Oscillators: Hvað eru þeir? (Skilgreining, gerðir og notkun)

Hva er ein vifta?

Ein vifta er eit kret som produserer ein kontinuerleg, gjentakande, alternerande bølgjeform utan nokon inngang. Vifter konverterar grunnleggende straumflyt frå ein DC-kjelde til ein alternerande bølgjeform som er av den ønskte frekvensen, slik det er bestemt av kretsens komponentar.

Den grunnleggende prinsippet bak arbeidet med vifter kan forståast ved å analysere atferden til eit LC-tankkrets som visast nedenfor i figur 1, som brukar ein induktor L og ein fullstendig forladd kondensator C som sine komponentar. Her byrjar kondensatorn med å løyse seg gjennom induktoren, som fører til omforming av elektrisk energi til eit elektromagnetisk felt, som kan lagrast i induktoren. Når kondensatorn er fullstendig tom, vil det ikkje vere nokon straumflyt i kretsen.

Men da vil det lagrede elektromagnetiske feltet ha generert eit motspenningsfelt som fører til straumflyt gjennom kretsen i same retning som før. Straumflyten gjennom kretsen fortsetter til det elektromagnetiske feltet kollapser, som fører til omforming av elektromagnetisk energi til elektrisk form, og syklusen blir repetert. Men no vil kondensatoren vera ladd med motsatt polaritet, på grunn av det får ein ein oscillerande bølgjeform som utdata.

Oscillasjonane som oppstår pga. interkonvertering mellom dei to energiformene kan ikkje halde på evig ettersom dei vil bli utsatta for effekten av energitap på grunn av motstand i kretsen. Som resultat av dette minkar amplituden til desse oscillasjonane stadig til å blive null, som gjer dei dempede i natur.

Dette indikerer at for å få oscillasjonar som er kontinuerlege og med konstant amplitude, må ein kompensere for energitapet. Likevel skal det merkast at energien som leveres må være presist kontrollert og må vere lik energien som tapast for å få oscillasjonar med konstant amplitude.

Dette er fordi, hvis energien som levert er meir enn energien som tapast, så vil amplituden til oscillasjonane øke (Figur 2a) som fører til en forvridd utdata; mens hvis energien som levert er mindre enn energien som tapast, så vil amplituden til oscillasjonane minske (Figur 2b) som fører til uholdbare oscillasjonar.

Praktisk sett er vifter ingenting anna enn forsterkningskretser som er sjukskrevet med positiv eller regenerativ tilbakemelding der del av utgående signal føres tilbake til inngangen (Figur 3). Her består forsterkar av ein forsterkande aktiv element som kan vera ein transistor eller ein Op-Amp, og det tilbakeførte fase-sammenfallande signalet er ansvarleg for å halde (oppbevara) oscillasjonar ved å dekke for tap i kretsen.

Når straumkilden slås på, vil oscillasjonar starte i systemet pga. elektronisk støy som finst i det. Dette støysignalet reiser rundt løkka, blir forsterkt og konvergerer raskt til ein singel frekvens sinusbølgje. Uttrykket for den lukka sløyfe forsterkinga av vifta som visast i figur 3 er gitt som:

Der A er spenningsforsterkinga av forsterkaren og β er forsterkinga av tilbakemeldingssystemet. Her, hvis Aβ > 1, så vil oscillasjonar øke i amplitud (Figur 2a); mens hvis Aβ < 1, så vil oscillasjonar bli demped (Figur 2b). På den andre handa, Aβ = 1 fører til oscillasjonar som har konstant amplitud (Figur 2c). Med andre ord, dette indikerer at hvis tilbakemeldingssløyfe forsterkinga er liten, så dør oscillasjonen ut, mens hvis forsterkinga av tilbakemeldingssløyfen er stor, så vil utdataen bli forvridd; og berre hvis forsterkinga av tilbakemeldinga er én, så vil oscillasjonar ha konstant amplitud som fører til selvopphaldende oscillatorisk krets.

Type av vifta

Det er mange typer vifter, men kan bredt settes inn i to hovedkategoriar – Harmoniske vifter (også kjend som Lineære vifter) og Relaxasjonsvifter.

I ein harmonisk vifta, er energiflyt alltid frå aktive komponentar til passive komponentar, og frekvensen til oscillasjonar er bestemt av tilbakemeldingsspor.

Mens i ein relaxasjonsvifta, vert energi bytte mellom aktive og passive komponentar, og frekvensen til oscillasjonar er bestemt av oppladings- og avladings tidskonstantar involverte i prosessen. Vidare produserer harmoniske vifter lav-forvrengde sinusbølgje utdata, mens relaxasjonsvifter genererer ikke-sinusformede (savtann, trekant eller firkantete) bølgjeformer.

Dei hovudtypane av Vifter inkluderer:

• Wien Bridge Vifta

• RC Phase Shift Vifta

• Hartley Vifta

• Voltage Controlled Vifta

• Colpitts Vifta

• Clapp Vifter

• Crystal Vifter

• Armstrong Vifta

• Tuned Collector Vifta

• Gunn Vifta

• Cross-Coupled Vifter

• Ring Vifter

• Dynatron Vifter

• Meissner Vifter

• Opto-Elektroniske Vifter

• Pierce Vifter

• Robinson Vifter

• Tri-tet Vifter

• Pearson-Anson Vifter

• Delay-Line Vifter

• Royer Vifter

• Elektron Kopla Vifter

• Multi-Wave Vifter

Vifter kan også settes inn i ulike typer basert på parameteren som vurderast, altså basert på tilbakemeldingssystemet, forma av utdata-bølgja, etc. Disse klassifiseringstype har vorte gjeve nedanfor:

1. Klassifisering basert på tilbakemeldingssystemet: Positive Feedback Vifter og Negative Feedback Vifter.

2. Klassifisering basert på forma av utdata-bølgja: Sine Wave Vifter, Square or Rectangular Wave Vifter, Sweep Vifter (som produserer savtann utdata-bølgje), etc.

3. Klassifisering basert på frekvensen av utdata-signalet: Low-Frequency Vifter, Audio Vifter (hvis utdatafrekvens er av lydrekkevidde), Radio Frequency Vifter, High-Frequency Vifter, Very High-Frequency Vifter, Ultra High-Frequency Vifter, etc.

4. Klassifisering basert på typen av frekvenskontroll som brukast: RC Vifter, LC Vifter, Crystal Vifter (som brukar eit kvartskrystall for å resultere i ei frekvens stabilisert utdata-bølgje), etc.

5. Klassifisering basert på naturen av frekvensen av utdata-bølgja: Fixed Frequency Vifter og Variable or Tunable Frequency Vifter.

Vifta Anvendelser

Vifter er ein billig og enkel måte å generere spesifikk frekvens av eit signal. For eksempel, vert ein RC vifta brukt til å generere eit Low Frequency signal, ein LC vifta brukes til å generere eit High Frequency signal, og ein Op-Amp basert vifta brukes til å generere ein stabil frekvens.

Frekvensen av oscillasjon kan variere ved å variere komponentverdien med potensiometerarrangementer.

Nokre vanlege anvendelsar av vifter inkluderer:

• Kvartsur (som brukar ein krystallvifta)

• Brukt i ulike lyd- og videosystemer

• Brukt i ulike radio, TV, og andre kommunikasjonseinretningar

• Brukt i datamaskinar, metaldetektorar, skjermvåpen, inverterar, ultralyd- og radiofrekvensanvendelser.

• Brukt til å generere klokkeslag for mikroprosessorar og mikrokontrollerar

• Brukt i alarm- og summerutstyrt