Relaksatsiooniovtsillaator: Mida see on? (Ja kuidas see töötab)

Väli: Põhiline Elekter

China

Mis on lõhnaosilator?

Lõhnaosilator defineeritakse kui mittelineaarne elektroniline osilatoritsüklus, mis genereerib mitte-sinusoidse korduva väljundsignaali. Lõhnaosilator leiutasid Henri Abraham ja Eugene Bloch kasutades vakuumlambi Esimesel maailmasõjal.

Osilatorid klassifitseeritakse kahte erinevat kategooriat; lineaarsed osilatorid (sinusoidsete lainekujude jaoks) ja lõhnaosilatorid (mitte-sinusoidsete lainekujude jaoks).

See peab andma korduva ja perioodilise signaali mitte-sinusoidsete lainekujude, nagu kolmnurkline, ruuduline ja ristkülikuline lain, väljundina.

Lõhnaosilatori disain peab sisaldama mittelineaarseid elemente, nagu transistor, Op-Amp või MOSFET ja energiakogumispäringuid, nagu kapatsitor ja induktor.

Tsükli loomiseks laaditakse ja tühjendatakse kapatsitor ja induktor pidevalt. Ja tsükli sagedus või osilatsiooniperiood sõltub ajakonstandist.

Kuidas toimib lõhnaosilator?

Lõhnaosilator sisaldab energiakogumispäringeid, nagu kapatsitor ja induktor. Need päringud laaditakse allikast ja tühjendatakse koormuse kaudu.

Lõhnaosilatori väljundlainekuju sõltub tsüklite ajakonstandist.

Vaatame lõhnaosilatori tööprotsessi näitega.

rc relaxation oscillator — RC lõhnaosilator

Siin on kondensaator ühendatud lampi ja aku vahel. See tsüklitakse ka nimetatakse vilgulampi tsükliks või RC mõõduvõnglikuna.

Aku laeb kondensaatori vastuuri kaudu. Kondensaatori laetamise ajal lamp jääb välja lülitatud olekusse.

Kui kondensaator saavutab oma künnisväärtuse, lahustab see läbi lampi. Seega, kondensaatori lahustamise ajal lamp valgub.

Kui kondensaator on lahustunud, hakkab see uuesti laetama allikast. Ja lamp jääb välja lülitatud olekusse.

Nii, et kondensaatori laetamise ja lahustamise protsess on pidev ja perioodiline.

Kondensaatori laetamisaeg määratakse ajakonstandiga. Ajakonstant sõltub RC tsüklite vastuuri ja kondensaatori väärtusest.

Seega, lampi vilgumissagedus määratakse vastuuri ja kondensaatori väärtusega.

Lambi lähedased lainekujud on järgmisel joonisel näidatud.

rc relaxation oscillator waveform — RC Mõõduvõngliku Lainekuju

Väljundlainekuju kontrollimiseks kasutatakse tsüklis mittelineaarseid elemente.

RC Mõõduvõngliku Tsüklidiagramm

RC mõõduvõngliku tsüklidiagramm sisaldab mittelineaarset seadet erinevate tüüpide väljundlainekujude genereerimiseks. Mittelineaarsete seadmete kasutamise järgi klassifitseeritakse RC mõõduvõnglik kolme tüüpi tsüklidiagrammi.

Op-Amp Relaxation Oscillator

Operatsioonivõimendi (op-Amp) mõõdlemisvõnkur on ka teada kui astaabilne multivibrator. See kasutatakse ruutvoolade genereerimiseks. Op-Ampi mõõdlemisvõnkuri elektroonilise skeemi näeb sa väljaspool olevast joonist.

See võrk sisaldab kondensaatorit, vastuseid ja op-Ampi.

Op-Ampi ei-vahetav terminal on ühendatud RC võrguga. Seega on kondensaatori voltag VC sama, mis voltag ei-vahetaval terminaalil V- op-Ampil. Ja vahetav terminal on ühendatud vastustega.

Kui op-Amp kasutatakse positiivse tagasisidega, nagu näha võrgudiaagrammil, tuntakse see võrk kui Schmitti triigri.

Kui V+ on suurem kui V-, siis väljundvoltag on +12V. Ja kui V- on suurem kui V+, siis väljundvoltag on -12V.

Algtingimuse korral, ajal hetkel t=0, eeldame, et kondensaator on täielikult lahtiladunud. Seega on voltag ei-vahetaval terminaalil V-=0. Ja voltag vahetaval terminaalil V+ on võrdne βVout.

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

Arvutamiseks lihtsustuse huvides eeldame, et R2 ja R3 on samad. Seega, β=2 ja βVout=6V. Nii et kondensaator laebunud ja tühjendub kuni 6V-ni.

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

Sellisel korral on V+ suurem kui V-. Seega, väljundvoolavõte Vout=+12V. Ja kondensaator alustab laengumist.

Kui kondensaatori pingel on suurem kui 6V, siis on V- suurem kui V+. Seetõttu muutub väljundpinge -12V-le.

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

Selles olukorras muutub inversiooniterminali pinge polaarsus. Seega, V+=-6V.

Nüüd laeb kondensaator end lahku kuni -6V. Kui kondensaatori pinge on väiksem kui -6V, siis V+ on suurem kui V-.

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

Seetõttu muutub väljundpinge uuesti -12V-st +12V-ks. Ja uuesti alustab kondensaator laadimist.

Seega, kondensaatori laadimise ja lahtilaadimise tsükkel genereerib väljundterminalil perioodilise ja korduv ruudliku lainekuju, nagu allpool näidatud jooniselt.

op amp relaxation oscillator waveform — Operatsioonilahendaja (op-amp) lõõgastumisoskillaatori lainekuju

Väljundlainete sagedus sõltub kondensaatori laadimis- ja tühjendamisaegast. Kondensaatori laadimis- ja tühjendamisaeg sõltub RC-kitsi ajakonstandist.

UJT Relaxation Oscillator

UJT (üheühendtransistor) kasutatakse lõbuselkonnaosilatoris sülituse seadmega. UJT lõbuselkonnaosilatori skeem on näidatud järgmises joonisel.

UJT emittor on ühendatud vastega ja kondensaatoriga.

Eeldame, et algselt on kondensaator tühjendatud. Seega on kondensaatori pingetase null.

$V_C = 0$

Sellisel tingimusel jääb UJT välja. Kondensaator hakkab laadima vastu R järgmise võrrandiga.

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

Kondensaator laengub jätkuvalt kuni saavutatakse maksimaalne tarvitusega tõstetud voltagemäär VBB.

Kui kondensaatori ümber olev voltagemäär on suurem kui tarvitusega tõstetud voltagemäär, võimaldab see UJT lülituda sisse. Siis kondensaator lõpetab laengumise ja alustab lahendamist vastur R1 kaudu.

Kondensaator jätkab lahendamist kuni kondensaatori voltagemäär jõuab UJT sügavuse voltagemäärani (VV). Pärast seda lülitub UJT välja ja kondensaator alustab uuesti laengumist.

Nii genereerib kondensaatori laengumine ja lahendamine kondensaatori ümber saw-tooth vormi. Ja voltagemäär ilmub vastur R2 kaudu kondensaatori lahendamisel ja jääb nulliks kondensaatori laengumisel.

Voltagemäär kondensaatori ja vasturi R2 ümber on näidatud järgmisel joonisel.

ujt relaxation oscillator waveform — UJT Relaxation Oscillator Waveform

Relaxation Oscillator Frequency

Relaksatsioonioskillaatori sagedus sõltub kondensaatori laadimis- ja lahutamisaegast. RC-kiitus, laadimis- ja lahutamisaeg määratakse ajakonstandi kaudu.

Op-Amp relaksatsioonioskillaatori sagedus

Op-Amp relaksatsioonioskillaatoris R1 ja C1 panustavad oskillaatori sagedusele. Seega, madalama sageduse oskilleerimiseks on vaja pikemat aega kondensaatori laadimiseks ja lahutamiseks. Pika aja laadimiseks ja lahutamiseks tuleb määrata suurem R1 ja C1.

Vastavalt, väiksem R1 ja C1 väärtus põhjustab kõrgema sageduse oskilleerimise.

Kuid, sageduse arvutamisel mängivad olulist rolli ka vastikud R2 ja R3. Sest need vastikud määravad kondensaatori piirspinget, ja kondensaator laeb enda kuni sellesse pingetaseme.

Kui piirspinge on madalam, siis laadimisaeg on kiirem. Vastavalt, kui piirspinge on kõrgem, siis laadimisaeg on aeglasm.

Seega, oskillaatori sagedus sõltub R1, R2, R3 ja C1 väärtustest. Op-Amp relaksatsioonioskillaatori sageduse valem on:

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

Kus,

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

Enamikus tingimustes on R2 ja R3 sama, et lihtsustada disaini ja arvutusi.

$R_2 = R_3 = R$

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

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

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

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

Paneme sisse R1 ja C1 väärtused, leidame operatsioonilõigurite lõbuskella sageduse.

UJT lõbuskella sagedus

UJT lõbuskellas sõltub sagedus RC kiirgust võttes arvesse. Nagu näha UJT lõbuskella elektroonilises skeemis, on vastukad R1 ja R2 voolu piiravad vastukad. Lõbuskella sagedus sõltub vastukast R ja kondensaatorist C.

UJT lõbuskella sageduse valem on järgmine:

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

Kus;

n = intriinsiline seisu suhe. n väärtus on vahemikus 0.51 kuni 0.82.

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

UJT-lü ümber lülitamiseks vajalik minimaalne pingetase on

$V = n V_{BB} + V_D$

Kus,

VBB = toitepinge

VD = sisemine dioodi langus emiitri ja baasi-2 terminaali vahel

Resistori R väärtus piiratakse järgmise vahemikuga.

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

Kus,

VP, IP = tipuvoolik ja vool

VV, IV = laagri voolik ja vool

Relaxation Oscillator Differential Equation

Lahutamisvõnguri skeemis on vastukid R2 ja R3 võrdsed. Seega, vastavalt späinikreegeli:

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

V– saadakse ohmi seaduse ja kondensaatoride diferentsiaalvõrrandi abil;

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

Selle diferentsiaalvõrrandi lahendamiseks on kaks lahendit: eralduslahend ja homogeenselahend.

Eralduslahendi korral on V- konstant. Eeldame, et V– = A. Seega on konstandi tuletis null,

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

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

$V_{out} = A$

Homogeense lahenduse jaoks kasutage järgmise võrrandi Laplace'i teisendust.

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

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

V– on eraldus- ja homogeense lahenduse summa.

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

B väärtuse leidmiseks peame hinnama algset tingimust.

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

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

$B = -V_{dd}$

Nii on V- lõplik lahendus:

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

Verkija vs Op-Ampid

Verkijat kasutatakse ka Op-Ampi asemel. Sarnaselt Op-Amplitega on kompensatorid disainitud nii, et neid saaks juhtida rail-to-rail.

Verkija tõusuaeg ja langusaeg on kiirem kui Op-Ampli. Seetõttu on verkija sobivam kui Op-Amp oskillaatoritsirkuites.

Op-Ampli puhul on tal push-pull väljundid. Seega, kui kasutate Op-Ampi, ei ole vaja pull-up vastendit. Kui aga kasutate verkijat, peab see kasutama pull-up vastendit.

Mürgistuse oskillaatorite rakendused

Mürgistuse oskillaatoreid kasutatakse sisekella signaali loomiseks mis tahes digitaalses tsirkuis. Neid kasutatakse ka järgmistes rakendustes.

Pingevuse reguleeriv ostsillaator
Mälu tsüklid
Signaaligeneraator (kellesignaalide genereerimiseks)
Stroboskoopid
Tiristori põhine tsükitiivitus
Mitmevibratoorid
Televisioonisaajad
Lugemismõõdikud

Deklaratsioon: Austa algseid, hea artikkel on jaotamiseks väärt, kui on rõhutatud autoriõigusi, siis palun kontaktige ning taotleke selle eemaldamist.

Anna vihje ja julgesta autorit!

Teemad:

Elektrisüsteemid

Elektriline mõõtmine

Ekspertide kohta

Electrical4u

China

Eraldusvaldkond

Basic Electrical

Professionaalne artikkel

607