- Delovanje sprostitvenega oscilatorja
- Krog sprostitvenega oscilatorja
- Pogostost relaksacijskega oscilatorja
- Uporaba sprostitvenega oscilatorja
Operacijski ojačevalnik je sestavni del elektronike, prej pa smo spoznali op-ojačevalnike v različnih vezjih, ki temeljijo na op-ojačevalcih, in zgradili tudi številna oscilatorjska vezja z uporabo op-ojačevalnika in drugih elektronskih komponent.
Oscilator se običajno nanaša na vezje, ki proizvaja periodični in ponavljajoči se izhod, kot je sinusni ali kvadratni val. Oscilator je lahko mehanska ali elektronska konstrukcija, ki povzroči nihanje, odvisno od nekaj spremenljivk. Prej smo se seznanili s številnimi priljubljenimi oscilatorji, kot so oscilator RC Phase shift, Colpittsov oscilator, wein bridge oscilator itd. Danes bomo spoznali relaksacijski oscilator.
Sprostitev oscilator je tista, ki izpolnjuje vse spodaj pogoji:
- Na izhodu mora zagotavljati nesinusoidno valovno obliko (napetostnega ali tokovnega parametra).
- Na izhodu mora zagotavljati periodični signal ali ponavljajoči se signal, kot je trikotni, kvadratni ali pravokotni val.
- Vezje sprostitvenega oscilatorja mora biti nelinearno. To pomeni, da mora oblikovanje vezja vključevati polprevodniške naprave, kot so tranzistor, MOSFET ali OP-AMP.
- Zasnova vezja mora vključevati tudi napravo za shranjevanje energije, kot je kondenzator ali induktor, ki se neprekinjeno polni in prazni, da ustvari cikel. Frekvenca ali obdobje nihanja takšnega oscilatorja je odvisna od časovne konstante njihovega kapacitivnega ali induktivnega vezja.
Delovanje sprostitvenega oscilatorja
Za boljše razumevanje sprostitvenega oscilatorja si najprej oglejmo delovanje preprostega mehanizma, prikazanega spodaj.
Mehanizem, ki je prikazan tukaj, je klackalica, ki jo je verjetno vsakdo doživel v svojem življenju. Deska se premika naprej in nazaj, odvisno od gravitacijske sile, ki jo na obeh koncih doživljajo mase. Preprosto povedano, klackalica je primerjalnik "Masa" in primerja maso predmetov, nameščenih na obeh koncih deske. Kateri koli predmeti z večjo maso se poravnajo na tla, medtem ko se objekt z manjšo maso dvigne v zrak.
V tej nastavitvi kladiva bomo imeli na enem koncu fiksno maso 'M', na drugem pa prazno vedro, kot je prikazano na sliki. V tem začetnem stanju bo masa 'M' poravnana na tla in vedro bo obešeno v zrak na podlagi zgoraj omenjenega principa nihanja.
Če zdaj odprete pipo nad praznim vedrom, začne voda napolniti prazno vedro in s tem poveča maso celotne naprave.
In ko se vedro popolnoma napolni, bo celotna masa na strani žlice večja od fiksne mase „M“, nameščene na drugem koncu. Tako se deska premika vzdolž osi, s čimer se dvigne masa 'M' in ozemlji vedro za vodo.
Ko vedro zadene tla, se voda, napolnjena v vedro, popolnoma prelije na tla, kot je prikazano na sliki. Po razlitju bo skupna masa na strani žlice spet manjša v primerjavi s fiksno maso „M“. Torej se deska spet premakne vzdolž osi, s čimer se vedro spet premakne v zrak za drugo polnjenje.
Ta cikel polnjenja in razlivanja se nadaljuje, dokler ni prisoten vir vode, da napolni vedro. In zaradi tega cikla se deska premika vzdolž osi v rednih intervalih in tako daje nihanje.
Če primerjamo mehanske komponente z električnimi komponentami, jih imamo.
- Žlico lahko štejemo za napravo za shranjevanje energije, ki je bodisi kondenzator bodisi induktor.
- Seesaw je primerjalnik ali op-amp, ki se uporablja za primerjavo napetosti kondenzatorja in referenčne vrednosti.
- Za nominalno primerjavo vrednosti kondenzatorja se vzame referenčna napetost.
- Pretok vode tukaj lahko označimo kot električni naboj.
Krog sprostitvenega oscilatorja
Če narišemo enakovredno električno vezje za zgornji nihajni mehanizem, bomo dobili vezje relaksacijskega oscilatorja, kot je prikazano spodaj :
Delovanje tega sprostitvenega oscilatorja Op-amp je mogoče razložiti na naslednji način:
- Ko je pipa odprta, voda steče v vedro za vodo in jo tako počasi polni.
- Ko je vedro za vodo popolnoma napolnjeno, bo celotna masa na strani vedra večja od fiksne mase „M“, nameščene na drugem koncu. Ko se to zgodi, deska premakne svoje položaje na bolj kompromisno mesto.
- Ko se voda popolnoma izlije, bo skupna masa na strani žlice spet manjša v primerjavi s fiksno maso „M“. Tako se bo gred spet premaknila v začetni položaj.
- Po prejšnjem razpršitvi se vedro še enkrat napolni z vodo in ta cikel se nadaljuje večno, dokler iz pipe ne teče voda.
Če narišemo graf za zgornji primer, bo videti nekako takole spodaj:
Tukaj,
- Če sprva menimo, da je izhod primerjalnika visok, se bo v tem času kondenzator polnil. S polnjenjem kondenzatorja se bo njegova priključna napetost postopoma dvigovala, kar je razvidno iz grafa.
- Ko napetost priključka kondenzatorja doseže prag, se bo izhod primerjalnika zvišal na visoko na nizko, kot je prikazano na grafu. In ko izhod primerjalne naprave postane negativen, se kondenzator začne prazniti na nič. Ko se kondenzator popolnoma izprazni zaradi prisotnosti negativne izhodne napetosti, se spet napolni, razen v nasprotni smeri. Kot lahko vidite na grafu, se zaradi negativne izhodne napetosti napetost kondenzatorja dvigne tudi v negativni smeri.
- Ko se kondenzator napolni do maksimuma v negativni smeri, primerjalnik preklopi izhod z negativnega na pozitivni. Ko izhod preklopi v pozitiven cikel, se kondenzator izprazni v negativni poti in nabere naboje na pozitivni poti, kot je prikazano na grafu.
- Torej cikel polnjenja in praznjenja kondenzatorja v pozitivni in negativni poti sproži, da primerjalnik na izhodu, ki je prikazan zgoraj, proizvaja signal kvadratnega vala.
Pogostost relaksacijskega oscilatorja
Očitno je frekvenca nihanja odvisna od časovne konstante C1 in R3 v vezju. Višje vrednosti C1 in R3 bodo vodile do daljših stopenj polnjenja in praznjenja, kar bo povzročilo nižje frekvenčne nihanja. Podobno bodo manjše vrednosti povzročile nižje frekvence.
Tu imata R1 in R2 tudi ključno vlogo pri določanju frekvence izhodne valovne oblike. To je zato, ker nadzorujejo napetostne pragove, do katerih se mora C1 polniti. Če je na primer prag nastavljen na 5V, mora C1 napolniti in izprazniti le do 5V oziroma -5V. Po drugi strani pa, če je prag nastavljen na 10V, je potreben C1 za polnjenje in praznjenje na 10V in -10V.
Torej sprostitev oscilator frekvence Formula bodo:
f = 1/2 x R 3 x C 1 x ln (1 + k / 1 - k)
Tu, K = R 2 / R 1 + R 2
Če so upori R1 in R2 med seboj enaki, potem
f = 1 / 2,2 x R 3 x C 1
Uporaba sprostitvenega oscilatorja
Sprostitveni oscilator lahko uporabimo v:
- Generatorji signalov
- Števci
- Pomnilniška vezja
- Oscilatorji za nadzor napetosti
- Zabavna vezja
- Oscilatorji
- Multi-vibratorji.