Rentoutumisoskillaattori op

Operatiivinen vahvistin on olennainen osa elektroniikkaa, ja olemme aiemmin oppineet Op-ampeereista erilaisissa op-amp-pohjaisissa piireissä ja myös rakentaneet monia oskillaattoripiirejä käyttämällä op-amp ja muita elektroniikkakomponentteja.

Oskillaattori viittaa yleensä piiriin, joka tuottaa jaksoittaista ja toistuvaa lähtöä siniaallon tai neliöaallon tavoin. Oskillaattori voi olla mekaaninen tai elektroninen rakenne, joka tuottaa värähtelyn muutamasta muuttujasta riippuen. Aiemmin olemme oppineet monista suosituista oskillaattoreista, kuten RC-vaihesiirtooskillaattori, Colpitts-oskillaattori, wein-siltaoskillaattori jne. Tänään opimme rentoutumisoskillaattorista.

Rentoutuminen oskillaattori on sellainen, joka täyttää kaikki alla ehdot:

• Sen on tuotettava ei-sinimuotoinen aaltomuoto (joko jännite- tai virtaparametri) lähdössä.
• Sen on tuotettava jaksoittainen signaali tai toistuva signaali, kuten kolmio-, neliö- tai suorakulmainen aalto ulostulossa.
• Rentoutumisoskillaattorin piirin on oltava epälineaarinen. Tämä tarkoittaa, että piirin suunnittelun on sisällettävä puolijohdelaitteita, kuten transistori, MOSFET tai OP-AMP.
• Piirisuunnittelussa on oltava mukana myös energiaa varastoiva laite, kuten kondensaattori tai induktori, joka lataa ja purkaa jatkuvasti syklin tuottamiseksi. Tällaisen oskillaattorin värähtelytaajuus tai -jakso riippuu vastaavan kapasitiivisen tai induktiivisen piirin aikavakiosta.

Rentoutusoskillaattorin toiminta

Jotta voisimme ymmärtää paremmin rentoutumisoskillaattoria, tarkastellaan ensin alla olevan yksinkertaisen mekanismin toimintaa.

Tässä esitetty mekanismi on kiikari, jonka kaikki todennäköisesti kokivat elämässään. Lankku liikkuu edestakaisin massojen molemmissa päissä kokeman painovoiman mukaan. Yksinkertaisesti sanottuna kiikkua on vertailua 'Massaan' ja se vertaa lankun molempiin päihin asetettujen esineiden massaa. Joten mikä tahansa esine, jolla on suurempi massa, tasoitetaan maahan, kun pienemmän massan esine nostetaan ilmaan.

Tässä kiila-asennuksessa meillä on kiinteä massa 'M' toisessa päässä ja tyhjä ämpäri toisessa päässä kuvan osoittamalla tavalla. Tässä alkutilassa massa 'M' tasoitetaan maahan ja ämpäri ripustetaan ilmaan yllä käsitellyn kiipeilyperiaatteen mukaisesti.

Jos nyt käännät tyhjän ämpäriin sijoitetun hanan päälle, vesi alkaa täyttää tyhjää ämpäriä ja lisää siten koko kokoonpanon massaa.

Ja kun kauha on täysin täynnä, koko kauhan puolella oleva massa on enemmän kuin kiinteä massa 'M', joka asetetaan toiseen päähän. Joten lankku liikkuu akselia pitkin täten nostamalla massaa M ja maadoittamalla vesisäiliön.

Kun ämpäri osuu maahan, kauhaan täytetty vesi vuotaa kokonaan maahan kuvan osoittamalla tavalla. Vuodon jälkeen kauhan puolen kokonaismassa on jälleen pienempi verrattuna kiinteään massaan 'M'. Joten taas lankku liikkuu akselia pitkin, siirtäen siten kauhan taas ilmaan uutta täyttöä varten.

Tämä täyttö- ja vuotosykli jatkuu, kunnes vesilähde on läsnä kauhan täyttämiseksi. Tämän syklin takia lankku liikkuu akselia pitkin jaksollisin väliajoin antaen siten värähtelylähdön.

Jos verrataan mekaanisia komponentteja sähkökomponenteihin, niin meillä on.

• Kauhaa voidaan pitää energian varastointilaitteena, joka on joko kondensaattori tai induktori.
• Seesaw on vertailija tai op-amp, jota käytetään kondensaattorin ja referenssin jännitteiden vertaamiseen.
• Kondensaattorin arvon nimelliseen vertailuun käytetään vertailujännitettä.
• Täällä olevaa veden virtausta voidaan kutsua sähkövaraukseksi.

Rentoutumisoskillaattoripiiri

Jos piirrämme vastaavan sähköisen piirin yllä olevalle keinumekanismille, saamme rentoutumisoskillaattoripiirin alla olevan kuvan mukaisesti :

Tämän Op-amp-rentoutusoskillaattorin toiminta voidaan selittää seuraavasti:

• Kun hana on auki, vesi virtaa vesisäiliöön täyttäen sen hitaasti.
• Kun vesisäiliö on täysin täytetty, koko kauhan puolen massa on suurempi kuin toiseen päähän asetettu kiinteä massa 'M'. Kun tämä tapahtuu, lankku siirtää asemansa kompromissitummalle paikalle.
• Kun vesi on vuotanut kokonaan ulos, kauhan puolen kokonaismassa pienenee jälleen pienemmäksi kuin kiinteä massa 'M'. Joten akseli liikkuu jälleen alkuperäiseen asentoonsa.
• Jälleen kerran kauha täyttyy vedellä edellisen hajoamisen jälkeen ja tämä sykli jatkuu ikuisesti, kunnes hanasta virtaa vettä.

Jos piirrämme kaavion yllä olevalle tapaukselle, se näyttää jotain alla olevalta:

Tässä,

• Aluksi, jos katsomme, että komparaattorin lähtö on korkea, kondensaattori latautuu tänä aikana. Kondensaattorin latautumisen jälkeen sen liittimen jännite nousee vähitellen, mikä näkyy kaaviosta.
• Kun kondensaattorin napajännite saavuttaa kynnyksen, vertailulähtö nousee korkealta matalalle, kuten kaaviossa esitetään. Ja kun vertailulähtö menee negatiiviseksi, kondensaattori alkaa purkautua nollaan. Kun kondensaattori on purkautunut kokonaan negatiivisen lähtöjännitteen vuoksi, se lataa jälleen paitsi vastakkaiseen suuntaan. Kuten kaaviosta näet negatiivisen lähtöjännitteen takia, myös kondensaattorin jännite nousee negatiiviseen suuntaan.
• Kun kondensaattori latautuu maksimiin negatiiviseen suuntaan, vertailija vaihtaa lähdön negatiivisesta positiiviseksi. Kun lähtö vaihtuu positiiviseksi sykliksi, kondensaattori purkautuu negatiivisella polulla ja kerää varauksia positiivisella polulla, kuten kaaviossa esitetään.
• Joten kondensaattorin varauksen ja purkauksen sykli positiivisilla ja negatiivisilla poluilla laukaisee vertailijan tuottavan neliöaaltosignaalin lähdössä, joka on esitetty yllä.

Rentoutumisoskillaattorin taajuus

Ilmeisesti värähtelytaajuus riippuu piirin C1 ja R3 aikavakiosta. Suuremmat C1- ja R3-arvot johtavat pidempiin lataus- ja purkausnopeuksiin, mikä tuottaa matalamman taajuuden värähtelyjä. Vastaavasti pienemmät arvot tuottavat korkeampia taajuusvärähtelyjä.

Tässä R1: llä ja R2: lla on myös kriittinen rooli lähtöaaltomuodon taajuuden määrittämisessä. Tämä johtuu siitä, että ne säätelevät jännitekynnyksiä, joiden C1 on ladattava. Esimerkiksi, jos kynnysarvoksi asetetaan 5 V, niin C1: n täytyy ladata ja purkaa vastaavasti enintään 5 V ja -5 V. Toisaalta, jos kynnysarvoksi asetetaan 10 V, C1 tarvitaan lataamaan ja purkamaan 10 V ja -10 V.

Joten rentoutumisoskillaattorin taajuuskaava on:

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

Täällä, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Jos vastukset R1 ja R2 ovat yhtä suuret keskenään, niin

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C- ₁

Rentoutumisoskillaattorin käyttö

Rentoutusoskillaattoria voidaan käyttää:

• Signaaligeneraattorit
• Laskurit
• Muistipiirit
• Jännitteenohjausoskillaattorit
• Hauskoja piirejä
• Oskillaattorit
• Monivibraattorit.