı dərəcəli osilasiya üçün kondensatorun daha uzun şarjlana və boşalma zamanına ehtiyacımız var. Və uzun şarjlana və boşalma zamanı üçün daha böyük R1 və C1 qiymətlərinə ehtiyacımız var.

Əksən, daha kiçik R1 və C1 qiymətləri yüksək dərəcəli osilasiyaya səbəb olur.

Amma, dərəcənin hesablanmasında rezistorlar R2 və R3 da vacib rol oynayır. Çünki bu rezistorlar kondensatorun порогового напряжения тəyin edəcək və kondensator bu напряжение səviyyəsinə qədər şarjlana bilər.

Əgər порогового напряжения aşağıdırsa, шаржирование быстрее происходит. Аналогично, если пороговое напряжение выше, время зарядки замедляется.

Buna görə, osilasiya dərəcəsi R1, R2, R3 və C1 qiymətlərinə bağlıdır. Və Operatsional amfi rahatlayıcı osilatorunun dərəcəsi formulu budur;

$f = \frac{1}{2 \times R_1 \times C_1 \times ln (\frac{1+k}{1-k})}$

Burada,

$k = \frac{R_2}{R_2+R_3}$

Çox vaxt tərtibatın sadələşdirilməsi və hesablanması üçün R2 və R3 eyni olur.

$R_2 = R_3 = R$

$k = \frac{R}{2R} = \frac{1}{2}$

$f = \frac{1}{2 \times R_1 \times C_1 \times ln (\frac{1+\frac{1}{2} }{1-\frac{1}{2} })}$

$f = \frac{1}{2 \times R_1 \times C_1 \times ln (3)}$

$f = \frac{1}{2.2 \times R_1 \times C_1}$

R1 və C1-in dəyərlərini qoymaqdan sonra Operasiya amplierinin relaksasiya osilatorunun osillasiya tezliyini tapa bilərik.

UJT Relaksasiya Osilatorunun Tezliyi

UJT relaksasiya osilatorunda da tezlik RC şəbəkəsindən asılıdır. UJT relaksasiya osilatorunun şəbəkə diaqramında göstərilən kimi, mukavimlər R1 və R2 cürək məhdudlaşdırıcı mukavimlərdir. Və osillasiya tezliyi mukavim R və kondensator C-dən asılıdır.

UJT relaksasiya osilatoru üçün tezlik formulu budur;

$f = \frac{1}{RC ln(\frac{1}{1-n})}$

Burada;

n = İctimai dayanma nisbəti. Və n-in qiyməti 0.51 ilə 0.82 arasında yer alır.

$n = \frac{R_1}{R_1 + R_2}$

UJT-ni aktiv etmək üçün tələb olunan minimum voltaj:

$V = n V_{BB} + V_D$

Burada,

VBB = qida voltazı

VD = emitter və baz-2 terminalı arasında daxili diod düşülüşü

R rezistorunun dəyəri aşağıdakı aralığa daxildir.

$max = \frac{V_{BB}-V_P}{I_P} \quad min=\frac{V_{BB}-V_V}{I_V}$

Burada,

VP, IP = zirvə qüvvəsi və cürək

VV, IV = dərin qüvvəsi və cürək

Rahatlanma Oszilatorunun Diferensial Tənliyi

Rahatlanma oszilatorunun şəmalarında rezistorlar R2 və R3 bərabər qiymətlərə malikdir. Buna görə, voltaj bölgüsü qaydasına görə;

$V_+ = \frac{V_{out}}{2}$

V– Ohm qanunu və kondensatorun diferensial tənliyi ilə əldə edilir;

$\frac{V_{out}-V_-}{R} = C \frac{dV_-}{dt}$

Bu diferensial tənliyin iki həlli var; xüsusi həll və homojen həll.

Xüsusi həll üçün V- sabitdir. İstifadə edək V– = A. Beləliklə, sabitin diferensialı sıfırdır,

$\frac{dV_-}{dt} = \frac{dA}{dt} = 0$

$\frac{A}{RC} = \frac{V_{out}}{RC}$

$V_{out} = A$

Homoheniy həll üçün aşağıdakı tənliyin Laplace dövrünü istifadə edin;

$\frac{dV_-}{dt} +\frac{V_-}{RC} = 0$

$V_- = Be^{\frac{-1}{RC}t}$

V– xüsusi və homoheniyyə həlllərinin cəmidir.

$V_- = A + Be^{\frac{-1}{RC}t}$

B dəyərini tapmaq üçün biz ilk şərti qiymətləndirməliyik.

$t=0; \quad V_{out} = V_{dd}; \quad V_-=0$

$0 = V_{dd} + Be^0$

$B = -V_{dd}$

Buna görə, V- nın nihai həlli şövəldir;

$V_- = V_{out} - V_{dd} e^{\frac{-1}{RC}t}$

Müqayisəçi və Op-Amplifikatorlar

Müqayisəçi də Op-Amplifikatorun yerinə istifadə oluna bilər. Op-Amplifikatora bənzər şəkildə, müqayisəçilər ray-to-ray qazılmaq üçün dizayn olunur.

Müqayisəçinin yüksülme və endirmə zamanı Op-Amplifikatora nisbətən daha sürətlidir. Bu səbəbdən, müqayisəçi osiloskop luisi üçün Op-Amplifikatora nisbətən daha uyğundur.

Op-Amplifikatorun push-pull çıxışları var. Bu səbəbdən, Op-Amplifikator istifadə edilirsə, pull-up rezistor istifadə etməyə ehtiyac yoxdur. Amma müqayisəçi istifadə edilirsə, pull-up rezistor istifadə edilməlidir.

Yalnızlaşdırıcı Oszilatorların Tətbiqləri

Yalnızlaşdırıcı oszilatorlar hər hansı bir rəqəmsal luisi üçün daxili saat signalı yaratmaq üçün istifadə olunur. Onlar aşağıdakı tətbiqlərdə də istifadə olunur.