Անցումային օսցիլյատորը՝ դա ինչ է (և ինչպե՞ս է գործում)

դաշտ: Հիմնական էլեկտրական

China

Ինչ է դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորը

Դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորը սահմանվում է որպես ոչ գծային էլեկտրոնային օսցիլյատորի շղթա, որը կարող է ստեղծել ոչ սինուսոիդալ կրկնակի ալիքային արդյունք։ Դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորը հայտնաբերել են Հենրի Աբրահամը և Էուժեն Բլոխը օգտագործելով վակուումի բուլի առաջացած Առաջին համաշխարհային պատերազմի ընթացքում:

Օսցիլյատորները դասակարգվում են երկու տարբեր կատեգորիաներով. գծային օսցիլյատորներ (սինուսոիդալ ալիքների համար) և դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորներ (ոչ սինուսոիդալ ալիքների համար):

Այն պետք է ստեղծի կրկնակի և պարբերական ալիք ոչ սինուսոիդալ ալիքների համար, ինչպիսիք են եռանկյունաձև, քառակուսաձև և ուղղանկյունաձև ալիքները իր ելքում:

Դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորի պրոյեկտավորումը պետք է ներառի ոչ գծային տարրեր, ինչպիսիք են տրանզիստորը, Օպ-Ամփը կամ ՄՈՍՖԵՏը և էներգիայի պահելու սարքեր, ինչպիսիք են կոնդենսատորը և ինդուկտորը:

Ալիքը ստեղծելու համար կոնդենսատորը և ինդուկտորը անընդհատ լինում են լադացում և դադարեցնում: Ալիքի հաճախությունը կամ պարբերականությունը կախված է շղթայի ժամանակային հաստատունից:

Ինչպե՞ս աշխատում է դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորը

Դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորը ներառում է էներգիայի պահելու սարքեր, ինչպիսիք են կոնդենսատորը և ինդուկտորը: Այդ սարքերը լադվում են աղբյուրի կողմից և դադարեցնում են լոդի միջոցով:

Դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորի ելքային ալիքի ձևը կախված է շղթայի ժամանակային հաստատունից:

Այժմ ընթերցենք դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատորների աշխատանքը օրինակով:

rc relaxation oscillator — ՌՍ դանդաղումը պարբերական ստեղծող օսցիլյատոր

Այստեղ կոնդենսատորը միացված է լամպի և բատարիայի միջև։ Այս շղթան նաև հայտնի է որպես ֆլաշ շղթա կամ RC հանգիստային օսցիլյատոր։

Բատարիան կոնդենսատորը լադացնում է ռեզիստորի միջոցով։ Կոնդենսատորի լադումը լամպը մնում է անջատված։

Երբ կոնդենսատորը հասնում է իր սահմանային արժեքին, այն ներկայացնում է լամպի միջոցով։ Այսպիսով, կոնդենսատորի ներկայացման ընթացքում լամպը լուսային է։

Երբ կոնդենսատորը ներկայացվում է, այն կրկին սկսում է լադվել աղբյուրի կողմից։ Լամպը մնում է անջատված։

Այսպիսով, կոնդենսատորի լադումը և ներկայացումը շարունակական և պարբերական են։

Կոնդենսատորի լադման ժամանակը որոշվում է ժամանակային հաստատունով։ Ժամանակային հաստատունը կախված է RC շղթայի ռեզիստորի և կոնդենսատորի արժեքներից։

Այսպիսով, լամպի փոփոխական լուսային արագությունը որոշվում է ռեզիստորի և կոնդենսատորի արժեքներով։

Լամպի միջոցով ստացված ալիքային ձևերը ներկայացված են ներկևում բերված պատկերում։

rc relaxation oscillator waveform — RC Հանգիստային Օսցիլյատորի Ալիքային Ձև

Ալիքային ձևերը կարգավորելու համար շղթայում օգտագործվում են ոչ գծային տարրեր։

Հանգիստային Օսցիլյատորի Շղթայի Սխեմա

Հանգիստային օսցիլյատորի շղթայի սխեման պարունակում է ոչ գծային սարք տարբեր տեսակի ալիքային ձևեր ստանալու համար։ Ոչ գծային սարքերի օգտագործման համաձայն հանգիստային օսցիլյատորը դասակարգվում է երեք տեսակի շղթայի սխեման։

Օպ-Ամպ Ռելաքսացիոն Ոսցիլյատոր

Օպ-ամպ ռելաքսացիոն ոսցիլյատորը նաև հայտնի է որպես աստաբիլ մուլտիվիբրատոր: Այն օգտագործվում է քառակուսաձև ալիքներ ստեղծելու համար: Օպ-ամպ ռելաքսացիոն ոսցիլյատորի սխեման պատկերված է ներքևում ներկայացված պատկերում:

op amp relaxation oscillator — Օպ-Ամպ Ռելաքսացիոն Ոսցիլյատոր

Այս շղթան պարունակում է կոնդենսատոր, դիմադրություններ և Օպ-ամպ:

Օպ-ամպի չհակառակ ներառումը կապված է RC շղթայի հետ: Այսպիսով, կոնդենսատորի լարման V_C նույնն է, ինչ Օպ-ամպի չհակառակ ներառման V- լարմանը: Հակառակ ներառումը կապված է դիմադրությունների հետ:

Երբ Օպ-ամպը օգտագործվում է դրական հետադարձ կապով, ինչպես ցուցադրված է շղթայի սխեմայում, շղթան հայտնի է որպես Սխմիտ գագաթ:

Երբ V+ մեծ է V- ից, ելքային լարումը +12V է: Երբ V- մեծ է V+ ից, ելքային լարումը -12V է:

Նախնական պայմանների համար, t=0 ժամանակին, ենթադրենք, որ կոնդենսատորը լիովին է էլեկտրական լարված: Այսպիսով, չհակառակ ներառման լարումը V-=0 է: Իսկ հակառակ ներառման V+ լարումը հավասար է βV_out:

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

Հաշվարկները հեշտացնելու համար ենթադրում ենք, որ R2 և R3 նույնն են: Այսպիսով, β=2 և βVout=6V: Ուրախագիծը կլինի լինել և կփոխանցվի մինչև 6V:

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

Այս պայմաններում V+ ավելի մեծ է, քան V-: Այսպիսով, ելքային լարումը Vout=+12V: Ուրախագիծը սկսում է լինել:

Երբ ուրախագիծը ավելի մեծ է, քան 6V, V- ավելի մեծ է, քան V+: Այսպիսով, ելքային լարումը փոխվում է -12V-ի:

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

Այս պայմանների դեպքում հակադիր ծայրի լարվածությունը փոխում է իր բևռը։ Այսպիսով, V+=-6V:

Այժմ կոնդենսատորը թողնում է լարվածությունը մինչև -6V։ Երբ կոնդենսատորի լարվածությունը փոքր է -6V-ից, նորից V+ ավելի մեծ է V-ից:

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

Այսպիսով, նորից ելքային լարվածությունը փոխվում է -12V-ից +12V-ի։ Եվ նորից կոնդենսատորը սկսում է լարվել:

Այսպիսով, կոնդենսատորի լարվումը և թողնումը գեներացնում են պարբերական և կրկնվող քառակուսի ալիք ելքային ծայրում, ինչպես ցուցադրված է ներքևում նկարում:

op amp relaxation oscillator waveform — Օպերատորային -Amplifier Շարունակական Ոսցիլյատորի Ալիքը

Արտալից ալիքի հաճախությունը կախված է կոնդենսատորի լադումի և դադարի ժամանակից: Կոնդենսատորի լադում-դադարի ժամանակը կախված է RC շղթայի ժամանակային հաստատունից:

UJT Բարձրացման Ոսցիլյատոր

UJT (միակապակի տրանզիստոր) օգտագործվում է բարձրացման ոսցիլյատորում փոխանցման սարքի որպես: UJT բարձրացման ոսցիլյատորի շղթայի սխեման ցուցադրված է ներքևում պատկերված նկարում:

ujt relaxation oscillator — UJT Բարձրացման Ոսցիլյատոր

UJT-ի էմիտերը միացված է ռեզիստորի և կոնդենսատորի հետ:

Մենք ենթադրում ենք, որ սկզբում կոնդենսատորը լադված չէ: Հետևաբար, կոնդենսատորի լարման լարումը զրո է:

$V_C = 0$

Այս պայմաններում UJT-ն կանցնում է OFF վիճակ: Կոնդենսատորը սկսում է լադվել ռեզիստոր R-ի միջոցով հետևյալ հավասարման համաձայն:

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

Կոնդենսատորը շարունակում է լիցնվել, մինչև հասնի առավելագույն տրամադրված լարման V_BB-ին:

Եթե կոնդենսատորի վրա լարված լարումը ավելի մեծ է, քան տրամադրված լարումը, ապա UJT-ն միացվում է: Այնուհետև կոնդենսատորը կանգ է տեղափոխում լիցնելը և սկսում է դանդաղել R₁ դիմադրության միջոցով:

Կոնդենսատորը շարունակում է դանդաղել, մինչև կոնդենսատորի լարումը հասնի UJT-ի սահքի լարման (V_V) մինչև: Այնուհետև UJT-ն կանգ է տեղափոխում և կոնդենսատորը սկսում է նորից լիցնվել:

Այսպիսով, կոնդենսատորի լիցնելը և դանդաղելը ստեղծում են սահքաձև լարման ալիք կոնդենսատորի վրա: Եվ լարումը հայտնվում է R₂ դիմադրության վրա կոնդենսատորի դանդաղելիս, և զրո է մնում կոնդենսատորի լիցնելիս:

Կոնդենսատորի և R₂ դիմադրության վրա լարման ալիքը ցուցադրված է ներքևում բերված գծագրում:

ujt relaxation oscillator waveform — UJT հանգույցային օսցիլյատորի ալիք

Հանգույցային օսցիլյատորի հաճախություն

Հանգույցի օսցիլյատորի հաճախությունը կախված է կոնդենսատորի լադողության և դանդաղողության ժամանակից։ RC շղթայում լադողության և դանդաղողության ժամանակը որոշվում է ժամանակային հաստատունով։

Օպերացիոն -Amplifier-ի հանգույցի օսցիլյատորի հաճախությունը

Օպերացիոն -Amplifier-ի հանգույցի օսցիլյատորում R₁ և C₁-ը ներկայացնում են օսցիլյացիայի հաճախության մասը։ Այսպիսով, ավելի ցածր հաճախության օսցիլյացիայի համար մեզ անհրաժեշտ է ավելի երկար ժամանակ կոնդենսատորի լադողության և դանդաղողության համար։ Եվ լադողության և դանդաղողության երկար ժամանակի համար մեզ անհրաժեշտ է նշանակալ ավելի մեծ R₁ և C₁։

Նմանապես, R₁ և C₁-ի փոքր արժեքը առաջացնում է բարձր հաճախության օսցիլյացիա։

Բայց հաճախության հաշվարկում նաև ռեզիստորները R₂ և R₃ խաղում են կարևոր դեր։ Քանի որ այս ռեզիստորները կոնդենսատորի սահմանային լարման համար որոշում են, և կոնդենսատորը լարվում է այդ լարման միջակայքում։

Եթե սահմանային լարումը էական է, լադողության ժամանակը ավելի արագ է։ Նմանապես, եթե սահմանային լարումը բարձր է, լադողության ժամանակը դանդաղ է։

Այսպիսով, օսցիլյացիայի հաճախությունը կախված է R₁, R₂, R₃ և C₁-ի արժեքներից։ Եվ Օպերացիոն -Amplifier-ի հանգույցի օսցիլյատորի հաճախության բանաձևը հետևյալն է.

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

Որտեղ,

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

Ամենաշատ դեպքերում, R2 և R3 նույնն են դառնում ստեղծելու համար հեշտ և հաշվարկները պարզեցնելու համար։

$R_2 = R_3 = R$

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

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

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

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

R1 և C1 արժեքները տեղադրելով, կարող ենք գտնել Օպ-Ամփ հանգստացման օսցիլյատորի տատանման հաճախությունը։

UJT հանգստացման օսցիլյատորի հաճախությունը

UJT հանգստացման օսցիլյատորում նաև հաճախությունը կախված է RC շղթայից։ Որպես ցուցադրված է UJT հանգստացման օսցիլյատորի շղթայի սխեմայում, դիմադրունները R1 և R2 հոսանքի սահմանափակող դիմադրուններ են։ Եվ տատանման հաճախությունը կախված է R դիմադրունից և C կոնդենսատորից։

UJT հանգստացման օսցիլյատորի հաճախության բանաձևը հետևյալն է՝

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

Որտեղ՝

n = ներքին ստորագրված հարաբերությունը։ Ն արժեքը ընկած է 0.51-ից մինչև 0.82։

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

Որպեսզի UJT-ն միացվի, պահանջվող նվազագույն լարման մակարդակը է՝

$V = n V_{BB} + V_D$

Որտեղ,

VBB = աղբյուրի լարումը

VD = ներքին դիոդի կոորդինատային կետի և բազայի երկրորդ կոորդինատային կետի միջև լարումը

R դիմադրության արժեքը սահմանափակված է հետևյալ միջակայքով.

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

Որտեղ,

VP, IP = գագաթային լարումը և հոսանքը

VV, IV = վանդակային լարումը և հոսանքը

Անհանգստացման օսցիլյատորի դիֆերենցիալ հավասարում

Անհանգստացման օսցիլյատորի շղթայի սխեմայում R2 և R3 դիմադրությունները ունեն հավասար արժեքներ: Այսպիսով, լարման բաժանման կանոնի համաձայն.

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

V– ստացվում է Օհմի օրենքից և կոնդենսատորի դիֆերենցիալ հավասարումից:

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

Այս դիֆերենցիալ հավասարման կարող են լինել երկու լուծում՝ պարզ լուծում և համասեռ լուծում:

Պարզ լուծման համար V- հաստատուն է: Ենթադրենք V– = A: Հետևաբար, հաստատունի դիֆերենցիալը զրո է,

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

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

$V_{out} = A$

Համասեռ լուծման համար օգտագործեք հետևյալ հավասարման Լապլասի ձևափոխությունը։

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

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

V– հանդիսանում է կոնկրետ և համասեռ լուծումների ընդհանուր գումարը։

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

B-ի արժեքը գտնելու համար պետք է գնահատել սկզբնական պայմանը:

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

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

$B = -V_{dd}$

Այսպիսով, V- գծային լուծումը հետևյալն է.

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

Համեմատող և օպերացիոն _amplifiers_

Համեմատողը նաև օգտագործվում է օպերացիոն _amplifier_ փոխարինման համար։ Օպերացիոն _amplifier_ նման, համեմատողները նախատեսված են բոլոր կողմերով շրջանառայում դիմելու համար։

Համեմատողն ունի ավելի արագ բարձրացման և նվազման ժամանակ համեմատած օպերացիոն _amplifier_ հետ։ Այդ պատճառով, համեմատողը ավելի հարմար է օսցիլյատոր շղթայի համար համեմատած օպերացիոն _amplifier_ հետ։

Օպերացիոն _amplifier_ դեպքում, այն ունի դիմադրող ելք։ Այսպիսով, եթե օգտագործում եք օպերացիոն _amplifier_, ապա չէ անհրաժեշտ օգտագործել բարձրացնող ռեզիստոր։ Բայց եթե օգտագործում եք համեմատող, ապա պետք է օգտագործեք բարձրացնող ռեզիստոր։

Անհարաբերական օսցիլյատորների կիրառությունները

Անհարաբերական օսցիլյատորները օգտագործվում են ներքին ժամանակային համակարգի նշանը ստեղծելու համար ցանկացած դիજիտալ շղթայի համար։ Նաև օգտագործվում են հետևյալ կիրառություններում։