Mashine ya Mzunguko: Ni Nini? (Maana, Aina, na Matumizi)
Nini ni Oscillator?
Oscillator ni mkondo ambao hutengeneza mfululizo wa mzunguko wa kawaida bila chochote chenye kuingiza. Oscillators zinabadilisha mzunguko wa umeme kutoka kwa chanzo cha DC kwenye mfululizo wa mzunguko ambao una ukubwa unapotumika kwa ajili ya mikomponenti yake.
Safu muhimu za kazi za oscillators zinaweza kueleweka kwa kutathmini tabia ya LC tank circuit inayoelezwa chini katika Figure 1, ambayo inatumia inductor L na capacitor C ambaye imejazwa kabisa kama mikomponenti yake. Hapa, kwanza, capacitor anastart kusimamia kupitia inductor, ambayo huchanganya umeme wake kwenye nyuzi ya elektromagnetiki, ambayo inaweza kutengenezwa kwenye inductor. Mara tu capacitor imesimamia kabisa, hakutakuwa na mzunguko wa umeme katika mkondo.
Lakini, hadi sasa, nyuzi ya elektromagnetiki iliyotengenezwa itaunda back-emf ambayo itatoa mzunguko wa umeme kwenye mkondo kulingana na mzunguko wa awali. Mzunguko wa umeme huu utaendelea mpaka nyuzi ya elektromagnetiki itasimama, ambayo itachanganya nyuzi ya elektromagnetiki kwenye umeme tena, kufanya mzunguko uanze tena. Lakini, sasa, capacitor atajazwa na polarity tofauti, kwa sababu hiyo mtu atapata mfululizo wa mzunguko kama matokeo.
Lakini, mfululizo unaojirudia kutokana na inter-conversion kati ya form mbili za nishati hawezi kuendelea milele kwa sababu watatambuliwa kwa athari ya upungufu wa nishati kutokana na resistance ya mkondo. Kama matokeo, ukubwa wa mfululizo huo unapatikana kushuka kwa undani ili kuwa sifuri, ambayo huwafanya damped kwa asili.
Hii inaonyesha kuwa ili kupata mfululizo wa mzunguko wa kawaida na ukubwa wa mfululizo wa kawaida, mtu anahitaji kujaza upungufu wa nishati. Ingawa, ni muhimu kukumbuka kuwa nishati iliyotumika lazima iwe zisizobadilika na lazima iwe sawa na nishati iliyopotea ili kupata mfululizo wa ukubwa wa mfululizo wa kawaida.
Kwa sababu, ikiwa nishati iliyotumika ni zaidi ya nishati iliyopotea, basi ukubwa wa mfululizo utaongezeka (Figure 2a) kuhamisha matokeo yanayoharibika; wakati ikiwa nishati iliyotumika ni chache kuliko nishati iliyopotea, basi ukubwa wa mfululizo utashuka (Figure 2b) kuhamisha mfululizo usioendelea.
Kwa kawaida, oscillators ni transistor au Op-Amp ambayo zinatumiwa kwa ajili ya kuboresha na kutoa feedback ya positive au regenerative ambayo ni sehemu ya signal ya output inayotofautiana na input (Figure 3). Hapa amplifier unajumuisha element ya active ambayo inaweza kuwa transistor au Op-Amp na signal inayotofautiana na phase inayotofautiana na input inayohusika kuendeleza (sustain) mfululizo kwa kujaza upungufu wa nishati katika mkondo.
Marra tu power supply itafunguliwa, mfululizo utaanza kwenye mfumo kwa sababu ya electronic noise iliyopo. Signal hii ya noise itaenda kwenye loop, itaboreshwa na itaunga mkono kwa sine wave moja ya frequency mara tu. Expression kwa closed-loop gain ya oscillator inayoelezwa chini katika Figure 3 inatolewa kama:
Ambapo A ni voltage gain ya amplifier na β ni gain ya feedback network. Hapa, ikiwa Aβ > 1, basi mfululizo utaongezeka kwa ukubwa (Figure 2a); wakati ikiwa Aβ < 1, basi mfululizo utashuka (Figure 2b). Kwa upande mwingine, Aβ = 1 linaletea mfululizo wa ukubwa wa mfululizo wa kawaida (Figure 2c). Kwa maneno mengine, hii inaonyesha kuwa ikiwa gain ya feedback loop ni ndogo, basi mfululizo utakufa, wakati ikiwa gain ya feedback loop ni kubwa, basi matokeo yataharibiwa; na tu ikiwa gain ya feedback ni unity, basi mfululizo utaendelea kwa ukubwa wa mfululizo wa kawaida kuleta mkondo wa mfululizo wa kawaida.
Aina ya Oscillator
Kuna aina nyingi za oscillators, lakini zinaweza kugunduliwa kwa miundo miwili kubwa – Harmonic Oscillators (ambao pia huitwa Linear Oscillators) na Relaxation Oscillators.
Katika harmonic oscillator, mzunguko wa nishati ni daima kutoka kwa mikomponenti ya active kwa mikomponenti ya passive na ukubwa wa mfululizo unatumika kwa njia ya feedback.
Wakati katika relaxation oscillator, nishati inachanganyika kati ya mikomponenti ya active na mikomponenti ya passive na ukubwa wa mfululizo unatumika kwa charging na discharging time-constants zinazotumika kwenye mchakato. Zaidi, harmonic oscillators hupata matokeo ya sine-wave yenye ukubwa wa mfululizo wa chini, wakati relaxation oscillators hupata matokeo ya non-sinusoidal (saw-tooth, triangular au square) wave-forms.
Aina muhimu za Oscillators zinajumuisha:
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
Oscillators zinaweza pia kugunduliwa kwa aina nyingi zaidi kutegemea kwa parameter unachotumika i.e. kulingana na mechanism ya feedback, shape ya matokeo ya waveform, etc. Aina hizi zimeandikwa chini:
Classification Based on the Feedback Mechanism: Positive Feedback Oscillators na Negative Feedback Oscillators.
Classification Based on the Shape of the Output Waveform: Sine Wave Oscillators, Square or Rectangular Wave oscillators, Sweep Oscillators (ambayo hupata matokeo ya waveform ya saw-tooth), etc.
Classification Based on the Frequency of the Output Signal: Low-Frequency Oscillators, Audio Oscillators (ambayo yana matokeo ya frequency ya audio range), Radio Frequency Oscillators, High-Frequency Oscillators, Very High-Frequency Oscillators, Ultra High-Frequency Oscillators, etc.
Classification Based on the type of the Frequency Control Used: RC Oscillators, LC Oscillators, Crystal Oscillators (ambazo hutzukua quartz crystal kutoa matokeo ya frequency stabilized output waveform), etc.
Classification Based on the Nature of the Frequency of Output Waveform: Fixed Frequency Oscillators na Variable or Tunable Frequency Oscillators.
Mtumiaji wa Oscillators
Oscillators ni njia rahisi na rahisi ya kutengeneza frequency ya signal. Kwa mfano, RC oscillator unatumika kugenerate Low Frequency signal, LC oscillator unatumika kugenerate High Frequency signal, na Op-Amp based oscillator unatumika kugenerate stable frequency.
Frequency ya mfululizo unaweza kubadilishwa kwa kubadilisha ukubwa wa component kwa potentiometer arrangements.
Mtu anaweza kutumia oscillators kwa njia nyingi zifuatazo:
Saa za quartz (ambazo hutumia crystal oscillator)
Inatumika kwenye mifano mingi ya audio systems na video systems
Inatumika kwenye mifano mingi ya radio, TV, na communication devices
Inatumika kwenye computers, metal detectors, stun guns, inverters, ultrasonic na radio frequency applications.
Inatumika kugenerate clock pulses kwa microprocessors
