Relaksacinis osciliatorius naudojant op

Operacinis stiprintuvas yra neatsiejama „Electronics“ dalis, ir mes anksčiau sužinojome apie „Op“ stiprintuvus įvairiose op-amp pagrįstose grandinėse, taip pat pastatėme daugelį osciliatorių grandinių, naudodami op-amp ir kitus elektronikos komponentus.

Osciliatorius paprastai reiškia grandinę, kuri sukuria periodinę ir pasikartojančią išvestį kaip sinusinė ar kvadratinė banga. Osciliatorius gali būti mechaninė arba elektroninė konstrukcija, sukelianti svyravimus priklausomai nuo kelių kintamųjų. Anksčiau mes sužinojome apie daugelį populiarių osciliatorių, tokių kaip RC fazės poslinkio osciliatorius, Colpitts osciliatorius, wein tiltinis osciliatorius ir kt. Šiandien mes sužinosime apie relaksacinį osciliatorių.

Atsipalaidavimas osciliatorius yra ta, kuri atitinka visus žemiau sąlygomis:

• Išvestyje jis turi pateikti ne sinusoidinę bangos formą (įtampos ar srovės parametro).
• Išvestyje jis turi teikti periodinį signalą arba pasikartojantį signalą, pavyzdžiui, trikampę, kvadratinę ar stačiakampę.
• Relaksacinio osciliatoriaus grandinė turi būti netiesinė. Tai reiškia, kad grandinės projektavimas turi apimti puslaidininkinius įtaisus, tokius kaip tranzistorius, MOSFET ar OP-AMP.
• Grandinės konstrukcijoje taip pat turi būti energijos kaupimo įtaisas, pvz., Kondensatorius ar induktorius, kuris nuolat kraunasi ir išsikrauna, kad sukurtų ciklą. Tokio osciliatoriaus virpesių dažnis arba periodas priklauso nuo jų atitinkamos talpinės arba indukcinės grandinės laiko konstantos.

Relaksacinio osciliatoriaus darbas

Norėdami geriau suprasti atsipalaidavimo osciliatorių, pirmiausia pažvelkime į paprasto mechanizmo, parodyto žemiau, veikimą.

Čia parodytas mechanizmas yra sūpuoklė, kurią tikriausiai visi patyrė savo gyvenime. Lentos juda pirmyn ir atgal, priklausomai nuo gravitacinės jėgos, kurią masės patiria abiejuose galuose. Paprasčiau tariant, sūpuoklė yra „mišių“ palyginimo priemonė ir ji lygina objektų, išdėstytų abiejuose lentos galuose, masę. Bet kuris objektas, turintis didesnę masę, išlyginamas ant žemės, o mažesnės masės objektas pakeliamas į orą.

Šioje sūpynių pakopoje viename gale turėsime fiksuotą masę „M“, kitame - tuščią kibirą, kaip parodyta paveikslėlyje. Esant tokiai pradinei būklei, masė „M“ bus sulyginta su žeme, o kibiras bus pakabintas ore, remiantis aukščiau aptartu pylimo principu.

Dabar, jei atsuksite čiaupą, pastatytą virš tuščio kibiro, vanduo pradės užpildyti tuščią kibirą ir taip padidins visos įrangos masę.

Kai tik kibiras bus visiškai pilnas, visa masė iš kibiro pusės bus didesnė už fiksuotą masę „M“, dedamą kitame gale. Taigi lenta juda išilgai ašies, taip pakeldama oro masę „M“ ir įžemindama vandens kibirą.

Kibirui atsitrenkus į žemę, kibiru užpildytas vanduo visiškai išsilieja ant žemės, kaip parodyta paveikslėlyje. Išsiliejus, visa kibiro pusės masė vėl taps mažesnė, palyginti su fiksuota mase „M“. Taigi lenta vėl juda išilgai ašies, taip vėl perkeldama kibirą į orą kitam užpildymui.

Šis pripildymo ir išpylimo ciklas tęsiasi tol, kol vandens šaltinis užpildys kibirą. Dėl šio ciklo lenta periodiškai juda išilgai ašies, taip suteikdama svyravimo išėjimą.

Dabar, jei palyginsime mechaninius komponentus su elektriniais komponentais, tai ir turime.

• Kibiras gali būti laikomas energiją kaupiančiu įtaisu, kuris yra arba kondensatorius, arba induktorius.
• „Seesaw“ yra lyginamasis arba op-amp, naudojamas kondensatoriaus ir atskaitos įtampoms palyginti.
• Nominaliam kondensatoriaus vertės palyginimui imama etaloninė įtampa.
• Vandens srautas čia gali būti vadinamas elektros krūviu.

Relaksacinio osciliatoriaus grandinė

Jei nubrėšime ekvivalentinę elektrinę grandinę aukščiau esančiam pavėsinės mechanizmui, gausime atsipalaidavimo osciliatoriaus grandinę, kaip parodyta toliau :

Šio „ Op-amp“ atsipalaidavimo osciliatoriaus veikimą galima paaiškinti taip:

• Įjungus čiaupą, vanduo teka į vandens kibirą, tuo lėtai jį užpildydamas.
• Visiškai užpildžius vandens kibirą, visa jo masė iš kibiro pusės bus didesnė už fiksuotą masę „M“, dedamą kitame gale. Kai tai atsitiks, lenta perkelia savo pozicijas į labiau kompromituojančią vietą.
• Visiškai išpylus vandenį, visa masė iš kibiro pusės vėl taps mažesnė, palyginti su fiksuota mase „M“. Taigi velenas vėl pasislinks į pradinę padėtį.
• Dar kartą kibiras prisipildo vandens po ankstesnio išsklaidymo ir šis ciklas tęsiasi amžinai, kol iš čiaupo teka vanduo.

Jei nubraižysime aukščiau minėto atvejo grafiką, jis atrodys maždaug taip:

Čia

• Iš pradžių, jei manysime, kad palyginamoji galia yra didelė, tada per šį laiką kondensatorius bus įkrautas. Įkraunant kondensatorių, jo gnybto įtampa palaipsniui kils, tai galima pamatyti grafike.
• Kai kondensatoriaus gnybto įtampa pasiekia slenkstį, lygintuvo išėjimas bus nuo aukšto iki mažo, kaip parodyta diagramoje. Kai palyginamoji išvestis tampa neigiama, kondensatorius pradeda išsikrauti iki nulio. Po to, kai kondensatorius visiškai išsikrauna dėl neigiamos išėjimo įtampos, jis vėl įkraunamas, išskyrus priešingą pusę. Kaip matote diagramoje dėl neigiamos išėjimo įtampos, kondensatoriaus įtampa taip pat kyla neigiama kryptimi.
• Kai kondensatorius maksimaliai įkraunamas neigiama kryptimi, palyginamasis perjungia išėjimą iš neigiamo į teigiamą. Kai išvestis persijungia į teigiamą ciklą, kondensatorius išsikrauna neigiamu keliu ir kaupia teigiamą kelią, kaip parodyta diagramoje.
• Taigi kondensatoriaus įkrovos ir iškrovos ciklas teigiamais ir neigiamais keliais sukelia palygintuvo viršuje pateiktą kvadratinės bangos signalą.

Relaksacinio osciliatoriaus dažnis

Akivaizdu, kad virpesių dažnis priklauso nuo C1 ir R3 laiko konstantos grandinėje. Didesnės C1 ir R3 vertės lems ilgesnį įkrovimo ir iškrovos greitį, taigi sukels mažesnio dažnio virpesius. Panašiai mažesnės vertės sukels didesnio dažnio virpesius.

Čia R1 ir R2 taip pat vaidina svarbų vaidmenį nustatant išėjimo bangos formos dažnį. Taip yra todėl, kad jie valdo įtampos slenksčius, kuriuos C1 turi įkrauti. Pavyzdžiui, jei slenkstis nustatytas į 5 V, tada C1 reikia įkrauti ir iškrauti tik iki 5 V ir -5 V. Kita vertus, jei slenkstis yra nustatytas 10 V, tada C1 reikia įkrauti ir iškrauti iki 10 V ir -10 V.

Taigi atsipalaidavimo osciliatoriaus dažnio formulė bus:

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

Čia K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Jei rezistoriai R1 ir R2 yra lygūs vienas kitam, tada

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Relaksacinio osciliatoriaus naudojimas

Relaksacinis osciliatorius gali būti naudojamas:

• Signalų generatoriai
• Skaitikliai
• Atminties grandinės
• Įtampos valdymo osciliatoriai
• Linksmos grandinės
• Osciliatoriai
• Daugybiniai vibratoriai.