Részegységek: Mire utalnak? (Definíció típusok és alkalmazások)
Mi az oszcillátor?
Az oszcillátor olyan áramkör, amely folyamatos, ismétlődő, alternatív hullámot generál bemenet nélkül. Az oszcillátor alapján egyirányú áramátváltást hajt végre DC forrásból alternatív hullámra, amely a kívánt frekvenciájú, ahogyan azt a kör komponensei határozzák meg.
Az oszcillátorok működésének alapja megértethető a 1. ábrán látható LC tankkör viselkedésének elemzésével, amely L induktív elemet és teljesen előre feltöltött C kondenzátort alkalmaz. Itt a kondenzátor kezdetben lesebészti a töltést az induktív elemen keresztül, ami eredményeként az elektromos energiát elektromágneses mezőbe konvertálja, amit az induktív elem tárol. Amikor a kondenzátor teljesen lesebesedik, nem lesz áramfolyam a körben.
Ekkor azonban a tárolt elektromágneses mező háttérerőt (back-emf) generál, ami eredményeként ugyanolyan irányú áramfolyam kezd el folydni a körben, mint korábban. Ez az áramfolyam folytatódik, amíg az elektromágneses mező összeomlik, ami visszaalakítja az elektromágneses energiát elektromos formába, és ezzel a ciklus ismétlődik. Ezen a ponton a kondenzátor ellentétes polaritással töltődik fel, ami eredményeként oszcilláló hullámot kapunk a kimeneten.
Azonban a két energiaform közötti interkonverzióból eredő oszcillációk nem folytathatják magukat végtelen ideig, mivel a kör ellenállása miatti energiaveszteség hatására alakulnak ki. Ennek eredményeként az oszcillációk amplitúdója fokozatosan csökken, amíg nullává nem válik, ami dämpelt természetűvé teszi őket.
Ez azt jelenti, hogy a folyamatos és állandó amplitúdójú oszcillációk eléréséhez szükség van az energiaveszteség kiegyenlítésére. Ugyanakkor megjegyzendő, hogy a hozzáadott energia precíz kontroll alatt kell állnia, és pontosan megegyeznie kell az elveszett energiával, hogy állandó amplitúdójú oszcillációkat kapjunk.
Ugyanis, ha a hozzáadott energia nagyobb, mint az elveszett, akkor az oszcillációk amplitúdója növekedni fog (2a. ábra), ami torzított kimenetet eredményez; míg ha a hozzáadott energia kisebb, mint az elveszett, akkor az oszcillációk amplitúdója csökken (2b. ábra), ami nem fenntartható oszcillációhoz vezet.
Gyakorlatilag az oszcillátorok semmilyen mások, mint erősítő áramkörök, amelyek pozitív vagy regeneratív visszacsatolással rendelkeznek, ahol a kimeneti jel részét visszacsatolják a bemenetre (3. ábra). Itt az erősítő aktív elemmel, például tranzisztorral vagy Op-Amp-val rendelkezik, és a visszacsatolt in-fázisú jel felelős az oszcillációk fenntartásáért, kiegyenlítve a körben fellépő veszteségeket.
Amint bekapcsolják a tápegységet, az elektronikus zaj miatt indultak el az oszcillációk a rendszerben. Ez a zajjel jel a hurok körül terjed, erősödik, és gyorsan egyetlen frekvenciájú szinusz hullámhoz konvergál. A 3. ábrán látható oszcillátor zárt hurok erősítésének kifejezése a következő:
Ahol A az erősítő erősítése, és β a visszacsatoló hálózat erősítése. Ha Aβ > 1, akkor az oszcillációk amplitúdója növekedni fog (2a. ábra); míg ha Aβ < 1, akkor az oszcillációk dämpelve lesznek (2b. ábra). Másrészről, ha Aβ = 1, akkor állandó amplitúdójú oszcillációk keletkeznek (2c. ábra). Más szavakkal, ha a visszacsatoló hurok erősítése kicsi, akkor az oszcillációk kialsznak, míg ha a visszacsatoló hurok erősítése nagy, akkor a kimenet torzul; csak ha a visszacsatoló hurok erősítése egységnyi, akkor az oszcillációk állandó amplitúdójúak lesznek, ami önfenntartó oszcillációs áramkört eredményez.
Oszcillátor típusai
Számos oszcillátor típus létezik, de két fő kategóriába sorolhatók: harmonikus oszcillátorok (más néven lineáris oszcillátorok) és relaxációs oszcillátorok.
A harmonikus oszcillátorban az energiával való áramlás mindig az aktív komponensekről a passzív komponensekre történik, és az oszcillációk frekvenciáját a visszacsatolási útvonal határozza meg.
Míg a relaxációs oszcillátorban az aktív és a passzív komponensek között cserélődik az energia, és az oszcillációk frekvenciáját a töltési és sebességi állandók határozzák meg. Továbbá, a harmonikus oszcillátorok alacsony torzítású szinusz hullámot termelnek, míg a relaxációs oszcillátorok nem szinuszos (sárga, háromszög vagy négyzet alakú) hullámformát generálnak.
Az oszcillátorok fő típusai:
Wien-híd oszcillátor
RC fáziseltoló oszcillátor
Hartley oszcillátor
Feszültségvezérelt oszcillátor
Colpitts oszcillátor
Clapp oszcillátor
Kristályoszcillátor
Armstrong oszcillátor
Beállított gyűjtő oszcillátor
Gunn oszcillátor
Keresztezősülő oszcillátor
Gyűrűoszcillátor
Dynatron oszcillátor
Meissner oszcillátor
Optoelektronikus oszcillátor
Pierce oszcillátor
Robinson oszcillátor
Tri-tet oszcillátor
Pearson-Anson oszcillátor
Időkésleltetési oszcillátor
Royer oszcillátor
Elektron-kötött oszcillátor
Több hullámú oszcillátor
Az oszcillátorok további kategóriákba is sorolhatók, attól függően, hogy melyik paramétert tekintjük, például a visszacsatolási mechanizmust, a kimeneti hullámforma alakját stb. Ezek a kategóriák a következők:
Osztályozás a visszacsatolási mechanizmus szerint: Pozitív visszacsatolási oszcillátorok és negatív visszacsatolási oszcillátorok.
Osztályozás a kimeneti hullámforma alakja szerint: Szinusz hullámú oszcillátorok, négyzetes vagy téglalap alakú hullámú oszcillátorok, sárga hullámú oszcillátorok (amelyek sárga alakú kimeneti hullámot termelnek), stb.
Osztályozás a kimeneti jel frekvenciája szerint: Alacsony frekvenciájú oszcillátorok, hangfrekvenciájú oszcillátorok (amelyek kimeneti frekvenciája a hangfrekvencia tartományában van), rádiófrekvenciájú oszcillátorok, magas frekvenciájú oszcillátorok, nagyon magas frekvenciájú oszcillátorok, ultra magas frekvenciájú oszcillátorok, stb.
Osztályozás a frekvencia-vezérlés típusa szerint: RC oszcillátorok, LC oszcillátorok, kristályoszcillátorok (amelyek kvarc kristályt használnak stabilizált kimeneti hullámformához), stb.
Osztályozás a kimeneti hullámforma frekvenciájának természetének szerint: Fix frekvenciájú oszcillátorok és változó vagy beállítható frekvenciájú oszcillátorok.
Oszcillátor alkalmazásai
Az oszcillátorok olcsó és egyszerű módszert nyújtanak a jel bizonyos frekvenciájának generálásához. Például, egy RC oszcillátort használnak alacsony frekvenciájú jel generálására, egy LC oszcillátort magas frekvenciájú jel generálására,
