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आराम संचालक: यो के हो? (र यसले कसरी काम गर्छ)

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फील्ड: मूलभूत विद्युत
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China

रिलक्सेशन ऑसिलेटर क्या है?

रिलक्सेशन ऑसिलेटर एक गैर-रैखिक इलेक्ट्रोनिक ऑसिलेटर सर्किट है जो एक गैर-साइनसॉइडल पुनरावृत्त आउटपुट सिग्नल उत्पन्न कर सकता है। रिलक्सेशन ऑसिलेटर पहली विश्व युद्ध के दौरान हेन्री अब्राहम और युजीन ब्लोच द्वारा एक वैक्यूम ट्यूब का उपयोग करके आविष्कार किया गया था।

ऑसिलेटर दो अलग-अलग श्रेणियों में वर्गीकृत होते हैं; रैखिक ऑसिलेटर (साइनसॉइडल तरंगाओं के लिए) और रिलक्सेशन ऑसिलेटर (गैर-साइनसॉइडल तरंगाओं के लिए)।

यह त्रिभुज, वर्ग, और आयताकार तरंगों जैसी गैर-साइनसॉइडल तरंगाओं के लिए एक आवर्ती और आवर्ती सिग्नल प्रदान करना चाहिए।

रिलक्सेशन ऑसिलेटर की डिजाइन में ट्रांजिस्टर, ओप-एम्प, या मोसफेट जैसे गैर-रैखिक तत्व और कैपेसिटर और इंडक्टर जैसे ऊर्जा संचय उपकरण शामिल होने चाहिए।

एक चक्र उत्पन्न करने के लिए, कैपेसिटर और इंडक्टर निरंतर चार्ज और डिचार्ज होते हैं। और चक्र की आवृत्ति या दोलन की अवधि समय स्थिरांक पर निर्भर करती है।

रिलक्सेशन ऑसिलेटर कैसे काम करता है?

रिलक्सेशन ऑसिलेटर में कैपेसिटर और इंडक्टर जैसे ऊर्जा संचय उपकरण शामिल होते हैं। ये उपकरण एक स्रोत द्वारा चार्ज होते हैं और एक लोड के माध्यम से डिचार्ज होते हैं।

रिलक्सेशन ऑसिलेटर के आउटपुट तरंगाकार का आकार सर्किट के समय स्थिरांक पर निर्भर करता है।

रिलक्सेशन ऑसिलेटर के कामकाज को एक उदाहरण के साथ समझें।

rc relaxation oscillator
आरसी रिलक्सेशन ऑसिलेटर

यहाँ, एक कैपसिटर बल्ब और बैटरी के बीच जोड़ा गया है। इस सर्किट को फ्लैशर सर्किट या आरसी रिलैक्सेशन ऑसिलेटर के रूप में भी जाना जाता है।

बैटरी प्रतिरोधक के माध्यम से कैपसिटर को चार्ज करती है। कैपसिटर के चार्जिंग के दौरान, बल्ब ऑफ अवस्था में रहता है।

जब कैपसिटर अपने थ्रेसहोल्ड मूल्य तक पहुंच जाता है, तो वह बल्ब के माध्यम से डिस्चार्ज होता है। इस प्रकार, कैपसिटर के डिस्चार्जिंग के दौरान, बल्ब ग्लो करता है।

जब कैपसिटर डिस्चार्ज हो जाता है, तो वह फिर से स्रोत द्वारा चार्जिंग शुरू कर देता है। और बल्ब ऑफ रहता है।

इसलिए, कैपसिटर के चार्जिंग और डिस्चार्जिंग की प्रक्रिया निरंतर और आवर्ती होती है।

कैपसिटर का चार्जिंग समय समय स्थिरांक द्वारा निर्धारित होता है। और समय स्थिरांक आरसी सर्किट के लिए प्रतिरोधक और कैपसिटर के मूल्य पर निर्भर करता है।

इसलिए, बल्ब की फ्लैशिंग दर प्रतिरोधक और कैपसिटर के मूल्य पर निर्भर करती है।

बल्ब के पास नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए तरंग रूप हैं।

rc relaxation oscillator waveform
आरसी रिलैक्सेशन ऑसिलेटर तरंग रूप

आउटपुट तरंग रूप को नियंत्रित करने के लिए, सर्किट में गैर-रैखिक तत्वों का उपयोग किया जाता है।

रिलैक्सेशन ऑसिलेटर सर्किट आरेख

रिलैक्सेशन ऑसिलेटर सर्किट आरेख में विभिन्न प्रकार के आउटपुट तरंग रूप उत्पन्न करने के लिए गैर-रैखिक डिवाइस शामिल होता है। गैर-रैखिक डिवाइस के उपयोग के अनुसार, रिलैक्सेशन ऑसिलेटर को तीन प्रकार के सर्किट आरेखों में वर्गीकृत किया जाता है।

ओप-एम्प रिलैक्सेशन ओसिलेटर

ओप-एम्प रिलैक्सेशन ओसिलेटर को एक अस्थायी मल्टीवाइब्रेटर भी कहा जाता है। यह वर्ग तरंग उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है। ओप-एम्प रिलैक्सेशन ओसिलेटर का सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है।

op amp relaxation oscillator
ओप-एम्प रिलैक्सेशन ओसिलेटर

यह सर्किट एक कैपेसिटर, रेजिस्टर और ओप-एम्प से बना होता है। 

ओप-एम्प का नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल एक आरसी सर्किट से जुड़ा होता है। इसलिए, कैपेसिटर वोल्टेज VC ओप-एम्प के नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल V- के वोल्टेज के समान होता है। और इनवर्टिंग टर्मिनल रेजिस्टर से जुड़ा होता है।

जब ओप-एम्प को धनात्मक प्रतिक्रिया के साथ इस्तेमाल किया जाता है, जैसा कि सर्किट आरेख में दिखाया गया है, तो यह सर्किट श्मिट ट्रिगर के रूप में जाना जाता है।

जब V+ V- से अधिक होता है, तो आउटपुट वोल्टेज +12V होता है। और जब V- V+ से अधिक होता है, तो आउटपुट वोल्टेज -12V होता है।

आरंभिक स्थिति के लिए, समय t=0 पर, मान लें कि कैपेसिटर पूरी तरह से डिस्चार्ज हो गया है। इसलिए नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल पर वोल्टेज V-=0 है। और इनवर्टिंग टर्मिनल पर वोल्टेज V+ βVout के बराबर होता है।


  \[ \beta = \frac{R_2}{R_2+R_3} \]


गणना सरल बनाउनको लागि, हामी R2 र R3 एउटै भएको मान्छु। त्यसैले, β=2 र βVout=6V हुन्छ। त्यसैले, कैपसिटर 6V सम्म चार्ज र डिसचार्ज हुनेछ।


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


यस परिस्थितिमा, V+ ले V- भन्दा ठूलो छ। त्यसैले, आउटपुट वोल्टेज Vout=+12V हुन्छ। र कैपसिटर चार्ज शुरु गर्छ।

जब कैपसिटर वोल्टेज 6V भन्दा ठूलो हुन्छ, V- ले V+ भन्दा ठूलो छ। त्यसैले, आउटपुट वोल्टेज -12V मा परिवर्तन हुन्छ।

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


यस परिस्थितिमा, अन्वयी टर्मिनल वोल्टेजको ध्रुवता बदल्छ। त्यसैले, V+=-6V हुन्छ।

अब, कपासिटर -6V सम्म डिस्चार्ज हुन्छ। जब कपासिटर वोल्टेज -6V भन्दा थुप्रो भएको छ, फेरि V+ ले V- भन्दा ठूलो हुन्छ।


  \[ V+ = -6V; \quad V-<-6V, \quad V+>V- \]


त्यसैले, फेरि आउटपुट वोल्टेज -12V बाट +12V मा परिवर्तन हुन्छ। र फेरि, कपासिटर चार्ज हुन्थ्यो।

त्यसैले, कपासिटरको चार्जिङ र डिस्चार्जिङ चक्रले आउटपुट टर्मिनलमा एक नियमित र दोहोर्यो वर्ग तरंग उत्पन्न गर्छ, जस्तै तलको चित्रमा देखाइएको छ।

op amp relaxation oscillator waveform
Op-Amp Relaxation Oscillator Waveform

आउटपुट लहरको आवृत्ति केपासिटरको चार्ज र डिस्चार्ज समय पर निर्भर छ। र केपासिटरको चार्ज-डिस्चार्ज समय RC सर्किटको समय स्थिरांक पर निर्भर छ।

UJT Relaxation Oscillator

UJT (unijunction transistor) को उपयोग रिलक्सेशन ऑसिलेटरमा स्विचिङ उपकरणको रूपमा गरिन्छ। UJT रिलक्सेशन ऑसिलेटरको सर्किट चित्र तल दिएको छ।

ujt relaxation oscillator
UJT Relaxation Oscillator

UJTको ईमिटर टर्मिनल एक रेसिस्टर र केपासिटरको साथ जोडियो।

हामी मान्छौँ कि शुरुमा केपासिटर डिस्चार्ज छ। त्यसैले, केपासिटर वोल्टेज शून्य हुन्छ।


  \[ V_C = 0 \]


यस परिस्थितिमा, UJT OFF रहन्छ। र केपासिटर तल दिएको समीकरण अनुसार R रेसिस्टरद्वारा चार्ज गर्न सुरु गर्छ।


  \[ V = V_0 (1-e^\frac{-t}{RC}) \]


कैपसिटर चार्ज हुन्छ जब सम्म यो अधिकतम प्रदान भएको वोल्टेज VBB पुग्छ।

जब कैपसिटरको वोल्टेज प्रदान भएको वोल्टेजभन्दा बढी छ भने, UJT को ON गर्न सक्षम छ। त्यसपछि कैपसिटर चार्ज गर्न बन्द गर्छ र R1 रेसिस्टर मार्फत डिस्चार्ज गर्न सुरु गर्छ।

कैपसिटर डिस्चार्ज गर्छ जब सम्म कैपसिटरको वोल्टेज UJT को वैली वोल्टेज (VV) पुग्छ। त्यसपछि, UJT OFF गरिएको छ र कैपसिटरको चार्जिङ सुरु गरिएको छ।

त्यसैले, कैपसिटरको चार्ज र डिस्चार्ज गर्ने प्रक्रियाले कैपसिटरमा सवारी आकारको वोल्टेज लहर उत्पन्न गर्छ। र वोल्टेज R2 रेसिस्टरमा कैपसिटरको डिस्चार्जिङ भएको समय देखिन्छ र चार्जिङ भएको समय शून्य रहन्छ।

कैपसिटर र R2 रेसिस्टरमा वोल्टेज लहर तलको चित्रमा देखाइएको छ।

ujt relaxation oscillator waveform
UJT Relaxation Oscillator Waveform

Relaxation Oscillator Frequency

रिलक्सेशन ऑसिलेटरको आवृत्ति कापासिटरको चार्ज र डिस्चार्ज समयद्वारा निर्धारित हुन्छ। आरसी परिपथमा, चार्ज र डिस्चार्ज समय समय स्थिरांकद्वारा निर्धारित हुन्छ।

ओप-एम्प रिलक्सेशन ऑसिलेटरको आवृत्ति

ओप-एम्प रिलक्सेशन ऑसिलेटरमा, R1 र C1 आवृत्तिको योगदान गर्छन्। यसैले, निम्न आवृत्तिको लागि, हामीले कापासिटरको चार्ज र डिस्चार्ज लागि लामो समय चाहिँछौं। र लामो समयको लागि, हामीले ठूलो R1 र C1 सेट गर्नुपर्छ।

इसको अनुरूप, R1 र C1को लघु मान उच्च आवृत्तिको कारण बन्छ।

तर, आवृत्तिको गणनामा, प्रतिरोधक R2 र R3 पनि महत्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। किनभने यी प्रतिरोधकहरूले कापासिटरको थ्रेसहोल्ड वोल्टेज निर्धारित गर्छन्, र कापासिटर यो वोल्टेज स्तरसम्म चार्ज हुन्छ।

यदि थ्रेसहोल्ड वोल्टेज निम्न छ, तब चार्ज समय त्वरित हुन्छ। इसको अनुरूप, थ्रेसहोल्ड वोल्टेज उच्च छ, तब चार्ज समय धीरे हुन्छ।

इसलिए, आवृत्ति R1, R2, R3, र C1को मानद्वारा निर्धारित हुन्छ। र ओप-एम्प रिलक्सेशन ऑसिलेटरको आवृत्ति सूत्र छ;


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


यहाँ,


  \[ k = \frac{R_2}{R_2+R_3} \]


अधिकांश स्थितिहरूमा, R2 र R3 डिझाइन र गणना सजिलो बनाउनको लागि समान हुन्छन्।


  \[ R_2 = R_3 = R \]



  \[ k = \frac{R}{2R} = \frac{1}{2} \]



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


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



  \[ f = \frac{1}{2.2 \times R_1 \times C_1} \]


R1 र र C1 को मानहरू प्रयोग गरेर ओप-एम्प आरामकोला दोषको दोधारु हर्कत आवृत्ति पत्ता लगाउन सकिन्छ।

UJT आरामकोला दोषको दोधारु हर्कत आवृत्ति

UJT आरामकोला दोषमा पनि आवृत्ति RC सर्किटद्वारा निर्धारित हुन्छ। UJT आरामकोला दोषको सर्किट चित्रमा देखिए, R1 र R2 धारा सीमितकारी प्रतिरोधहरू हुन्। र दोधारु हर्कत आवृत्ति प्रतिरोध R र क्षमता C द्वारा निर्भर छ।

UJT आरामकोला दोषको दोधारु हर्कत आवृत्तिको सूत्र छ:


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


जहाँ;

n = अंतर्निहित स्थितिशील अनुपात। र n को मान ०.५१ देखि ०.८२ बीच रहन्छ।


  \[ n =  \frac{R_1}{R_1 + R_2} \]


युजेटलाई चालू गर्न आवश्यक न्यूनतम वोल्टेज हो:


  \[ V = n V_{BB} + V_D \]


यहाँ,

VBB = विद्युत स्रोत

VD = उत्सर्जक र बेस-2 टर्मिनल बीचको आंतरिक डायोड ड्राप

रेझिस्टर R को मान निम्न श्रेणीमा परिमित हुन्छ:


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


यहाँ,

VP, IP = शिखर वोल्टेज र धारा

VV, IV = गुफा वोल्टेज र धारा

स्थगन अवस्रोसिलेटर डिफरेन्सियल समीकरण

स्थगन अवस्रोसिलेटरको परिपथ चित्रमा, प्रतिरोधक R2 र R3 को मान बराबर हुन्छ। त्यसैले, वोल्टेज विभाजक नियमअनुसार;


  \[ V_+ = \frac{V_{out}}{2} \]


V ओम कानून र क्षेपणीय समीकरणले प्राप्त गरिन्छ;


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


यस अवकल समीकरणको दुई उपायहरू छन्; विशिष्ट उपाय र सजातीय उपाय।

विशिष्ट उपायका लागि, V- एक स्थिरांक हुन्छ। मानौं V = A। त्यसैले, स्थिरांकको अवकलन शून्य हुन्छ,


  \[ \frac{dV_-}{dt} = \frac{dA}{dt} = 0 \]



  \[ \frac{A}{RC} = \frac{V_{out}}{RC} \]



  \[V_{out} = A \]


समान उत्तरको लागि निम्न समीकरणको लाप्लास रूपान्तरण प्रयोग गर्नुहोस्;


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



  \[ V_- = Be^{\frac{-1}{RC}t} \]


V विशेष र होमोजनियस समाधानको कुल हो।


  \[ V_- = A + Be^{\frac{-1}{RC}t} \]


B को मान पाउन, हामीले शुरुको स्थिति निर्धारण गर्नुपर्छ।


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



  \[ 0 = V_{dd} + Be^0 \]



  \[ B = -V_{dd} \]


यसैले V- को अन्तिम समाधान छ:


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


कम्पेरेटर र ओप-एम्प्स

कम्पेरेटरलाई ओप-एम्प्सको बदल वा प्रयोग गरिन्छ। ओप-एम्प्सको जस्तै, कम्पेरेटरहरूलाई रेल-टु-रेल ड्राइव गर्न डिझाइन गरिएको छ।

कम्पेरेटरले ओप-एम्प्स भन्दा फास्ट राइज टाइम र फाल टाइम हुन्छ। यसैले, कम्पेरेटरले ओसिलेटर सर्किटको लागि ओप-एम्प्स भन्दा उपयुक्त छ।

ओप-एम्प्सको धेरै पुष-पुल आउटपुटहरू छन्। त्यसैले, यदि तपाईं ओप-एम्प्स प्रयोग गरिरहनुहुनुभयो भने, पुल-अप रेसिस्टर प्रयोग गर्नुपर्दैन। तर यदि तपाईं कम्पेरेटर प्रयोग गरिरहनुहुनुभयो भने, तपाईंले पुल-अप रेसिस्टर प्रयोग गर्नुपर्छ।

रिलैक्सेशन ओसिलेटरहरूको प्रयोग

रिलैक्सेशन ओसिलेटरहरूलाई कुनै डिजिटल सर्किटको लागि आन्तरिक क्लक सिग्नल जनार्थ प्रयोग गरिन्छ। यसलाई तल दिएको अन्य प्रयोगहरूमा पनि प्रयोग गरिन्छ।

    • वोल्टेज नियन्त्रण दोलक

    • स्मृति परिपथ

    • सिग्नल उत्पादक (घडी सिग्नल उत्पादनका लागि)

    • स्ट्रोबोस्कोपहरू

    • थाइरिस्टर-आधारित परिपथ चालु गर्ने

    • मल्टी-वाइब्रेटरहरू

    • टेलिभिजन रिसीवरहरू

    • गणकहरू

    प्रतिज्ञा: मूल को सम्मान गर्नुहोस्, राम्रो लेखहरू साझा गर्ने लायक हुन्छन्, यदि उल्लङ्घन छ भने कृपया सम्पर्क गर्दा हटाउनुहोस्।

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