Oscilatoroj: Kio estas ili? (Difino, Teroj, & Aplikoj)

Kio estas Osciililo?

Osciililo estas cirkvito, kiu produktas kontinuan, ripetan, alterniĝantan ondon sen iu ajn enigo. Fundamentale, osciililoj konvertas unudirektan korantflupon de DC-fonto al alterniĝanta ondo, kiu havas la deziratan frekvon, kiel decidis de ĝiaj cirkvitkomponantoj.

La baza principo sub la funkcio de osciililoj povas esti komprenita analizante la konduton de LC-tankcirkvito montrita en Figuro 1 malsupre, kiu uzas induktan L kaj tute antaŭŝarĝitan kapacitan C kiel siajn komponantojn. Ĉi tie, unue, la kapacitoro komencas malŝargi tra la indukto, kio rezultigas la konverton de sia elektra energio en elektromagnetan kampon, kiun oni povas stoki en la indukto. Kiam la kapacitoro plene malŝargas, ne estos plu korantfluo en la cirkvito.

Tamen, ĝis tiam, la stokita elektromagnetan kampo generos inversan emf-on, kiu rezultigas la korantflupon tra la cirkvito en la sama direkto kiel antaŭe. Tiu korantfluo tra la cirkvito daŭras ĝis la elektromagnetan kampo disrukiĝas, kio rezultigas la inversan konverton de elektromagnetan energion en elektran formon, kaŭzante la ripeton de la ciklo. Tamen, nun la kapacitoro ŝargos kun la kontraŭa polaro, pro kio oni ricevas osciladon kiel eligo.

Tamen, la oscilado, kiu rezultas pro la interkonverto inter la du energiformoj, ne povas daŭri por ĉiam, ĉar ili estas subjektitaj al la efiko de energiperdo pro la rezisto de la cirkvito. Konsekvence, la amplitudo de tiuj osciladoj malpliiĝas stege al nul, kio faras ilin amortigitajn.

Ĉi tio indikas, ke por akiri kontinuan osciladon kun konstanta amplitudo, oni devas kompensigi la energiperdon. Tamen, oni notu, ke la donita energio devas esti precize regula kaj egalas al la perdata energio por akiri osciladon kun konstanta amplitudo.

Ĉi tio estas pro tio, ke se la donita energio estas pli ol la perdata energio, tiam la amplitudo de la oscilado pliiĝos (Figuro 2a), kondukante al distordita eligo; dum se la donita energio estas malpli ol la perdata energio, tiam la amplitudo de la oscilado malpliiĝos (Figuro 2b), kondukante al nenekontinua oscilado.

Praktike, osciililoj estas nenio aliaj ol amplifika cirkvitoj, kiuj provizitas per pozitiva aŭ regenerada retroalimentado, kie parto de la eliga signalo estas reenmetita al la enigo (Figuro 3). Ĉi tie, la amplifikilo konsistas el aktiva elemento, kiu povas esti transistoro aŭ operaciuma amplifikilo, kaj la reenmetita en-fazo signalo estas tenata respondeca por daŭrigi (subteni) la osciladon, kompensigante la perdojn en la cirkvito.

Kiam la energifonto estas ŝaltita, la oscilado iniciiĝos en la sistemo pro la elektronika bruajo prezentanta en ĝi. Tiu bru-signalo vojaĝas ĉirkaŭ la ciklo, amplifiĝas kaj konverĝas al unu-frekva sinusa ondo tre rapide. La esprimo por la fermit-cikla gajno de la osciililo montrita en Figuro 3 estas donita kiel:

Kie A estas la tensiovastaĵo de la amplifikilo kaj β estas la vastaĵo de la retroalimentada reto. Ĉi tie, se Aβ > 1, tiam la oscilado pliiĝos en amplitudo (Figuro 2a); dum se Aβ < 1, tiam la oscilado estos amortigita (Figuro 2b). Aliflanke, Aβ = 1 kondukas al oscilado kun konstanta amplitudo (Figuro 2c). En aliaj vortoj, ĉi tio indikas, ke se la retroalimentada cikla vastaĵo estas malgranda, tiam la oscilado mortos; dum se la vastaĵo de la retroalimentada ciklo estas granda, tiam la eligo estos distordita; kaj nur se la vastaĵo de retroalimentado estas unueco, tiam la oscilado estos kun konstanta amplitudo, kondukante al mem-subtena oscilada cirkvito.

Tiparo de Osciililo

Estas multaj tipoj de osciililoj, sed ili povas ampleksinde esti klasifikitaj en du ĉefajn kategoriojn – Harmoniaj Osciililoj (ankaŭ konataj kiel Lineara Osciililo) kaj Relaxa Osciililoj.

En harmonia osciililo, la fluo de energio estas ĉiam de la aktiva komponanto al la pasiva komponanto, kaj la frekvenco de oscilado estas decidita de la retroalimentada vojo.

Kaj en relaxa osciililo, la energio interŝanĝiĝas inter la aktiva kaj la pasiva komponantoj, kaj la frekvenco de oscilado estas determinita de la ŝargado kaj malŝargado tempo-konstantoj implikitaj en la procezo. Plue, harmoniaj osciililoj produktaĵas maldistorditajn sinusajn ondformojn, dum relaxaj osciililoj generas nonsinusajn (serra, triangulajn aŭ kvadrat-formajn) ondformojn.

La ĉefaj tipoj de Osciililoj inkluzivas:

• Wien Bridge Osciililo

• RC Faz-Ŝova Osciililo

• Hartley Osciililo

• Tens-regita Osciililo

• Colpitts Osciililo

• Clapp Osciililoj

• Kristala Osciililoj

• Armstrong Osciililo

• Regulita Kollektor-Osciililo

• Gunn Osciililo

• Kruce-Konektitaj Osciililoj

• Ring-Osciililoj

• Dynatron Osciililoj

• Meissner Osciililoj

• Opto-Elektronikaj Osciililoj

• Pierce Osciililoj

• Robinson Osciililoj

• Tri-Tet Osciililoj

• Pearson-Anson Osciililoj

• Delay-Line Osciililoj

• Royer Osciililoj

• Elektron-Konektitaj Osciililoj

• Multi-Onda Osciililoj

Osciililoj ankaŭ povas esti klasifikitaj en diversajn tipojn depende de la konsiderita parametro, ekzemple, surbaze de la retroalimentada mekanismo, la formo de la eliga ondo, etc. Ĉi tiuj klasifikaj tipoj estas donitaj malsupre:

1. Klasifiko Bazita sur la Retroalimentada Mekanismo:  Pozitiva Retroalimentada Osciililoj kaj Negativa Retroalimentada Osciililoj.

2. Klasifiko Bazita sur la Formo de la Eliga Ondo: Sinusaj Osciililoj, Kvadrat-formaj aŭ Rektangulaj Osciililoj, Balai Osciililoj (kiuj produktas serra eligan ondon), etc.

3. Klasifiko Bazita sur la Frekvenco de la Eliga Signalo: Malalta-Frekvenca Osciililoj, Audio Osciililoj (kies eliga frekvenco estas de audio-rango), Radio-Frekvencaj Osciililoj, Alta-Frekvencaj Osciililoj, Tre Alta-Frekvencaj Osciililoj, Ultra Alta-Frekvencaj Osciililoj, etc.

4. Klasifiko Bazita sur la Tipo de la Frekvenco-Kontrolado Uzita: RC Osciililoj, LC Osciililoj, Kristalaj Osciililoj (kiuj uzas kristalon por rezulti en frekvenco-stabiligita eliga ondo), etc.

5. Klasifiko Bazita sur la Natura de la Frekvenco de la Eliga Ondo: Fiks-Frekvencaj Osciililoj kaj Variabla aŭ Regulebla Frekvencaj Osciililoj.

Aplikoj de Osciililoj

Osciililoj estas malbonkosta kaj facila maniero generi specifan frekvon de signalo. Ekzemple, RC osiliilo estas uzata por generi malaltfrekvencon, LC osiliilo estas uzata por generi alta-frekvencon, kaj Op-Amp bazita osiliilo estas uzata por generi stabile frekvencon.

La frekvenco de oscilado povas variigi per variigado de la komponantvaloroj per potenciometro-aranĝoj.

Iuj komunaj aplikoj de osciililoj inkluzivas:

• Kvarco horloĝoj