O'tish osilliatori: Bu nima? (Va qanday ishlaydi)

Maydon: Elektr tushunchalari

China

Nimadir O'tish Osilatori?

O'tish osilatori sinusoidal emas takrorlanuvchi signalni yaratish uchun ishlatiladigan chiziqli emas elektronik osilator shematasi hisoblanadi. O'tish osilatori Henri Abraham va Eugene Bloch tomonidan Birinchi jahon urushi davrida vakuum lampa bilan o'z ichiga olindi.

Osilatorlar sinusoidal signal uchun chiziqli osilatorlar (sinusoidal formalar) va o'tish osilatorlari (sinusoidal emas formalar) guruhlari bo'lib taqsimlanadi.

U treyg'ular, kvadrat va to'g'ri burchakli signal kabi sinusoidal emas formalar uchun takrorlanuvchi va periodik signallarni berishi kerak.

O'tish osilatorining dizayni transistor, Op-Amp yoki MOSFET kabi chiziqli emas elementlarni va kondensator va induktor kabi energiya saqlash qurilmalarini o'z ichiga olishi kerak.

Tsikl yaratish uchun kondensator va induktor tez-tez zaryadlanib, bo'shatiladi. Va tsiklning frekvensiyasi yoki osilatsiya davri vaqt sabiti asosida belgilanadi.

O'tish Osilatori Qanday Ishlaydi?

O'tish osilatorida kondensator va induktor kabi energiya saqlash qurilmalari mavjud. Bu qurilmalar manbadan zaryadlanadi va yuk orqali bo'shatiladi.

O'tish osilatorining chiqish formasi shemataning vaqt sabitiga bog'liq.

O'tish osilatorlarining ishlash usulini misolda tushuntiramiz.

rc relaxation oscillator — RC O'tish Osilatori

Bu yerda kondensator lampochka va batareya orasiga ulanadi. Bu shema flasher shemasida yoki RC relaxatsiya osillyatorida ham tan olinadi.

Batareya kondensatorni rezistor orqali zaryadlaydi. Kondensator zaryadlanayotganda, lampochka O'FF holatda qoladi.

Kondensator chegaralarni bosib o'tganda, u lampochka orqali bo'shatiladi. Shunday qilib, kondensator bo'shatilayotganda, lampochka ishlatiladi.

Kondensator bo'shatilgandan so'ng, u qayta zaryadlashni boshlaydi. Va lampochka O'FF holatda qoladi.

Shunday qilib, kondensatorning zaryadlanishi va bo'shatilishi jarayoni davomli va periodik bo'ladi.

Kondensatorning zaryadlanish muddati vaqt sabitligi orqali aniqlanadi. Va vaqt sabitligi RC shemasidagi rezistor va kondensator qiymatlariga bog'liq.

Shunday qilib, lampochkaning parlamash tezligi rezistor va kondensator qiymatlariga bog'liq.

Lampochkada chizilgan signal maydonlari quyidagi rasmga ko'ra berilgan.

rc relaxation oscillator waveform — RC Relaxatsiya Osillyator Signal Maydonlari

Chiqaruvchi signal maydonini boshqarish uchun, shemada non-linear elementlar ishlatiladi.

Relaxatsiya Osillyator Shemasi

Relaxatsiya osillyator shemasida, turli xil chiqaruvchi signal maydonlarini yaratish uchun non-linear qurilmalar ishlatiladi. Non-linear qurilmalar ishlatilishiga qarab, relaxatsiya osillyator uch xil shemaga ajratiladi.

Op-Amp Relaxation Oscillator

Op-Amp relaxation oscillator yoki boshqa nomi bilan aytganda astable multivibrator. Bu kvadratli signal yaratish uchun ishlatiladi. Op-Amp relaxation oscillator shematik tuzilmasi quyidagi rasmga ko'rsatilgan.

Bu shema kondensator, rezistorlar va Op-Amp ni o'z ichiga oladi.

Op-Amp ning notekis terminali RC shemasiga ulangan. Demak, kondensatorning voltaji VC Op-Amp ning notekis terminalidagi V- voltajiga teng. Tekis terminal esa rezistorlarga ulangan.

Op-Amp musbat feedback bilan ishlatilganda, shematik tuzilma kabi, ushbu shema Schmitt trigger deb ataladi.

V+ V- dan katta bo'lganda, chiqish voltaji +12V. Va V- V+ dan katta bo'lganda, chiqish voltaji -12V.

Boshlang'ich holat uchun, t=0 paytida, kondensator to'liq bo'shatilgan deb faraz qilinsin. Shunday qilib, notekis terminaldagi voltaj V-=0. Tekis terminaldagi V+ voltaj βVout ga teng.

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

Hisoblashni oson qilish uchun, biz R2 va R3 bir xil deb hisoblaymiz. Demak, β=2 va βVout=6V. Shunday qilib, kondensator 6V gacha zaryadlanadi va zaryadini yoqotadi.

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

Bu holatda, V+ V-dan katta. Demak, chiqish voltaj Vout=+12V. Va kondensator zaryadlanishni boshlaydi.

Kondensatorning voltaji 6V dan yuqori bo'lganda, V- V+dan katta bo'ladi. Shunday qilib, chiqish voltaji -12V ga o'zgaradi.

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

Bu shartda, inverting terminalning qismi o'ziga teskari polusga o'tadi. Shunday qilib, V+=-6V bo'ladi.

Endi, kondensator -6V gacha tushadi. Agar kondensatorning voltajasi -6V dan kam bo'lsa, yana V+ V- dan katta bo'ladi.

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

Shunday qilib, yana chiqish voltajasi -12V dan +12V ga o'tadi. Va yana, kondensator zaryadlanishni boshlaydi.

Shunday qilib, kondensatorning zaryadlanishi va tushishi tsikli chiqish terminalida periodik va takrorlanuvchi kvadrat signal yaratadi, quyidagi diagramma ko'rsatilgandek.

op amp relaxation oscillator waveform — Operatsional amplifikatorning relaxatsiya osillyatorining signal forma

Chiqish signalining chastotaligi kondensatorning zaryadlanish va razryadlanish vaqtiga bog'liq. Kondensatorning zaryadlanish-razryadlanish vaqti RC shemasi ning vaqt sabitligiga bog'liq.

UJT Relaxation Oscillator

UJT (unijunction tranzistor) o'zgarmas signal generatorida o'zgaruvchi qurilma sifatida ishlatiladi. UJT o'zgarmas signal generatorining elektrik shemasini quyidagi rasmga ko'rsatilgan.

UJT emittor terminali rezistor va kondensator bilan ulangan.

Faraz qilamizki, boshlang'ichda kondensator razryadlangan. Demak, kondensatorning voltazi nol.

$V_C = 0$

Bu holatda, UJT O'CHGAN holatda qoladi. Va kondensator R rezistor orqali quyidagi tenglama bo'yicha zaryadlanishni boshlaydi.

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

Kondensator to'g'ridan-to'g'ri taqsimot shunalovchisi berilgan maksimal shunuv VBBga yetishguncha zaryadlanib boradi.

Agar kondensatorning uchlaridagi shunuv taqsimot shunalovchisi berilgan shunuvdan katta bo'lsa, UJT yoqiladi. Keyin kondensator zaryadlanishni to'xtatadi va R1 rezistor orqali tushirib boradi.

Kondensator UJT ning pastki shunuv (VV) darajasiga yetishguncha tushirib boradi. Keyin UJT o'chirilib, kondensator zaryadlanishni boshlaydi.

Shunday qilib, kondensatorning zaryadlanishi va tushirilishi jarayoni kondensatorning uchlarida dastlabki shunuv formasini yaratadi. Kondensator tushirilishda R2 rezistor uchlarida shunuv paydo bo'ladi, lekin kondensator zaryadlanayotganda bu shunuv nolga teng bo'ladi.

Kondensator va R2 rezistor uchlaridagi shunuv formasining rasmi quyida ko'rsatilgan.

ujt relaxation oscillator waveform — UJT Relaxation Oscillator Waveform

Relaksatsiya osillyator frekvensi

Ruxsatlan osilliatorning chastotasi kondensatorning zaryadlanish va razryadlanish vaqtiga bog'liq. RC shemada, zaryadlanish va razryadlanish vaqti ta'sir konstantasiga qarab belgilanadi.

Operatsional amplitifikator ruxsatlan osilliatorining chastotasi

Operatsional amplitifikator ruxsatlan osilliatorida, R1 va C1 osilliyatsiya chastotasiga hissa qo'shadi. Shuning uchun, pastroq chastota osilliyatsiya uchun, biz kondensatorni zaryadlash va razryadlash uchun uzunroq vaqt kerak. Va uzun zaryadlanish va razryadlanish uchun, biz katta R1 va C1 ni o'rnatishimiz kerak.

Shunga o'xshash holda, R1 va C1 ning kichik qiymati yuqori chastota osilliyatsiyaga sabab bo'ladi.

Biroq, chastota hisob-kitoblarida, R2 va R3 rezistorlari ham muhim rol o'ynaydi. Chunki bu rezistorlar kondensatorning chegaraviy voltini belgilaydi, va kondensator bu volt darajasigacha zaryadlanadi.

Agar chegaraviy volt past bo'lsa, zaryadlanish tezroq bo'ladi. Shunga o'xshash holda, chegaraviy volt yuqori bo'lsa, zaryadlanish sekinroq bo'ladi.

Shuning uchun, osilliyatsiya chastotasi R1, R2, R3 va C1 ning qiymatiga bog'liq. Operatsional amplitifikator ruxsatlan osilliatorining chastota formulasi quyidagicha:

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

Bu yerda,

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

Ko'plab shartlarda, R2 va R3 bir xil bo'lib, dizayn va hisob-kitobni osonlashtiradi.

$R_2 = R_3 = R$

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

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

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

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

R1 va C1 qiymatlarni kiritish orqali Op-Amp relaxatsiya osilatori osilash chastotasini topa olamiz.

UJT relaxatsiya osilatorining chastotasi

UJT relaxatsiya osilatorida ham chastota RC shemyiga bog'liq bo'ladi. UJT relaxatsiya osilatorining shema diagrammasiga ko'ra, R1 va R2 qarorlik resistirlar hisoblanadi. Osilash chastotasi R rezistori va C kondensatoriga bog'liq bo'ladi.

UJT relaxatsiya osilatorining chastotasi quyidagi formulada ifodalangan:

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

Bu yerda:

n = Intrinsic stand-off nisbat. n qiymati 0.51 dan 0.82 gacha bo'lgan oraliqdagi qiymatlar olishi mumkin.

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

UJT ni yoqish uchun talab etiladigan minimum voltaj quyidagicha bo'ladi:

$V = n V_{BB} + V_D$

Bu yerda,

VBB = ta'minot voltaji

VD = emittr va baza-2 orasidagi ichki diod tushishi

R rezistor qiymati quyidagi oralig'ida cheklanadi.

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

Qayerda,

VP, IP = pik kuchlanish va tok

VV, IV = vodiylar kuchlanishi va toki

Relaxation Oscillator Differential Equation

Relaksatsiya generatori sxemasida R2 va R3 qarshiliklari teng qiymatlarga ega. Shunday qilib, kuchlanish bo'luvchi qoidasiga binoan;

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

V– ohm qonunidan va kondensator differensial tenglamasidan olinadi;

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

Bu differensial tenglama uchun ikkita yechim mavjud: xususiy yechim va homogen yechim.

Xususiy yechim uchun V- doimiy bo'lib, V– = A deb faraz qilamiz. Shuning uchun, doimiy sonning hosilasi nolga teng,

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

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

$V_{out} = A$

Homogeniy solyution uchun quyidagi tenglamani Laplace transform dan foydalaning;

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

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

V– - bu maxsus va homogeniy yechimlarning umumiy jami.

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

B ning qiymatini topish uchun biz boshlang'ich shartlarni hisobga olishimiz kerak.

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

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

$B = -V_{dd}$

Shunday qilib, V- ning yechimi quyidagicha bo'ladi:

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

Komparatorlar va Op-Amp

Komparatorlar ham Op-Amp o'rniga ishlatiladi. Op-Amp kabi, kompensatorlar rail-to-rail qurilishga mo'ljallangan.

Komparatorning yig'ilish va tushish vaqti Op-Amp ga nisbatan tezroq. Shuning uchun, komparator osilliator shematasi uchun Op-Amp dan ko'ra eng yaxshi.

Op-Amp holatida, uning chiqishi push-pull bo'ladi. Demak, agar Op-Amp ishlatilsa, pull-up rezistor ishlatish shart emas. Lekin, agar komparator ishlatilsa, pull-up rezistor ishlatish shart.

Oddiy osilliatorlarning qo'llanmalar

Oddiy osilliatorlar hozirgi paytda har qanday digital shema uchun ichki soat signalini yaratish uchun ishlatiladi. Ular quyidagi qo'llanmalarda ham ishlatiladi.

Bosqichli oʻzgaruvchi generator
Xotira shemalari
Signal generatori (soat signalini yaratish uchun)
Stroboskoplar
Tiristor asosidagi shemalar
Multivibratorlar
Televizor qabul qiluvchilari
Hisoblagichlar

E'lon: Asl matnani hurmat bilan muhokama qiling, yaxshi maqolalar ulashishga layiq. Agar huquqlar buzilsa, iltimos, o'chirib tashlash uchun bog'laning.

Авторга сўров ва қўлланма беринг!

Мавзулар:

Электр тизимлари

Электр измерувчилик

Mutaxassislardan

Electrical4u

China