Oscillators: Ano Ito? (Pangungusap, Uri, & Pagsisimula)

Ano ang Oscillator?

Ang oscillator ay isang circuit na naglalabas ng patuloy at paulit-ulit na waveform nang walang input. Ang mga oscillator ay pangunahing nagko-convert ng unidirectional na pag-flow ng current mula sa isang DC source sa isang alternating waveform na may inilaan na frequency, depende sa mga komponente ng kanyang circuit.

Ang pangunahing prinsipyong nasa likod ng paggana ng mga oscillator ay maaaring maintindihan sa pamamagitan ng pagsusuri ng pag-uugali ng isang LC tank circuit na ipinapakita sa Figure 1 sa ibaba, na gumagamit ng isang inductor L at isang ganap na pre-charged na capacitor C bilang mga komponente. Dito, sa unang lugar, nagsisimula ang capacitor na mag-discharge sa pamamagitan ng inductor, na nagreresulta sa konwersyon ng kanyang electrical energy sa electromagnetic field, na maaaring itago sa inductor. Kapag ganap na nadischarge ang capacitor, wala nang pag-flow ng current sa circuit.

Ngunit, bago pa man ito, ang nakaimbak na electromagnetic field ay nag-generate ng back-emf na nagreresulta sa pag-flow ng current sa circuit sa parehong direksyon ng dati. Ang pag-flow ng current sa circuit ay patuloy hanggang sa ang electromagnetic field ay lumubog, na nagreresulta sa back-conversion ng electromagnetic energy sa electrical form, na nagpapatuloy sa cycle. Ngunit, ngayon, ang capacitor ay nag-charged na nang may kabaligtarang polarity, dahil dito, nakukuha ang isang oscillating waveform bilang output.

Ngunit, ang mga oscillation na dulot ng inter-conversion ng dalawang anyo ng energy ay hindi maaaring magpatuloy forever dahil sila ay mapapailalim sa epekto ng pagkawala ng energy dahil sa resistance ng circuit. Bilang resulta, ang amplitude ng mga oscillation na ito ay patuloy na bumababa hanggang sa maging zero, na nagbibigay sa kanila ng nature na damped.

Ito ang nagpapahiwatig na upang makakuha ng mga oscillation na patuloy at may constant na amplitude, kailangan ng tao na kumompensasyon para sa pagkawala ng energy. Gayunpaman, kailangang tandaan na ang energy na ibinibigay ay dapat na maipapantayan nang tama at dapat na katumbas ng energy na nawala upang makamit ang mga oscillation na may constant na amplitude.

Ito ay dahil, kung ang energy na ibinibigay ay higit sa energy na nawala, ang amplitude ng mga oscillation ay tataas (Figure 2a) na nagreresulta sa isang distorted na output; samantalang kung ang energy na ibinibigay ay mas kaunti sa energy na nawala, ang amplitude ng mga oscillation ay bababa (Figure 2b) na nagreresulta sa unsustainable na oscillations.

Praktikal na, ang mga oscillators ay wala lang kundi mga amplifier circuits na may positive o regenerative feedback kung saan bahagi ng output signal ay ibinalik sa input (Figure 3). Dito, ang amplifier ay binubuo ng isang amplifying active element na maaaring transistor o Op-Amp at ang ibinalik na in-phase signal ay tinuturing na responsable para panatilihin (sustain) ang mga oscillation sa pamamagitan ng pagkompensa sa mga loss sa circuit.

Kapag naka-on ang power supply, ang mga oscillation ay sisimulan sa system dahil sa electronic noise na naroroon. Ang noise signal na ito ay umiikot sa loop, nagnanais na maging amplified at nagconverge sa isang single frequency sine wave nang mabilis. Ang expression para sa closed-loop gain ng oscillator na ipinakita sa Figure 3 ay ibinibigay bilang:

Kung saan A ang voltage gain ng amplifier at β ang gain ng feedback network. Dito, kung Aβ > 1, ang mga oscillation ay tataas sa amplitude (Figure 2a); samantalang kung Aβ < 1, ang mga oscillation ay mabababa (Figure 2b). Sa kabilang banda, Aβ = 1 nagdudulot ng mga oscillation na may constant na amplitude (Figure 2c). Sa ibang salita, ito ay nagpapahiwatig na kung ang feedback loop gain ay maliit, ang oscillation ay mawawala, samantalang kung ang gain ng feedback loop ay malaki, ang output ay madi-distort; at lamang kung ang gain ng feedback ay unity, ang mga oscillation ay may constant na amplitude na nagreresulta sa self-sustained na oscillatory circuit.

Uri ng Oscillator

Mayroong maraming uri ng oscillator, ngunit maaaring mahahati sa dalawang pangunahing kategorya – Harmonic Oscillators (kilala rin bilang Linear Oscillators) at Relaxation Oscillators.

Sa isang harmonic oscillator, ang flow ng energy ay laging mula sa active components patungo sa passive components at ang frequency ng oscillation ay pinagpasyahan ng feedback path.

Samantalang sa isang relaxation oscillator, ang energy ay inexchange sa pagitan ng active at passive components at ang frequency ng oscillation ay pinagpasyahan ng charging at discharging time-constants na kasangkot sa proseso. Bukod dito, ang harmonic oscillators ay naglalabas ng low-distorted sine-wave outputs habang ang relaxation oscillators ay naglalabas ng non-sinusoidal (saw-tooth, triangular o square) wave-forms.

Ang pangunahing uri ng Oscillators ay kinabibilangan ng:

• 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

Maaari ring mahahati ang mga oscillator sa iba't ibang uri depende sa parameter na inilagay i.e. batay sa feedback mechanism, hugis ng output waveform, etc.. Ang mga klase ng pagkakahati-ati na ito ay ibinigay sa ibaba:

1. Pagkakahati Batay sa Feedback Mechanism: Positive Feedback Oscillators at Negative Feedback Oscillators.

2. Pagkakahati Batay sa Hugis ng Output Waveform: Sine Wave Oscillators, Square o Rectangular Wave oscillators, Sweep Oscillators (na naglalabas ng saw-tooth output waveform), etc.

3. Pagkakahati Batay sa Frequency ng Output Signal: Low-Frequency Oscillators, Audio Oscillators (na may output frequency na nasa audio range), Radio Frequency Oscillators, High-Frequency Oscillators, Very High-Frequency Oscillators, Ultra High-Frequency Oscillators, etc.

4. Pagkakahati Batay sa Uri ng Frequency Control na Ginamit: RC Oscillators, LC Oscillators, Crystal Oscillators (na gumagamit ng quartz crystal upang makamit ang isang frequency stabilized output waveform), etc.

5. Pagkakahati Batay sa Nature ng Frequency ng Output Waveform: Fixed Frequency Oscillators at Variable o Tunable Frequency Oscillators.

Paggamit ng Oscillator

Ang mga oscillator ay isang murang at madaling paraan upang makalikha ng tiyak na Frequency ng isang signal. Halimbawa, ang isang RC oscillator ay ginagamit upang makalikha ng Low Frequency signal, ang isang LC oscillator ay ginagamit upang makalikha ng High Frequency signal, at ang isang Op-Amp based oscillator ay ginagamit upang makalikha ng stable na frequency.

Ang frequency ng oscillation ay maaaring magbago sa pamamagitan ng pagbabago ng component value gamit ang potentiometer arrangements.

Ang ilang karaniwang paggamit ng mga oscillator ay kinabibilangan ng:

• Quartz watches (na gumagamit ng crystal oscillator)

• Ginagamit sa iba't ibang audio systems at video systems

• Ginagamit sa iba't ibang radio, TV, at iba pang communication devices

• Ginagamit sa computers, metal detectors, stun guns, inverters, ultrasonic at radio frequency applications.

• Ginagamit upang makalikha ng clock pulses para sa microprocessors at micro-controllers

• Ginagamit sa alarms at buzzes

• Tipid