Oscillators: Mida need on? (Määratlus tüübid ja rakendused)
Mis on Oscillator?
Oscillator on piir, mis toodab pideva, korduva, vahelduvkaaren ilma mingit sisendit. Oscillators põhimõtteliselt teisendavad ühesuunalist elektrivoolu DC allikast vahelduvkaare, mille sagedus on määratud selle piirkomponentide poolt.
Oscillatorite tööpõhimõtet saab mõista analüüsides LC tankpiiri käitumist, mida näidatakse järgmisel joonisel 1, mis kasutab induktiivsusena L ja täielikult eelnevalt laetuna olevat kondensaatorit C. Siin alustab esmalt kondensaator laetuda läbi induktiivsuse, mis tuletab tema elektrilise energiaga magnetvälja, mille saab säilitada induktiivsuses. Kui kondensaator on täielikult laetud, siis ei ole piiris enam voolu.
Kuid aga, kuni see nii jääb, genereeritakse tagasi vastupanev jõud, mis tuletab voolu piiris sama suunas, nagu enne. See vool piiris jätkub, kuni magnetväljak languse tõttu energia taas konverteeritakse elektriliseks, mis tuletab tsüklit. Kuid nüüd on kondensaator laetud vastupidises polaarilistes tingimustes, mis annab oskilevat signaali väljundina.
Kuid kaks energia vormi vahelist interkonversiooni tekitatud osklemine ei saa jätkuda lõpmatult, kuna need on alaliselt energia kaotuse mõju all, mis on tingitud piiri vastusest. Tulemuseks on, et need osklede amplituud väheneb järk-järgult nullini, mis muudab need dämpitud.
See viitab, et järjekindlate ja konstantse amplituudiga oskleme hankimiseks on vaja kompenseerida energia kaotust. Samuti tuleb märkida, et toodetav energia peab olema täpselt kontrollitud ja võrduma kaotatud energiaga, et saada konstantse amplituudiga oskleme.
Sellel on põhjus, kui toodetav energia on suurem kui kaotatud energia, siis oskleme amplituud suureneb (Joonis 2a), mis viib distorzeeritud väljundile; samal ajal kui toodetav energia on väiksem kui kaotatud energia, siis oskleme amplituud väheneb (Joonis 2b), mis viib mittekestvale osklemisele.
Praktikas on oscillators tegelikult võimsustsirkud, millele on antud positiivne või regeneratiivne tagasiside, kus osa väljundsignaalist on tagasisidetud sisendi (Joonis 3). Siin võimsuse element, mis võib olla transistoor või Op-Amp, ja tagasisidetud samafase signaal hoiavad (toetavad) oskleme, kompenseerides piiri kaotusi.
Kui toiteallikas on sisse lülitatud, algatab süsteem oskleme, kuna selles on elektroniline müra. See mürasignaal liigub ringi, tugevdatakse ja kiiresti koonduvad ühe sagedusega sinusoidaalsesse lainekujudeks. Joonisel 3 näidatud oscillatori suletud tsükliloo suurendus on antud:
Kus A on võimsuse suurendus ja β on tagasiside võrk. Siin, kui Aβ > 1, siis oskleme amplituud suureneb (Joonis 2a); samal ajal, kui Aβ < 1, siis oskleme on dämpitud (Joonis 2b). Teisisugune, kui Aβ = 1, viib konstantse amplituudiga oskleme (Joonis 2c). Muidugi, see viitab, et kui tagasiside tsükli suurendus on väike, siis oskleme kõrvaldub, samal ajal, kui tagasiside tsükli suurendus on suur, siis väljund on distorzeeritud; ja ainult, kui tagasiside suurendus on ühik, siis oskleme on konstantse amplituudiga, mis viib iseärase osklemise tsükli.
Oscillatori tüübid
Oscillatorite on palju, kuid neid saab laialdaselt jagada kahe peamise kategooria - Harmonilised Oscillators (tuntud ka kui Lineaarsed Oscillators) ja Relaxation Oscillators.
Harmonilises oscillatoris on energia vool alati aktiivsetest komponentidest passiivsetesse komponentidesse ja oskleme sagedus on määratud tagasiside tee poolt.
Relaxation oscillatoris vahetatakse energia aktiivsete ja passiivsete komponentide vahel ning oskleme sagedus määratakse laetamise ja lahtilaetamise aegkonstantide poolt. Lisaks toodavad harmonilised oscillatorid vähe distorzeeritud sinusoidaalseid väljundsignaale, samas kui relaxation oscillatorid genereerivad mittusinusoidaalsed (saares, kolmnurkne või ruut) lainekujud.
Peamised oscillatorite tüübid hõlmavad:
Wien Bridge Oscillator
RC Phase Shift Oscillator
Hartley Oscillator
Voltage Controlled Oscillator
Colpitts Oscillator
Clapp Oscillators
Crystal Oscillators
Armstrong Oscillator
Tuned Collector Oscillator
Gunn Oscillator
Cross-Coupled Oscillators
Ring Oscillators
Dynatron Oscillators
Meissner Oscillators
Opto-Electronic Oscillators
Pierce Oscillators
Robinson Oscillators
Tri-tet Oscillators
Pearson-Anson Oscillators
Delay-Line Oscillators
Royer Oscillators
Electron Coupled Oscillators
Multi-Wave Oscillators
Oscillatorite saab klassifitseerida ka erinevate tüüpide, sõltuvalt mõõdetava parameetri, nt tagasiside mehhanismi, väljundlainekuju kuju jms. Need klassifikatsioonitüübid on andunud allpool:
Klassifikatsioon Tagasiside Mehhaniismi Alusel: Positiivne Tagasiside Oscillators ja Negatiivne Tagasiside Oscillators.
Klassifikatsioon Väljundlainekuju Kuju Alusel: Sinusoidaalne Oscillators, Ruut- või Ristkülikvormiline Oscillators, Sweep Oscillators (mis toodab saaresvormilise väljundlainekuju), jms.
Klassifikatsioon Väljundsignaali Sageduse Alusel: Madala Sageduse Oscillators, Audio Oscillators (mille väljundsignaali sagedus on audio ulatuses), Raadiofrekventsi Oscillators, Kõrge Sageduse Oscillators, Väga Kõrge Sageduse Oscillators, Ülima Kõrge Sageduse Oscillators, jms.
Klassifikatsioon Kasutatava Sageduse Kontrolli Alusel: RC Oscillators, LC Oscillators, Crystal Oscillators (mis kasutab kvartsikristalli, et saada sagedus-stabiliseeritud väljundlainekuju), jms.
Klassifikatsioon Väljundlainekuju Sageduse Olemuse Alusel: Fikseeritud Sageduse Oscillators ja Muutuv või Tuneeritav Sageduse Oscillators.
Oscillatori Rakendused
Oscillators on odav ja lihtsalt meetod spetsiifilise sageduse signaali genereerimiseks. Näiteks RC oscillatorit kasutatakse madala sageduse signaali genereerimiseks, LC oscillatorit kasutatakse kõrge sageduse signaali genereerimiseks ja Op-Amp põhine oscillatorit kasutatakse stabiilse sageduse genereerimiseks.
Osklemise sagedust saab muuta komponendi väärtuse muutmisega potentsioometri seadistustega.
Mõned oscillatorite tavalised rakendused hõlmavad:
Kvartsellajukella (mis kasutab kvartsikristallit)
Kasutatakse erinevates heli- ja videosüsteemides
Kasutatakse erinevates raadio-, TV- ja muudes kommunikatsiooniseadmetes
K
