Демпингті осциллятор: Бұл не? (Және қалай жұмыс істейді)

Өріс: Негізгі электротехника

China

Релаксациялық осциллятор деген не?

Релаксациялық осциллятор - бұл синусоидалы емес кездейсоқ шығыс сигналын жасай алатын сызықты емес электрондык осциллятор күйі. Релаксациялық осциллятор Хенри Абрам мен Ежен Блош өткен соңғы дүниежүзілік уақытында вакуум түбімен ойлап табылған.

Осцилляторлар синусоидалы толқындар үшін (сызықты осцилляторлар) және синусоидалы емес толқындар үшін (релаксациялық осцилляторлар) екі түріне бөлінеді.

Оның шығысында трикутты, квадратты және тіктөртбұрышты толқындар сияқты синусоидалы емес толқындар үшін кездейсоқ және периодты сигнал беруі керек.

Релаксациялық осциллятордың құрылымы транзистор, Оп-Амп, МОСФЕТ сияқты сызықты емес элементтер және конденсатор және индуктор сияқты энергия сақтау құралдарын қамтитын болуы керек.

Цикл жасау үшін конденсатор мен индуктор тұрақты үстемде және тастамада. Циклдің же осцилляция мерзімінің дауысы үстемге байланысты болады.

Релаксациялық осциллятор қалай іске асырылады?

Релаксациялық осциллятор конденсатор және индуктор сияқты энергия сақтау құралдарын қамтиды. Бұл құралдар басқару құралы арқылы үстемде, ал заттар арқылы тастамада.

Релаксациялық осциллятордың шығыс толқынының формасы күйдің үстеміне байланысты болады.

Релаксациялық осцилляторлардың қалай іске асырылуын мысал арқылы түсінеміз.

rc relaxation oscillator — RC Релаксациялық осциллятор

Мұнда, конденсатор лампа мен батарея арасына қосылған. Бұл схема әдетте мигушы схема немесе RC жаңартулы осциллятор ретінде белгілі.

Батарея резистор арқылы конденсаторды толтырады. Конденсаторды толтыру кезінде лампа ОФФ режимінде болады.

Конденсатор көлемінің шектік мәніне жеткенде, ол лампа арқылы тазаланады. Сондықтан, конденсаторды тазалау кезінде лампа жарып тұрады.

Конденсатор тазаланғанда, ол қайта батарея арқылы толтырылады. Лампа ОФФ режимінде болады.

Сонымен, конденсаторды толтыру және тазалау процесі жалғасқан және периодты.

Конденсаторды толтыру уақыты уақыт тұрақтысына байланысты анықталады. Уақыт тұрақтысы RC схемасы үшін резистор және конденсатордың мәндеріне байланысты.

Сонымен, лампаның мигушы темпі резистор және конденсатордың мәндеріне байланысты анықталады.

Лампадағы сигналдың графигі төмендегі суретте көрсетілген.

rc relaxation oscillator waveform — RC Жаңартулы Осциллятор Сигналдың Графигі

Шығыс сигналды басқару үшін схемада сызықты емес элементтер қолданылады.

Жаңартулы Осциллятор Схемасы

Жаңартулы осциллятор схемасында арт-арттырмалы элементтер пайдаланылған, олар әртүрлі түрлердегі шығыс сигналдарын жасайды. Сызықты емес элементтерді пайдалануына байланысты, жаңартулы осциллятор үш түрлі схемаға бөлінеді.

Оп-амп релаксациялық осциллятор

Оп-амп релаксациялық осциллятор басқа атауымен астабильді мультивибратор. Оны квадраттық толқындарды жасау үшін пайдаланатын. Оп-амп релаксациялық осциллятор схемасы төмендегі суретте көрсетілген.

Бұл схема конденсаторды, омметтерді және оп-ампты қамтиды.

Оп-амптың инверсиясыз терминалы RC схемасымен байланысты. Сондықтан, конденсатордың напряжымы VC оп-амптың инверсиясыз терминалы V- напряжымына тең. Инверсиялы терминал омметтермен байланысты.

Егер оп-амп оң фидбекпен қолданылса, схема Шмитт триггер деп аталады.

Егер V+ V- дан үлкен болса, шығыс напряжымы +12В. Егер V- V+ дан үлкен болса, шығыс напряжымы -12В.

Бастапқы шарттары бойынша, t=0 уақытта, конденсатор толығымен зарядталмаған деп есептейміз. Сондықтан, инверсиясыз терминалдағы напряжым V-=0. Инверсиялы терминалдағы V+ напряжымы βVout ге тең.

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

Есептеулерді жеңілдету үшін, біз R2 және R3 таңбалары бірдей деп қабылдаймыз. Сондықтан, β=2 және βVout=6В. Сондықтан, конденсатор 6В-ге дейін толтырылады және азайтады.

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

Бұл шартта, V+ V- -ден үлкен. Сондықтан, шығыс напряжение Vout=+12В. Конденсатор толтырылуы басталады.

Конденсатор напряжениесы 6В-ден үлкен болғанда, V- V+ -тен үлкен болады. Сондықтан, шығыс напрямение -12В-ге өзгереді.

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

Бұл шартта, терс терминалдың напрямдасының полярлығы өзгереді. Сондықтан, V+ = -6В.

Енді, конденсатор -6В-ге дейін заряддан босатылады. Егер конденсатордың напрямдасы -6В-нан төмен болса, V+ V- -ден жоғары болады.

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

Сондықтан, шығыс напрямдасы -12В-нан +12В-ге өзгереді. Енді, конденсатор заряддан қабылдауға бастайды.

Сондықтан, конденсатордың заряддан қабылдау және заряддан босату циклі шығыс терминалында периодты және кайталанатын квадратты сигналды жасайды, төмендегі суретте көрсетілгендей.

op amp relaxation oscillator waveform — ОУ арқылы релаксация осцилляторының сигналы

Шығыс сигналдың дауысы RC контурының уақыттық тұрақтылығына байланысты конденсатордың жарықтау-шығару уақытына байланысты болады.

UJT Relaxation Oscillator

UJT (бірқатарлы транзистор) денсаулық осцилляторында ауытқу элементі ретінде қолданылады. UJT денсаулық осцилляторының электр схемасы төмендегі суретте көрсетілген.

UJT-ның эмиттер терминалы резистор мен конденсатормен байланысты.

Бастапқыда конденсатор шығарылған деп есептейміз. Сондықтан, конденсатордағы напряжение нөлге тең.

$V_C = 0$

Осы жағдайда UJT OFF режимінде қалады. Конденсатор R резисторы арқылы төмендегі теңдеу бойынша жарықталады.

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

Конденсатор толық зарядталғанша зарядталады, дейін ол максималды берілетін напряжение VBB жетеді.

Егер конденсатор бойындағы напряжение берілетін напряженнен үлкен болса, UJT-ді ОН режиміне өткізеді. Содан кейін конденсатор зарядталуы тоқталады және R1 резистор арқылы зарядын босатып бастайды.

Конденсатор UJT-дің терең напряжение (VV) деңгейіне дейін зарядын босатады. Содан кейін UJT OFF режиміне өтеді және конденсатор зарядталуы басталады.

Сонымен, конденсаторды зарядтау және зарядын босату процесі конденсатор бойында пилешек формасындағы сигналды жасайды. Конденсатор зарядын босату кезінде R2 резистор бойында напряжение пайда болады, ал зарядталу кезінде нөлге тең болады.

Конденсатор мен R2 резистор бойындағы напряжение сигналы төмендегі суретте көрсетілген.

ujt relaxation oscillator waveform — UJT Relaxation Oscillator Waveform

Relaxation Oscillator Frequency

Релаксациялық осциллятордың дауысы RC контурындағы конденсатордың зарядтау және разрядтау уақытына байланысты болады. RC контурында зарядтау және разрядтау уақыты тұрақты уақытқа байланысты анықталады.

Оп-амп релаксациялық осциллятордың дауысы

Оп-амп релаксациялық осцилляторда R1 және C1 осцилляция дауысына үлес қосады. Сондықтан, төмен дауысты осцилляция үшін, конденсаторды зарядтау және разрядтау үшін ұзақ уақыт керек. Және зарядтау және разрядтау үшін ұзақ уақыт үшін, R1 және C1 мәндерін жоғарыреттеу керек.

Сол сияқты, R1 және C1 мәндерінің аз мәні жоғары дауысты осцилляцияға әкеледі.

Бірақ, дауысты есептеуде R2 және R3 резисторлары да маңызды роль атқарады. Себебі, бұл резисторлар конденсатордың порогтық напряжение деңгейін анықтайды, ал конденсатор бұл напряжение деңгейіне дейін зарядталады.

Егер порогтық напряжение төмен болса, зарядтау уақыты тез болады. Сол сияқты, порогтық напряжение жоғары болса, зарядтау уақыты ауызша болады.

Сондықтан, осцилляция дауысы R1, R2, R3 және C1 мәндеріне байланысты болады. Оп-амп релаксациялық осциллятордың дауысы формуласы мынадай:

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

Мұнда,

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

Көптеген жағдайда, R2 және R3 сандары бірдей болады, олардың қолдануы мен есептеуі қиыншылығын азайтады.

$R_2 = R_3 = R$

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

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

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

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

R1 және C1 мәндерін енгізгенде, Оп-Амп релаксация осцилляторының титрелу дағысын таба аламыз.

UJT релаксация осцилляторының дағысы

UJT релаксация осцилляторында да, дағысты RC контуры анықтайды. UJT релаксация осцилляторының схемасында көрсетілгендей, R1 және R2 резисторлары ток шектейді. Дағыс титрелуі R резисторы мен C конденсаторына байланысты болады.

UJT релаксация осцилляторы үшін дағыс формуласы төмендегідей:

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

Мұнда:

n = Интринсик жою коэффициенті. n мәні 0.51-ден 0.82-ге дейін жатады.

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

UJT түймегін қосу үшін қажетті ең аз напряжение;

$V = n V_{BB} + V_D$

Мұнда,

VBB = батырлама напряжасы

VD = эмиттер мен база-2 терминалы арасындағы ішкі диодтың напряжасы

R резисторының мәні мына аралықта болады.

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

Мұнда,

VP, IP = пиктік напруга және ағым

VV, IV = төмен напруга және ағым

Дендергіш осциллятордың дифференциалдық теңдеуі

Дендергіш осциллятордың схемасында R2 және R3 сопротивления бірдей мәнге ие. Сондықтан, напруганың бөлу ережесіне сәйкес:

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

V– Ом заңы мен конденсатордың дифференциалдық теңдеуі арқылы анықталады;

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

Бұл дифференциалдық теңдеудің екі шешімі бар: тәулікті шешім және однородті шешім.

Тәулікті шешім үшін V- тұрақты сан. V– = A деп есептейміз. Сондықтан, тұрақты санның дифференциалы нөлге тең,

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

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

$V_{out} = A$

Тәуелсіз шешім үшін төмендегі теңдеудің Лаплас айналдыруын пайдаланыңыз;

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

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

V– бұл қосымша және тәуелсіз шешімдердің қосындысы.

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

B мәнін табу үшін бастапқы шартты бағалау керек.

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

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

$B = -V_{dd}$

Сонымен, V- ға арналған соңғы шешім:

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

Салыстырушылар мен Оп-Амперлерін салыстыру

Оп-Амперлерді орнына салыстырушылар да қолданылады. Оп-Амперге ұқсас, компенсаторлар жолаушыларды басқару үшін өнімдерді табанынан жоғары дейін қозғалтыруға арналған.

Салыстырушы Оп-Амперге қарағанда тез қамырып, төмендетеді. Сондықтан, осциллятор схемасы үшін салыстырушы Оп-Амперге қарағанда ұсынылатын.

Оп-Амперде тышқандық шығыс бар. Сондықтан, егер Оп-Амперді қолданып жатсаңыз, тышқандық резистор қажет емес. Бірақ, егер салыстырушын қолданып жатсаңыз, тышқандық резистор қажет болады.

Кездесімді осцилляторлардың қолданылуы

Кездесімді осцилляторлар кез келген цифирлік схема үшін ішкі сағат сигналын қалыптастыру үшін қолданылады. Олар төмендегі қолданылу тізімінде да қолданылады.

- Напрямды басқару осцилляторы
- Өрістер схемалары
- Сигнал өндірісші (сағат сигналдарын өндіру үшін)
- Стробоскоптар
- Тиристордың негізінде құрылған схема
- Көптеген вибраторлар
- Теледидар алғашқы табыстары
- Есептіктер
Баяндама: Оригиналды сыйлаңыз, жақсы мақалалар бөлісуге тұрмысты, қолданылатын материалдарда қындылық болса, өшіру үшін хабарласыңыз.