Opuštajući oscilator pomoću op

Operacijsko pojačalo sastavni je dio Elektronike, a prethodno smo učili o Op-pojačalima u različitim sklopovima temeljenim na op-amp-u, a također smo izgradili i mnoštvo oscilatornih krugova koristeći op-amp i druge elektroničke komponente.

Oscilator se općenito odnosi na sklop koji proizvodi periodični i ponavljajući izlaz poput sinusnog ili kvadratnog vala. Oscilator može biti mehanička ili elektronička konstrukcija koja proizvodi oscilacije ovisno o nekoliko varijabli. Prije smo naučili o mnogim popularnim oscilatorima kao što su RC oscilator faznog pomaka, Colpittsov oscilator, wein most oscilator, itd. Danas ćemo naučiti o relaksacijskom oscilatoru.

Oscilator opuštanje je onaj koji zadovoljava sve uvjete u nastavku:

• Na izlazu mora osigurati nesinusni valni oblik (bilo naponskog ili strujnog parametra).
• Na izlazu mora pružati periodični signal ili repetitivni signal poput trokutastog, kvadratnog ili pravokutnog vala.
• Krug relaksacijskog oscilatora mora biti nelinearan. To znači da dizajn sklopa mora uključivati ​​poluvodičke uređaje poput tranzistora, MOSFET-a ili OP-AMP-a.
• Dizajn sklopa također mora uključivati ​​uređaj za pohranu energije poput kondenzatora ili prigušnice koji se kontinuirano puni i prazni kako bi proizveo ciklus. Učestalost ili razdoblje titranja takvog oscilatora ovisi o vremenskoj konstanti njihova odgovarajućeg kapacitivnog ili induktivnog kruga.

Rad opuštajućeg oscilatora

Da bismo bolje razumjeli Oscilator opuštanja, pogledajmo najprije rad jednostavnog mehanizma prikazanog u nastavku.

Ovdje prikazan mehanizam je klackalica koju je svatko vjerojatno iskusio u svom životu. Daska se kreće naprijed-natrag, ovisno o gravitacijskoj sili koju mase doživljavaju na oba kraja. Jednostavno rečeno, klackalica je usporednik "mase" i uspoređuje masu predmeta smještenih na oba kraja daske. Dakle, koji god objekt ima veću masu, izravna se na tlo, dok se objekt manje mase podiže u zrak.

U ovom postavljanju klackalice imat ćemo fiksnu masu 'M' na jednom kraju, a praznu kantu na drugom kraju, kao što je prikazano na slici. U ovom početnom stanju masa 'M' sravnit će se sa zemljom, a kanta će biti obješena u zrak na temelju gore spomenutog principa klackalice.

Sada, ako otvorite slavinu postavljenu iznad prazne kante, tada voda počinje puniti praznu kantu i time povećavati masu cijelog uređaja.

A kad se kanta potpuno napuni, tada će cijela masa na strani kante biti veća od fiksne mase 'M' smještene na drugom kraju. Dakle, daska se kreće duž osi, čime se zrakom podiže masa 'M' i uzemljuje kanta za vodu.

Nakon što kanta padne na tlo, voda napunjena kantom prelijeva se u potpunosti na tlo, kao što je prikazano na slici. Nakon izlijevanja, ukupna masa na strani kašike opet će postati manja u odnosu na fiksnu masu 'M'. Tako se daska opet pomiče duž osi, premještajući tako kantu u zrak za još jedno punjenje.

Ovaj ciklus punjenja i izlijevanja nastavlja se povećavati sve dok izvor vode ne bude prisutan da bi napunio kantu. I zbog ovog ciklusa, daska se kreće duž osi s povremenim intervalima, dajući tako oscilacijski izlaz.

Sada, ako usporedimo mehaničke komponente s električnim komponentama, onda jesmo.

• Kanta se može smatrati uređajem za spremanje energije koji je ili kondenzator ili prigušnica.
• Klisilica je usporednik ili opcijsko pojačalo koje se koristi za usporedbu napona kondenzatora i referentnog napona.
• Za nominalnu usporedbu vrijednosti kondenzatora uzima se referentni napon.
• Protok vode ovdje se može nazvati električnim nabojem.

Krug oscilatora opuštanja

Ako nacrtamo ekvivalentni električni krug za gore navedeni mehanizam klackalice, dobit ćemo krug relaksacijskog oscilatora kao što je prikazano dolje :

Rad ovog Op-amp opuštajućeg oscilatora može se objasniti na sljedeći način:

• Jednom kada se slavina otvori, voda teče u kantu za vodu i polako je puni.
• Nakon što se kanta za vodu potpuno napuni, cjelokupna masa na strani kante bit će veća od fiksne mase 'M' smještene na drugom kraju. Jednom kada se to dogodi, daska premješta svoje položaje na mjesto koje više kompromitira.
• Nakon što se voda potpuno izlije, ukupna masa na strani kante ponovno će postati manja u usporedbi s fiksnom masom 'M'. Tako će se osovina ponovno pomaknuti u početni položaj.
• Ponovno se kanta napuni vodom nakon prethodnog raspršivanja i ovaj se ciklus nastavlja zauvijek dok iz slavine ne teče voda.

Ako nacrtamo grafikon za gornji slučaj, izgledat će otprilike kao ispod:

Ovdje,

• U početku, ako uzmemo u obzir da je izlaz komparatora velik, tada će se kondenzator puniti. Punjenjem kondenzatora njegov napon na priključku postupno će rasti, što se može vidjeti na grafikonu.
• Jednom kada napon na priključku kondenzatora dosegne prag, izlaz komparatora ići će od visokog prema niskom, kao što je prikazano na grafikonu. A kad izlaz komparatora postane negativan, kondenzator se počinje prazniti na nulu. Nakon što se kondenzator potpuno isprazni zbog prisutnosti negativnog izlaznog napona, ponovno se puni, osim u suprotnom smjeru. Kao što možete vidjeti na grafikonu zbog negativnog izlaznog napona, napon kondenzatora također raste u negativnom smjeru.
• Jednom kada se kondenzator napuni do maksimuma u negativnom smjeru, komparator prebacuje izlaz s negativnog na pozitivni. Jednom kad se izlaz prebaci u pozitivni ciklus, kondenzator se prazni u negativnom putu i stvara naboje u pozitivnom putu, kao što je prikazano na grafikonu.
• Dakle, ciklus punjenja i pražnjenja kondenzatora u pozitivnom i negativnom putu pokreće uspoređivač koji daje signal četvrtastog vala na izlazu koji je gore prikazan.

Učestalost relaksacijskog oscilatora

Očito frekvencija titranja ovisi o vremenskoj konstanti C1 i R3 u krugu. Veće vrijednosti C1 i R3 dovest će do duljih brzina punjenja i pražnjenja, stvarajući tako niže frekvencijske oscilacije. Slično tome, manje vrijednosti proizvest će oscilacije veće frekvencije.

Ovdje R1 i R2 također igraju ključnu ulogu u određivanju frekvencije izlaznog valnog oblika. To je zato što kontroliraju pragove napona do kojih se C1 mora napuniti. Na primjer, ako je prag postavljen na 5V, tada C1 treba napuniti i isprazniti samo do 5V i -5V. S druge strane, ako je prag postavljen na 10V, potreban je C1 za punjenje i pražnjenje na 10V i -10V.

Tako će formula frekvencije relaksacijskog oscilatora biti:

f = 1/2 x R ₃ x C ₁ x ln (1 + k / 1 - k)

Ovdje, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Ako su otpornici R1 i R2 međusobno jednaki, tada

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Primjena oscilatora za opuštanje

Opuštajući oscilator može se koristiti u:

• Generatori signala
• Brojači
• Memorijski krugovi
• Oscilatori za regulaciju napona
• Zabavni sklopovi
• Oscilatori
• Multi-vibratori.