Oscilátory převést STEJNOSMĚRNÉ vstupní (napájecí napětí) AC výstup (křivky), které mohou mít širokou škálu různých tvary vln a frekvencí, které mohou být buď složité, v přírodě nebo jednoduché sinusové vlny v závislosti na aplikaci.
Oscilátory jsou také používány v mnoha kusů zkušebních zařízení produkující buď sinusový sinusový vlny, square, sawtooth trojúhelníkové nebo ve tvaru křivky, nebo jen vlak impulsů proměnné nebo konstantní šířky. LC oscilátory se běžně používají v vysokofrekvenčních obvodech kvůli jejich dobrým charakteristikám fázového šumu a jejich snadné implementaci.
Oscilátor je v podstatě Zesilovač s „Pozitivní Zpětná vazba“, nebo regenerační zpětnou vazbu (in-phase) a jeden z mnoha problémů v elektronických obvodů je zastavení zesilovače z oscilační zatímco se snaží dostat oscilátory oscilovat.
Oscilátory práce, protože oni překonat ztráty z jejich zpětné vazby, rezonanční obvod, a to buď ve formě kondenzátor, induktor, nebo oba ve stejném obvodu za použití DC energii na požadovanou frekvenci do rezonanční obvod. Jinými slovy, oscilátoru je zesilovač, který využívá pozitivní zpětnou vazbu, která generuje výstupní frekvenci bez použití vstupního signálu.
Tak Oscilátory jsou samostatně udržení obvody generování periodické výstupní průběh na přesné frekvenci a pro každý elektronický obvod fungovat jako oscilátor, musí mít následující tři vlastnosti.
- Nějaká forma Zesílení
- Pozitivní Zpětná vazba (regenerace)
- Frekvence určit zpětnou vazbu sítě
oscilátor má malý signál zpětné vazby zesilovače s otevřenou smyčkou získají stejná nebo mírně větší než jedna pro kmity začít, ale pokračovat oscilace průměrný zisk smyčky se musí vrátit do jednoty. Kromě těchto reaktivních složek je vyžadováno zesilovací zařízení, jako je operační zesilovač nebo bipolární tranzistor.
na rozdíl od zesilovače neexistuje žádný externí střídavý vstup potřebný k tomu, aby oscilátor pracoval, protože stejnosměrná napájecí energie je oscilátorem přeměněna na střídavou energii na požadované frekvenci.
Základní Oscilátor v Obvodu Zpětné vazby
Kde: β je zpětná vazba zlomek.
Oscilátor Zesílení Bez Zpětné vazby
Oscilátor Získat zpětnou Vazbu
Oscilátory jsou obvody, které vytvářejí kontinuální napětí výstupní průběh na požadovanou frekvenci s hodnotami z induktorů, kondenzátorů nebo rezistorů, které tvoří frekvenčně selektivní LC rezonančního obvodu nádrže a zpětnou vazbu sítě. Tato zpětná vazba sítě je útlum síť, která má zisk menší než jedna ( β <1 ) a začne oscilace při Aß >1, které se vrátí do jednoty ( Aß =1 ) jakmile oscilací začíná.
frekvence LC oscilátorů je řízena laděným nebo rezonančním indukčním/kapacitním (LC) obvodem, přičemž výsledná Výstupní frekvence je známá jako kmitočet oscilace. Tím, že oscilátory zpětnou vazbu reaktivní sítě fázový úhel zpětné vazby se bude měnit v závislosti na frekvenci, a to se nazývá fázový posun.
v podstatě existují typy oscilátorů
- 1. Sinusové oscilátory-ty jsou známé jako harmonické oscilátory a jsou obecně oscilátor typu“ LC Tuned-feedback „nebo“ RC tuned-feedback“, který generuje čistě sinusový průběh, který má konstantní amplitudu a frekvenci.
- 2. Nesinusové Oscilátory – tyto jsou známé jako Relaxační Oscilátory a vytvářet komplexní non-sinusové průběhy, které se mění velmi rychle z jednoho stavu stability se ještě jako „Square-wave“, „Trojúhelníkové vlny“ nebo „Chaluhový-wave“ typ křivky.
Oscilátoru Rezonance
Při konstantním napětí, ale o různé frekvenci je aplikován na obvod skládající se z cívky, kondenzátoru a rezistoru je odpor obou Kondenzátor/Rezistor a Induktor/Rezistor obvodů je na změnu amplitudy a fáze výstupního signálu oproti vstupnímu signálu vzhledem k reaktance použitých komponent.
při vysokých frekvencích je reaktance kondenzátoru velmi nízká působící jako zkrat, zatímco reaktance induktoru je vysoká působící jako otevřený obvod. Při nízkých frekvencích je zpětný chod pravdivý, reaktance kondenzátoru působí jako otevřený obvod a reaktance induktoru působí jako zkrat.
Mezi těmito dvěma extrémy kombinace cívka a kondenzátor vytváří „Tuned“ nebo „Rezonanční“ obvod, který má Rezonanční Frekvenci, ( ƒr ), ve kterém se kapacitní a induktivní reaktance jsou si rovny a vyruší navzájem, takže jen odpor obvodu proti toku proudu. To znamená, že nedochází k fázovému posunu, protože proud je ve fázi s napětím. Zvažte obvod níže.
Základní LC Oscilátor Obvodu Nádrže
obvod se skládá z indukční cívky L a kondenzátoru C. kondenzátor uchovává energii ve formě elektrostatického pole a která vytváří potenciál (statické napětí) přes jeho desky, zatímco indukční cívky ukládá energii ve formě elektromagnetického pole. Kondenzátor se nabíjí až do stejnosměrného napájecího napětí, V uvedením spínače do polohy a. Kdy kondenzátor je plně nabitá přepínač změny pozice.
nabitý kondenzátor je připojen paralelně přes indukční cívka, tak kondenzátor začíná plnit sám přes cívky. Napětí přes C začíná klesat, jak proud přes cívku začíná stoupat.
Tento stoupající proud vytváří elektromagnetické pole kolem cívky, které odolává tomuto proudu. Když kondenzátoru, C je zcela vybitá energie, která byla původně uložena v kondenzátoru, C jako elektrostatické pole je nyní uložena v indukční cívce, L jako elektromagnetické pole kolem cívky vinutí.
protože v obvodu nyní není žádné vnější napětí, které by udržovalo proud uvnitř cívky, začne klesat, jakmile se elektromagnetické pole začne zhroutit. V cívce je indukován zpětný emf (e = -Ldi/dt), který udržuje proud tekoucí v původním směru.
tento proud nabíjí kondenzátor, C s opačnou polaritou než jeho původní náboj. C pokračuje v nabíjení, dokud se proud snižuje na nulu a elektromagnetického pole cívky se zhroutil úplně.
energie původně zavedená do obvodu přes spínač byla vrácena do kondenzátoru, který má opět elektrostatický napěťový potenciál, i když nyní má opačnou polaritu. Kondenzátor se nyní začne znovu vybíjet zpět cívkou a celý proces se opakuje. Polarita napětí se mění jako energie se prošel tam a zpět mezi kondenzátor a induktor produkce AC typ sinusového napětí a proudové křivky.
tento proces pak tvoří základ obvodu nádrže LC oscilátorů a teoreticky bude tento cyklus tam a zpět pokračovat donekonečna. Nicméně, věci nejsou dokonalé, a pokaždé, když energie je převedena z kondenzátoru, C induktor, L a zpět z L. C některé energetické ztráty, které se vyskytují rozklad kmitů na nulu v průběhu času.
Tento oscilační akci předávání energie tam a zpět mezi kondenzátor, C induktor bych pokračovat donekonečna, pokud to nebylo pro energetické ztráty v obvodu. Elektrická energie je ztracen v DC nebo reálný odpor cívky cívky, v dielektrikum kondenzátoru, a v záření z obvodu, takže kmitání postupně snižuje, dokud nezemřou úplně pryč a proces se zastaví.
pak v praktickém LC obvodu amplituda oscilačního napětí klesá při každém půl cyklu oscilace a nakonec zmizí na nulu. Oscilace jsou pak považovány za „tlumené“, přičemž množství tlumení je určeno kvalitou nebo Q-faktorem obvodu.
Tlumené Kmity
frekvence kmitavého napětí závisí na hodnotě indukčnosti a kapacity v LC obvodu nádrže. Nyní víme, že k rezonanci dochází v nádrži obvodu, musí být frekvence bodu byla hodnota XC, kapacitní reaktance je stejná jako hodnota XL, induktivní reaktance ( XL = XC ), a které se proto vyruší navzájem, takže jen DC odpor v obvodu proti toku proudu.
Když jsme nyní místo křivky pro induktivní reaktance cívky na vrcholu křivky pro kapacitní reaktance kondenzátoru tak, že obě křivky jsou na stejné frekvenci osy, průsečík nám dá rezonanční frekvence bodu, ( ƒr nebo wr ), jak je znázorněno níže.
Rezonanční Frekvence
Kde: ƒr je v Hz, L je v Henries a C ve Faradech.
pak je frekvence, při které k tomu dojde, dána jako:
Pak se zjednodušením výše uvedené rovnice získáme konečné rovnice pro Rezonanční Frekvenci, ƒr v laděný LC obvod, pokud:
Rezonanční Frekvence LC Oscilátor
- Kde:
- L je Indukčnost v Henries
- C je Kapacita ve Faradech
- ƒr je Výstupní Frekvence v Hz
Tato rovnice ukazuje, že pokud buď L nebo C se snížila, frekvence se zvyšuje. Tato Výstupní frekvence je běžně dána zkratkou (ƒr ), aby se identifikovala jako „rezonanční frekvence“.
abychom udrželi oscilace v obvodu LC nádrže, musíme nahradit veškerou energii ztracenou v každé oscilaci a také udržovat amplitudu těchto oscilací na konstantní úrovni. Množství vyměněné energie se proto musí rovnat energii ztracené během každého cyklu.
Pokud je vyměněná energie příliš velká, amplituda se zvýší, dokud nedojde k oříznutí přívodních kolejnic. Alternativně, pokud je množství vyměněné energie příliš malé, amplituda by se nakonec časem snížila na nulu a oscilace by se zastavily.
nejjednodušší způsob, jak nahradit tuto ztracenou energii, je převzít část výstupu z okruhu LC nádrže, zesílit ji a znovu ji přivést zpět do obvodu LC. Tohoto procesu lze dosáhnout pomocí napěťového zesilovače pomocí operačního zesilovače, Fet nebo bipolární tranzistor jako jeho aktivní zařízení. Pokud je však zisk smyčky zesilovače zpětné vazby příliš malý, požadovaná oscilace se rozpadne na nulu a pokud je příliš velká, průběh se zkreslí.
pro vytvoření konstantní oscilace musí být přesně řízena úroveň energie přiváděné zpět do LC sítě. Pak musí existovat nějaká forma automatického řízení amplitudy nebo zisku, když se amplituda snaží lišit od referenčního napětí buď nahoru nebo dolů.
pro udržení stabilní oscilace musí být celkový zisk obvodu roven jedné nebo jednotě. Jakékoli méně a oscilace se nespustí, nebo zemřít pryč na nulu, nic víc, oscilace se vyskytují, ale amplituda bude oříznut dodávky kolejnic, což způsobuje zkreslení. Zvažte obvod níže.
Základní Tranzistor LC Obvod Oscilátoru
Bipolární Tranzistor se používá jako LC oscilátory zesilovač s naladěni LC obvodu nádrže působí jako zatížení kolektoru. Další cívka L2 je spojena mezi základnou a emitorem tranzistoru, jehož elektromagnetické pole je „vzájemně“ spojeno s elektromagnetickým polem cívky L.
„Vzájemná indukčnost“ existuje mezi dvěma obvody a měnící se proud, který teče v jednom obvodu cívky indukuje, elektromagnetická indukce, potenciál, napětí v dalších (transformátor efekt), takže jako oscilace se vyskytují v laděný obvod, elektromagnetická energie se přenáší z cívky L do cívky L2 a napětí na stejné frekvenci, jako, že v laděný obvod je aplikován mezi bází a emitorem tranzistoru. Tímto způsobem se na zesilovací tranzistor přivede potřebné automatické zpětné napětí.
množství zpětné vazby může být zvýšeno nebo sníženo změnou vazby mezi dvěma cívkami L a L2. Když obvod osciluje, jeho impedance je odporová a kolektorové a základní napětí jsou 180o mimo fázi. Aby se udržely oscilace (nazývané frekvenční stabilita), musí být napětí aplikované na naladěný obvod „ve fázi“ s oscilacemi vyskytujícími se v naladěném obvodu.
proto musíme zavést další 180o fázový posun do zpětné vazby mezi kolektorem a základnou. Toho je dosaženo tím, že vinutí cívky L2 ve správném směru vzhledem k cívce L nám dává správnou amplitudu a fázi vztahů pro Oscilátory obvodu nebo připojením fázového posunu sítě mezi výstup a vstup zesilovače.
LC oscilátor je tedy „sinusový oscilátor“ nebo „harmonický oscilátor“, jak se běžně nazývá. LC oscilátory mohou generovat vysokofrekvenční sinusové vlny pro použití v aplikacích typu radiofrekvenční (RF), přičemž tranzistorový zesilovač je bipolární tranzistor nebo FET.
Harmonické Oscilátory přijít v mnoha různých formách, protože existuje mnoho různých způsobů, jak vytvořit LC filtr sítě a zesilovač s nejvíce obyčejné bytí Hartley LC Oscilátor Colpitts LC Oscilátor, Armstrong Oscilátoru a Oscilátor Clapp, aby jméno pár.
LC Oscilátoru Příklad No1
O indukčnosti 200mH a kondenzátor 10pF jsou spojeny paralelně vytvořit LC oscilátor obvodu nádrže. Vypočítejte frekvenci kmitání.
Pak můžeme vidět z výše uvedeného příkladu, že snížením hodnotu buď kapacity, C nebo indukčnosti L bude mít za následek zvýšení frekvence kmitání LC obvodu nádrže.
souhrn LC oscilátorů
základní podmínky požadované pro obvod rezonanční nádrže LC oscilátoru jsou uvedeny následovně.
- Pro oscilace existují oscilátor obvod MUSÍ obsahovat reaktivní (frekvenčně závislé) složka buď „Induktor“, (L) nebo „Kondenzátor“, (C) stejně jako DC napájecí zdroj.
- v jednoduchém induktorovém kondenzátoru, LC obvodu, se oscilace v průběhu času tlumí kvůli ztrátám součástí a obvodů.
- zesílení napětí je nutné k překonání těchto ztrát obvodu a zajištění kladného zisku.
- celkový zisk zesilovače musí být větší než jeden, jednota.
- oscilace lze udržovat přiváděním části výstupního napětí do naladěného obvodu, který má správnou amplitudu a fázi (0o).
- oscilace mohou nastat pouze tehdy, když je zpětná vazba „pozitivní“ (samoregenerace).
- celkový fázový posun obvodu musí být nulový nebo 360o, aby výstupní signál ze zpětnovazební sítě byl“ ve fázi “ se vstupním signálem.
V příštím tutoriálu o Oscilátory, budeme zkoumat fungování jedním z nejčastějších LC oscilátor obvody, které používá dvou indukčních cívek tvoří centrum využit indukčnost v jeho rezonanční tank obvodu. Tento typ obvodu LC oscilátoru je běžně známý jako Hartleyův oscilátor.
