స్వీకరణ అయిన ఒసిలేటర్: అది ఏం? (మరియు అది ఎలా పని చేస్తుంది)

ఫీల్డ్: ప్రాథమిక విద్యుత్‌కళా శాస్త్రం

China

ఎందుకు రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్

రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ అనేది ఒక నంటైన విద్యుత్ ఆసిలేటర్ చక్రం, ఇది నంటైన-సైనసాయిడల్ పునరావృత ఫలిత సిగ్నల్ను తయారు చేయగలదు. రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ ఆసిలేటర్ హెన్రి అబ్రహామ్ మరియు యుజీన్ బ్లోచ్ ద్వారా ప్రథమ విశ్వయుద్ధం కాలంలో వ్యూహాంగార ట్యూబ్ ఉపయోగించి ఉమ్మడి చేశారు.

ఆసిలేటర్లు రెండు విభిన్న వర్గాల్లో విభజించబడతాయి; లీనియర్ ఆసిలేటర్లు (సైనసాయిడల్ వేవ్‌ఫార్మ్‌లకు) మరియు రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్లు (నంటైన-సైనసాయిడల్ వేవ్‌ఫార్మ్‌లకు).

ఇది త్రిభుజాకార, చతురస్రాకార, మరియు దీర్ఘచతురస్రాకార వేవ్‌లు వంటి నంటైన-సైనసాయిడల్ వేవ్‌ఫార్మ్‌లకు పునరావృత మరియు ప్రియోడిక్ సిగ్నల్ను తయారు చేయడం అవసరం.

రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ యొక్క డిజైన్ లో ట్రాన్సిస్టర్, Op-Amp, లేదా MOSFET వంటి నంటైన ఎలిమెంట్లు మరియు కాపాసిటర్, ఇండక్టర్ వంటి శక్తి నిల్వ పరికరాలు ఉండాలి.

ఒక చక్రాన్ని తయారు చేయడానికి, కాపాసిటర్ మరియు ఇండక్టర్ నిరంతరం చార్జ్ మరియు డిచార్జ్ అవుతాయి. మరియు చక్రం యొక్క ప్రావర్తన కాలం లేదా ఓసిలేషన్ కాలం సమయ స్థిరాంకంపై ఆధారపడుతుంది.

రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ ఎలా పనిచేస్తుంది?

రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ కాపాసిటర్ మరియు ఇండక్టర్ వంటి శక్తి నిల్వ పరికరాలను కలిగి ఉంటుంది. ఈ పరికరాలు ఒక మూలాన్ని ద్వారా చార్జ్ అవుతాయి మరియు ఒక లోడ్ ద్వారా డిచార్జ్ అవుతాయి.

రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ యొక్క ఫలిత వేవ్‌ఫార్మ్ ఆకారం చక్రం యొక్క సమయ స్థిరాంకంపై ఆధారపడుతుంది.

ఒక ఉదాహరణతో రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ల పనికట్టును అర్థం చేసుకుందాం.

rc relaxation oscillator — రిసి రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్

ఇక్కడ, ఒక కాన్డెన్సర్ బల్బ్ మరియు బ్యాటరీ మధ్య కనెక్ట్ చేయబడింది. ఈ సర్క్యూట్‌ను ఫ్లాషర్ సర్క్యూట్ లేదా RC రిల్యాక్షన్ ఆస్సిలేటర్ గా కూడా పిలుస్తారు.

బ్యాటరీ రిజిస్టర్ ద్వారా కాన్డెన్సర్‌ను చార్జ్ చేస్తుంది. కాన్డెన్సర్ చార్జ్ అవుతున్నప్పుడు, బల్బ్ ఓఫ్ స్థితిలో ఉంటుంది.

కాన్డెన్సర్ దగ్గర థ్రెషోల్డ్ విలువను చేరినప్పుడు, అది బల్బ్ ద్వారా డిస్చార్జ్ చేస్తుంది. అందువల్ల, కాన్డెన్సర్ డిస్చార్జ్ అవుతున్నప్పుడు, బల్బ్ ప్రకాశిస్తుంది.

కాన్డెన్సర్ డిస్చార్జ్ అయినప్పుడు, అది మళ్ళీ సోర్స్ ద్వారా చార్జ్ అవుతుంది. మరియు బల్బ్ ఓఫ్ స్థితిలో ఉంటుంది.

కాబట్టి, కాన్డెన్సర్ ను చార్జ్ చేసుకునే మరియు డిస్చార్జ్ చేసుకునే ప్రక్రియ నిరంతరం మరియు ప్రియోడిక్ ఉంటుంది.

కాన్డెన్సర్ యొక్క చార్జింగ్ సమయం టైమ్ కన్స్టంట్ ద్వారా నిర్ధారించబడుతుంది. మరియు టైమ్ కన్స్టంట్ RC సర్క్యూట్ కోసం రిజిస్టర్ మరియు కాన్డెన్సర్ విలువపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

కాబట్టి, బల్బ్ యొక్క ఫ్లాషింగ్ రేటు రిజిస్టర్ మరియు కాన్డెన్సర్ విలువపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

బల్బ్ యొక్క వేవ్‌ఫార్మ్‌లు క్రింది చిత్రంలో చూపించబడ్డాయి.

rc relaxation oscillator waveform — RC రిల్యాక్షన్ ఆస్సిలేటర్ వేవ్‌ఫార్మ్

అవుట్‌పుట్ వేవ్‌ఫార్మ్‌ని నియంత్రించడానికి, సర్క్యూట్‌లో ఎంపికైన లైనీయర్ నాణ్యతలను ఉపయోగిస్తారు.

రిల్యాక్షన్ ఆస్సిలేటర్ సర్క్యూట్ డయాగ్రమ్

రిల్యాక్షన్ ఆస్సిలేటర్ సర్క్యూట్ డయాగ్రమ్‌లో వివిధ రకాల అవుట్‌పుట్ వేవ్‌ఫార్మ్‌లను ఉత్పత్తించడానికి లైనీయర్ నాణ్యత ఉపకరణం ఉంటుంది. లైనీయర్ ఉపకరణాల ఉపయోగం ప్రకారం, రిల్యాక్షన్ ఆస్సిలేటర్ మూడు రకాల సర్క్యూట్ డయాగ్రమ్‌లో విభజించబడుతుంది.

ఓప్-అంప్ రిలక్సేషన్ ఆస్సిలేటర్

ఓప్-అంప్ రిలక్సేషన్ ఆస్సిలేటర్ కూడా ఎస్టేబుల్ మల్టివిబ్రేటర్గా పిలువబడుతుంది. ఇది చౌకొండ తరంగాలను ఉత్పత్తించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఓప్-అంప్ రిలక్సేషన్ ఆస్సిలేటర్ యొక్క వైద్యుత పటం క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది.

op amp relaxation oscillator — ఓప్-అంప్ రిలక్సేషన్ ఆస్సిలేటర్

ఈ వైద్యుత పరికరంలో కాపాసిటర్, రిజిస్టర్లు, మరియు ఓప్-అంప్ ఉన్నాయి.

ఓప్-అంప్ యొక్క నాన్-ఇన్వర్టింగ్ టర్మినల్ RC వైద్యుత పరికరంతో కనెక్ట్ చేయబడింది. కాబట్టి, కాపాసిటర్ వోల్టేజ్ VC ఓప్-అంప్ యొక్క నాన్-ఇన్వర్టింగ్ టర్మినల్ V- యొక్క వోల్టేజ్ అనేక్కడ ఒక్కటి. మరియు ఇన్వర్టింగ్ టర్మినల్ రిజిస్టర్లతో కనెక్ట్ చేయబడింది.

ఓప్-అంప్ పాజిటివ్ ఫీడ్బ్యాక్ తో ఉపయోగించబడినప్పుడు, వైద్యుత పరికర చిత్రంలో చూపినట్లు, ఈ వైద్యుత పరికరాన్ని ష్మిట్ ట్రిగర్ అని పిలుస్తారు.

V+ V- కన్నా ఎక్కువ ఉన్నప్పుడు, ఔట్పుట్ వోల్టేజ్ +12V. మరియు V- V+ కన్నా ఎక్కువ ఉన్నప్పుడు, ఔట్పుట్ వోల్టేజ్ -12V.

ప్రారంభ పరిస్థితికి, t=0 వ్యవధిలో, కాపాసిటర్ ముందుగా డిస్చార్జ్ అయ్యినట్లు ఊహించండి. కాబట్టి, నాన్-ఇన్వర్టింగ్ టర్మినల్ వోల్టేజ్ V-=0. మరియు ఇన్వర్టింగ్ టర్మినల్ V+ వోల్టేజ్ βVoutకి సమానం.

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

లెక్కించడానికి సులభంగా చేయడానికి, మేము R2 మరియు R3 అదే ఉన్నాయని భావిస్తున్నాము. కాబట్టి, β=2 మరియు βVout=6V. కాబట్టి, కాపాకిటర్ 6V వరకు చార్జ్ మరియు డిచార్జ్ చేస్తుంది.

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

ఈ పరిస్థితిలో, V+ V- కన్నా ఎక్కువ. కాబట్టి, అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ Vout=+12V. మరియు కాపాకిటర్ చార్జ్ ప్రారంభించుతుంది.

కాపాకిటర్ వోల్టేజ్ 6V కన్నా ఎక్కువ ఉంటే, V- V+ కన్నా ఎక్కువ ఉంటుంది. కాబట్టి, అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ -12V మధ్యంతరం మారుతుంది.

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

ఈ పరిస్థితిలో, అనుక్రమ టర్మినల్ వోల్టేజ్ దశలను మార్చబడుతుంది. కాబట్టి, V+=-6V.

ఇప్పుడు, కాపాసిటర్ -6V వరకు డిస్‌చార్జ్ చేస్తుంది. కాపాసిటర్ వోల్టేజ్ -6V కన్నా తక్కువగా ఉంటే, మళ్ళీ V+ V- కన్నా ఎక్కువగా ఉంటుంది.

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

కాబట్టి, మళ్ళీ ఔట్‌పుట్ వోల్టేజ్ -12V నుండి +12V మధ్యకి మారుతుంది. మళ్ళీ, కాపాసిటర్ చార్జ్ ప్రారంభించుతుంది.

కాబట్టి, కాపాసిటర్ యొక్క చార్జింగ్ మరియు డిస్‌చార్జింగ్ చక్రం ఆట్పుట్ టర్మినల్‌లో ఒక ప్రియోదయమైన మరియు పునరావృత స్క్వేర్ వేవ్‌ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, క్రింది చిత్రంలో చూపినట్లు.

op amp relaxation oscillator waveform — ఓప్-అంప్ రిలాక్షేషన్ ఆస్సిలేటర్ వేవ్‌ఫార్మ్

అవత్లన తరంగానికి ఆవృత్తి కాపాసిటర్‌న చార్జ్ మరియు డిచార్జ్ సమయంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కాపాసిటర్‌న చార్జ్-డిచార్జ్ సమయం RC సర్క్యుట్ సమయ స్థిరాంకంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

UJT రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్

UJT (యునిజంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్) రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్‌లో స్విచింగ్ పరికరంగా ఉపయోగించబడుతుంది. UJT రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్ సర్క్యుట్ రంగాన్ని క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది.

ujt relaxation oscillator — UJT రిల్యాక్షన్ ఆసిలేటర్

UJT యొక్క ఎమిటర్ టర్మినల్ ఒక రిజిస్టర్ మరియు కాపాసిటర్‌తో కనెక్ట్ చేయబడింది.

మనం కాపాసిటర్ మొదట డిచార్జ్ అవుతుందని ఊహించండి. కాబట్టి, కాపాసిటర్ వోల్టేజ్ సున్నా.

$V_C = 0$

ఈ పరిస్థితిలో, UJT OFF లో ఉంటుంది. మరియు కాపాసిటర్ R రిజిస్టర్ ద్వారా క్రింది సమీకరణం ప్రకారం చార్జ్ ప్రారంభిస్తుంది.

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

కాపాసీటర్ అత్యధిక మందిని వైద్యుతం VBB చేరవరకూ చార్జ్ అవుతుంది.

కాపాసీటర్ పై వైద్యుతం ఆపురిశించబడిన వైద్యుతం కంటే ఎక్కువగా ఉంటే, UJT ని ON చేయబడుతుంది. తర్వాత కాపాసీటర్ చార్జ్ అవుతుంది మరియు R1 ద్వారా డిస్చార్జ్ అవుతుంది.

కాపాసీటర్ కాపాసీటర్ వైద్యుతం UJT యొక్క గ్రామం వైద్యుతం (VV) చేరవరకూ డిస్చార్జ్ అవుతుంది. తర్వాత UJT ని OFF చేయబడుతుంది మరియు కాపాసీటర్ చార్జ్ ప్రారంభమవుతుంది.

కాబట్టి, కాపాసీటర్ చార్జ్ మరియు డిస్చార్జ్ చేయడం ద్వారా కాపాసీటర్ పై సోహాపు వైద్యుత లక్షణం ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. మరియు కాపాసీటర్ డిస్చార్జ్ అవుతున్నప్పుడు R2 పై వైద్యుతం కనిపిస్తుంది మరియు కాపాసీటర్ చార్జ్ అవుతున్నప్పుడు దీని విలువ సున్నా ఉంటుంది.

కాపాసీటర్ మరియు R2 పై వైద్యుత లక్షణం క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది.

ujt relaxation oscillator waveform — UJT Relaxation Oscillator Waveform

Relaxation Oscillator Frequency

ప్రస్నా ఒసిలేటర్ యొక్క ఆవృత్తి కాండెన్సర్ యొక్క చార్జ్ మరియు డిచార్జ్ సమయంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. RC సర్క్యూట్లో, చార్జ్ మరియు డిచార్జ్ సమయం సమయ స్థిరాంకం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.

ఓప్-అంప్ రిలాక్షన్ ఒసిలేటర్ యొక్క ఆవృత్తి

ఓప్-అంప్ రిలాక్షన్ ఒసిలేటర్లో, R1 మరియు C1 ఒసిలేటర్ ఆవృత్తికి దాని ప్రభావం చూపుతాయి. అందువల్ల, తక్కువ ఆవృత్తి ఒసిలేటర్ కోసం, మనం కాండెన్సర్ని చార్జ్ మరియు డిచార్జ్ చేయడానికి ఎక్కువ సమయం అవసరం. మరియు చార్జ్ మరియు డిచార్జ్ కోసం ఎక్కువ సమయం అవసరం అయినప్పుడు, మనం ఎక్కువ R1 మరియు C1 విలువలను సెట్ చేయాలి.

అదేవిధంగా, R1 మరియు C1 యొక్క తక్కువ విలువలు ఎక్కువ ఆవృత్తి ఒసిలేటర్ కారణం చేస్తాయి.

కానీ, ఆవృత్తి లెక్కింపులో, R2 మరియు R3 రెండు రెసిస్టర్లు కూడా ముఖ్య పాత్ర పోషిస్తాయి. ఈ రెసిస్టర్లు కాండెన్సర్ యొక్క ప్రాప్తి వోల్టేజ్ను నిర్ణయిస్తాయి, మరియు కాండెన్సర్ ఈ వోల్టేజ్ స్థాయి వరకు చార్జ్ అవుతుంది.

ప్రాప్తి వోల్టేజ్ తక్కువ అయితే, చార్జ్ సమయం త్వరగా అవుతుంది. అదేవిధంగా, ప్రాప్తి వోల్టేజ్ ఎక్కువ అయితే, చార్జ్ సమయం చల్లగా అవుతుంది.

కాబట్టి, ఒసిలేటర్ ఆవృత్తి R1, R2, R3, మరియు C1 విలువలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. మరియు ఓప్-అంప్ రిలాక్షన్ ఒసిలేటర్ ఆవృత్తి సూత్రం;

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

ఇక్కడ,

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

అనేక పరిస్థితులలో, R2 మరియు R3 లను ఒకే విలువగా ఉంటారు ఎందుకంటే డిజైన్ మరియు కాల్కులేషన్‌లను సులభంగా చేయడానికి.

$R_2 = R_3 = R$

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

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

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

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

రిజిస్టర్ విలువలు R1 మరియు C1ని ఇచ్చుకోవడం ద్వారా ఆప్-అంప్ రిలెక్షన్ ఆస్సిలేటర్ యొక్క కంపన తరంగదైర్ధ్యం కనుగొనవచ్చు.

UJT రిలెక్షన్ ఆస్సిలేటర్ యొక్క తరంగదైర్ధ్యం

UJT రిలెక్షన్ ఆస్సిలేటర్లో కూడా, తరంగదైర్ధ్యం RC సర్క్యూట్పై ఆధారపడుతుంది. UJT రిలెక్షన్ ఆస్సిలేటర్ యొక్క సర్క్యూట్ చిత్రంలో చూపించబడినట్లు, రిజిస్టర్లు R1 మరియు R2 కరెంట్ లిమిటింగ్ రిజిస్టర్లు. మరియు కంపన తరంగదైర్ధ్యం రిజిస్టర్ R మరియు కాపాసిటర్ C పై ఆధారపడుతుంది.

UJT రిలెక్షన్ ఆస్సిలేటర్ యొక్క తరంగదైర్ధ్యం సూత్రం;

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

ఇక్కడ;

n = అంతర్నిహిత స్థితి నిష్పత్తి. n విలువ 0.51 నుండి 0.82 మధ్య ఉంటుంది.

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

యుజెట్‌ను ఎన్‌నించడానికి అవసరమైన కనిష్ఠ వోల్టేజ్‌:

$V = n V_{BB} + V_D$

ఇక్కడ,

VBB = పరిశ్రవణ వోల్టేజ్

VD = ఈమీటర్ మరియు బేస్-2 టర్మినల్ మధ్య అంతర్గత డైఓడ్ వోల్టేజ్ విడదల

R రెసిస్టర్ విలువ క్రింది పరిమితిలో ఉంటుంది.

$గరిష్టం = \frac{V_{BB}-V_P}{I_P} \quad కనిష్ఠం=\frac{V_{BB}-V_V}{I_V}$

క్రిందివిలో,

VP, IP = పీక్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్

VV, IV = వాలీ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్

రిల్యాక్సేషన్ ఆసిలేటర్ డిఫరెన్షియల్ ఈక్వేషన్

రిల్యాక్సేషన్ ఆసిలేటర్ యొక్క సర్కిట్ డయాగ్రమ్‌లో, రిఝిస్టర్లు R2 మరియు R3 సమాన విలువలు కలిగివున్నాయి. కాబట్టి, వోల్టేజ్ డైవైడర్ నియమం ప్రకారం;

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

వోల్టేజ్ ఓహ్మ్స్ లావ్ మరియు కాపాసిటర్ డిఫరెన్షియల్ ఈక్వేషన్ ద్వారా పొందబడుతుంది;

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

ఈ డిఫరెన్షియల్ ఈక్వేషన్‌కు రెండు పరిష్కారాలు ఉన్నాయి; పార్టిక్యులర్ సొల్యూషన్ మరియు హోమోజనియస్ సొల్యూషన్.

పార్టిక్యులర్ సొల్యూషన్ కోసం, V- ఒక స్థిరమైనది. V- = A అనుకుందాం. కాబట్టి, స్థిరమైనది యొక్క వికలనం సున్నా,

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

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

$V_{out} = A$

సమాన పరిష్కారం కోసం, క్రింది సమీకరణానికి లాప్లాస్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఉపయోగించండి;

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

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

V– అనేది విశేష మరియు సమాన పరిష్కారాల మొత్తం.

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

బి విలువను కనుగొనడానికి, మూల పరిస్థితిని మాపంచడం అవసరం.

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

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

$B = -V_{dd}$

కాబట్టి, V- యొక్క చివరి పరిష్కారం;

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

పోలీనర్‌లు మరియు ఓప్-అంప్స్

ఓప్-అంప్ కి బదులుగా పోలీనర్ కూడా ఉపయోగించబడతుంది. ఓప్-అంప్ వంటివిగానే, పోలీనర్లు రెండు రైల్‌ల మధ్యకు ప్రవహించేలా రండించబడతాయి.

పోలీనర్ లో ఓప్-అంప్ కంటే త్వరగా పెరిగి ఎరువుతుంది. అందువల్ల, ఓసిలేటర్ సర్క్యూట్ కోసం పోలీనర్ ఓప్-అంప్ కంటే చాలా సరైనది.

ఓప్-అంప్ కి ప్రశ్నాంక ప్రవహనం ఉంటుంది. కాబట్టి, ఓప్-అంప్ ఉపయోగించినప్పుడు, పుల్-అప్ రెజిస్టర్ ఉపయోగించడం అవసరం లేదు. కానీ, పోలీనర్ ఉపయోగించినప్పుడు, పుల్-అప్ రెజిస్టర్ ఉపయోగించాలి.

రిలాక్సేషన్ ఓసిలేటర్ల అనువర్తనాలు

రిలాక్సేషన్ ఓసిలేటర్లు ఏదైనా డిజిటల్ సర్క్యూట్ కోసం అంతర్గత క్లాక్ సిగ్నల్ తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి. అదే విధంగా, క్రింది అనువర్తనాలలో కూడా ఉపయోగించబడతాయి.