oskillaattorit muuntaa DC-tulo (Syöttöjännite) osaksi AC lähtö (aaltomuoto), joka voi olla laaja valikoima erilaisia aallon muotoja ja taajuuksia, jotka voivat olla joko monimutkaisia luonteeltaan tai yksinkertainen siniaaltoja sovelluksesta riippuen.
oskillaattoreita käytetään myös monissa testilaitteissa, jotka tuottavat joko sinimuotoisia siniaaltoja, neliö -, saha-tai kolmiomaisia aaltomuotoja tai vain vaihtelevan tai vakiolevyisen pulssijunan. LC-oskillaattoreita käytetään yleisesti radiotaajuisissa piireissä niiden hyvien vaihekohinaominaisuuksien ja toteutuksen helppouden vuoksi.
oskillaattori on periaatteessa vahvistin, jolla on ”positiivinen takaisinkytkentä” eli regeneratiivinen takaisinkytkentä (in-phase) ja yksi elektronisen piirisuunnittelun monista ongelmista on vahvistimien oskilloinnin pysäyttäminen, kun yritetään saada oskillaattorit värähtelemään.
oskillaattorit toimivat, koska ne voittavat takaisinkytkentäresonaattoripiirinsä häviöt joko kondensaattorin, kelan tai molempien muodossa samassa piirissä soveltamalla DC-energiaa vaaditulla taajuudella tähän resonaattoripiiriin. Toisin sanoen oskillaattori on vahvistin, joka käyttää positiivista palautetta, joka tuottaa lähtötaajuuden ilman tulosignaalin käyttöä.
näin oskillaattorit ovat itseään ylläpitäviä piirejä, jotka tuottavat jaksollisen lähtöaaltomuodon tarkalla taajuudella, ja jotta jokin elektroninen piiri toimisi oskillaattorina, sillä on oltava seuraavat kolme ominaisuutta.
- jonkinlainen vahvistus
- positiivinen takaisinkytkentä (regeneraatio)
- taajuus määrittää takaisinkytkentäverkkoa
oskillaattorilla on pieni signaalin takaisinkytkentävahvistin, jonka avoimen silmukan vahvistus on yhtä suuri tai hieman suurempi kuin yksi, jotta värähtely alkaisi, mutta jotta heilahtelua jatkettaisiin, keskimääräisen silmukkavahvistuksen on palattava yhtenäisyyteen. Näiden reaktiivisten komponenttien lisäksi tarvitaan vahvistin, kuten operaatiovahvistin tai bipolaaritransistori.
toisin kuin vahvistimessa ei ole ulkoista VAIHTOVIRTASYÖTTÖÄ, joka saisi oskillaattorin toimimaan, koska oskillaattori muuntaa TASAVIRTASYÖTTÖENERGIAN vaaditulla taajuudella VAIHTOVIRTAENERGIAKSI.
Perusoskillaattorin takaisinkytkentäpiiri
missä: β on takaisinkytkentäosuus.
oskillaattorin vahvistus ilman palautetta
oskillaattorin vahvistus palautteella
oskillaattorit ovat piirejä, jotka tuottavat vaaditulla taajuudella jatkuvan jännitteen lähtöaaltomuodon induktoreiden, kondensaattoreiden tai vastusten arvojen kanssa muodostaen taajuusselektiivisen LC-resonanssisäiliöpiirin ja takaisinkytkentäverkon. Tämä takaisinkytkentäverkko on vaimennusverkko, jonka vahvistus on pienempi kuin yksi ( β <1 ) ja joka aloittaa värähtelyt, kun Aß >1, joka palaa ykseyteen ( Aß =1 ) värähtelyjen alettua.
LC-oskillaattorien taajuutta ohjataan viritetyllä tai resonanssisella induktiivisella / kapasitiivisella (LC) piirillä, jonka tuloksena syntyvä Lähtötaajuus tunnetaan Värähtelytaajuutena. Tekemällä oskillaattorien takaisinkytkennästä reaktiivisen verkon takaisinkytkennän vaihekulma vaihtelee taajuuden funktiona ja Tätä kutsutaan Vaihesiirtymäksi.
on olemassa periaatteessa erityyppisiä oskillaattoreita
- 1. Sinimuotoiset oskillaattorit-näitä kutsutaan harmonisiksi Oskillaattoreiksi ja ne ovat yleensä ”LC viritetty takaisinkytkentä” tai ”RC viritetty takaisinkytkentä”-tyyppinen oskillaattori, joka tuottaa puhtaasti sinimuotoisen aaltomuodon, joka on vakioamplitudi ja taajuus.
- 2. Ei-sinimuotoiset oskillaattorit-näitä kutsutaan Relaksaatiooskillaattoreiksi ja tuottavat monimutkaisia ei-sinimuotoisia aaltomuotoja, jotka muuttuvat hyvin nopeasti yhdestä stabiilisuusehdosta toiseen, kuten ”neliö-aalto”, ”Kolmioaalto” tai ”saha-aalto” – tyyppinen aaltomuoto.
Oskillaattoriresonanssi
kun induktorista, kondensaattorista ja vastuksesta koostuvaan piiriin sovelletaan vakiojännitettä, mutta vaihtelevaa taajuutta, sekä kondensaattorin/vastuksen että Kelan / vastuksen piirien reaktanssi muuttaa sekä lähtösignaalin amplitudia että vaihetta tulosignaaliin verrattuna käytettyjen komponenttien reaktanssin vuoksi.
korkeilla taajuuksilla kondensaattorin reaktanssi on hyvin pieni ja toimii oikosulkuna, kun taas Kelan reaktanssi on korkea toimiessaan avoimena virtapiirinä. Matalilla taajuuksilla päinvastainen on totta, kondensaattorin reaktanssi toimii avoimena virtapiirinä ja Kelan reaktanssi oikosulkuna.
näiden kahden ääripään välillä induktorin ja kondensaattorin yhdistelmä tuottaa ”viritetyn” eli ”resonoivan” piirin, jolla on resonanssitaajuus, (HRR), jossa kapasitiivinen ja induktiivinen reaktanssi ovat yhtä suuret ja kumoavat toisensa, jolloin vain piirin vastus vastustaa virran virtausta. Tämä tarkoittaa, että ei ole vaihesiirtoa, koska virta on vaihe jännitteen kanssa. Tarkastellaanpa alla olevaa kehää.
Basic LC oskillaattorin Säiliöpiiri
piiri koostuu induktiivisesta kelasta, L: stä ja kondensaattorista, C. kondensaattori varastoi energiaa sähköstaattisen kentän muodossa ja joka tuottaa potentiaalin (staattisen jännitteen) levyjensä yli, kun taas Induktiivinen kela varastoi energiansa sähkömagneettisen kentän muodossa. Kondensaattori Ladataan TASAVIRTAJÄNNITTEESEEN V asettamalla kytkin asentoon A. Kun kondensaattori on täyteen ladattu, kytkin muuttuu asentoon B.
varautunut kondensaattori on nyt kytketty rinnakkain induktiivisen Kelan poikki, joten kondensaattori alkaa purkautua itse Kelan kautta. Jännite C: n yli alkaa laskea, kun käämin läpi kulkeva virta alkaa nousta.
tämä nouseva virta muodostaa käämin ympärille sähkömagneettisen kentän, joka vastustaa tätä virran virtausta. Kun kondensaattori, C on täysin purkautunut energia, joka oli alun perin tallennettu kondensaattori, C sähköstaattinen kenttä on nyt tallennettu induktiivinen kela, L sähkömagneettinen kenttä ympäri kelat käämit.
koska piirissä ei ole nyt ulkoista jännitettä, joka ylläpitäisi virtaa kelan sisällä, se alkaa laskea sähkömagneettisen kentän alkaessa romahtaa. Kelassa indusoituu takaisin emf (e = -Ldi/dt), joka pitää virran virtaamassa alkuperäiseen suuntaan.
tämä virta lataa kondensaattorin, C vastakkaisella napaisuudella alkuperäiseen varaukseensa nähden. C jatkaa latausta, kunnes virta vähenee nollaan ja käämin sähkömagneettinen kenttä on romahtanut kokonaan.
alkujaan virtapiiriin kytkimen kautta tuotu energia on palautunut kondensaattoriin, jonka poikki kulkee jälleen sähköstaattinen jännitepotentiaali, vaikka se on nyt vastakkainen napaisuus. Kondensaattori alkaa nyt purkautua jälleen takaisin kelan läpi ja koko prosessi toistetaan. Jännitteen napaisuus muuttuu, kun energiaa siirretään edestakaisin kondensaattorin ja kelan välillä tuottaen AC-tyypin sinimuotoisen jännitteen ja virran aaltomuodon.
Tämä prosessi muodostaa sitten perustan LC-oskillaattorien säiliöpiirille ja teoreettisesti tämä pyöräily edestakaisin jatkuu loputtomiin. Kuitenkin, asiat eivät ole täydellisiä ja joka kerta energia siirretään kondensaattori, C Kelan, L ja takaisin L C jotkut energiahäviöt tapahtuvat, jotka hajoavat heilahtelut nollaan ajan.
tämä oskillatorinen toiminta kulkee energiaa edestakaisin kondensaattorin, C Kelan, L jatkuisi loputtomiin, jos se ei ollut energiahäviöt piirissä. Sähköenergia menetetään DC tai todellinen vastus induktorit kela, kondensaattorin dielektrinen ja säteilyn piiri niin värähtely tasaisesti vähenee, kunnes ne kuolevat pois kokonaan ja prosessi pysähtyy.
silloin käytännöllisessä LC-piirissä oskillaatiojännitteen amplitudi pienenee jokaisella oskillaatiosyklin puolikkaalla jaksolla ja kuolee lopulta nollaan. Värähtelyjen sanotaan sitten olevan ”vaimennettuja”, jolloin vaimennuksen määrä määräytyy piirin laadun eli Q-kertoimen mukaan.
vaimennetut värähtelyt
oskillaatiojännitteen taajuus riippuu LC-säiliön piirin induktanssin ja kapasitanssin arvosta. Tiedämme nyt, että resonanssi esiintyy säiliön piiri, on oltava taajuus kohta oli arvo XC, kapasitiivinen reaktanssi on sama kuin arvo XL, induktiivinen reaktanssi (XL = XC)ja joka siis kumoaa toisensa pois jättäen vain DC vastus piiri vastustaa virtaa.
Jos nyt asetamme Kelan induktiivisen reaktanssin käyrän kondensaattorin kapasitiivisen reaktanssin käyrän päälle niin, että molemmat käyrät ovat samoilla taajuusakseleilla, leikkauspiste antaa meille resonanssitaajuuspisteen ( HRR tai WR ) kuten alla on esitetty.
resonanssitaajuus
missä: HRR on Hertseissä, L on Henriesissä ja C on Faradeissa.
tällöin esiintymistiheys, jolla tämä tapahtuu, annetaan seuraavasti:
sitten yksinkertaistamalla yllä olevaa yhtälöä saadaan lopullinen yhtälö Resonanssitaajuudelle, viritetyssä LC-piirissä kuten:
LC-oskillaattorin resonanssitaajuus
- missä:
- l on Induktanssi Henriesissä
- C on Kapasitanssi Faradeissa
- HRR on Lähtötaajuus Hertseissä
tämä yhtälö osoittaa, että jos joko l tai C pienenevät, taajuus kasvaa. Tästä lähtötaajuudesta käytetään yleisesti lyhennettä ( HRR), jotta se voidaan tunnistaa ”resonanssitaajuudeksi”.
pitääksemme värähtelyt käynnissä LC-säiliön piirissä, meidän on korvattava kaikki jokaisessa värähtelyssä menetetty energia ja myös pidettävä näiden värähtelyjen amplitudi vakiona. Korvattavan energiamäärän on siis oltava yhtä suuri kuin kunkin syklin aikana menetetty energia.
Jos korvattava energia on liian suuri, amplitudi kasvaa, kunnes syöttökiskot katkeavat. Vaihtoehtoisesti, jos korvattava energiamäärä on liian pieni, amplitudi laskisi ajan myötä lopulta nollaan ja heilahtelut loppuisivat.
yksinkertaisin tapa korvata tämä menetetty energia on ottaa osa tuotosta LC-säiliön piiristä, vahvistaa sitä ja syöttää se sitten takaisin LC-piirille uudelleen. Tämä prosessi voidaan saavuttaa käyttämällä jännitevahvistinta, jonka aktiivisena laitteena on op-amp, FET tai bipolaarinen transistori. Jos takaisinkytkentävahvistimen silmukkavahvistus on kuitenkin liian pieni, haluttu värähtely hajoaa nollaan ja jos se on liian suuri, aaltomuoto vääristyy.
jatkuvan värähtelyn aikaansaamiseksi LC-verkkoon syötetyn energian tasoa on valvottava tarkasti. Sitten täytyy olla jonkinlainen automaattinen amplitudi tai vahvistuksen säätö, kun Amplitudi yrittää vaihdella vertailujännitteestä joko ylös tai alas.
vakaan värähtelyn ylläpitämiseksi piirin kokonaisvahvistuksen on oltava yhtä suuri kuin yksi tai ykseys. Vähempää ja heilahdukset eivät käynnisty tai kuole nollaan, enää heilahduksia tapahtuu, mutta amplitudi tulee leikata syöttökiskojen aiheuttaa vääristymiä. Tarkastellaanpa alla olevaa kehää.
Basic transistori LC oskillaattoripiiri
Bipolaarinen transistori käytetään LC-oskillaattorivahvistimena viritetyn LC-säiliöpiirin toimiessa keräilykuormana. Toinen kela L2 on kytketty pohjan ja emitterin transistorin, jonka sähkömagneettinen kenttä on” vastavuoroisesti ” yhdistettynä Kelan L.
kahden piirin välillä on”Keskinäisinduktanssi” ja toisessa kelapiirissä virtaava vaihtovirta indusoi sähkömagneettisella induktiolla toisen potentiaalijännitteen (muuntajaefektin) siten, että värähtelyjen tapahtuessa viritetyssä piirissä sähkömagneettinen energia siirtyy Kelalta L kelalle L2 ja transistorin pohjan ja emitterin välille levitetään saman taajuista jännitettä kuin viritetyssä piirissä. Näin vahvistavaan transistoriin kohdistetaan tarvittava automaattinen takaisinkytkentäjännite.
takaisinkytkennän määrää voidaan lisätä tai vähentää muuttamalla kahden kelan L ja L2 välistä kytkintä. Kun piiri värähtelee sen impedanssi on resistiivinen ja keräilijä-ja kantajännitteet ovat 180o pois vaiheesta. Jotta voidaan säilyttää värähtelyt (kutsutaan taajuusvakavuus) jännite viritetty piiri on ”in-vaihe” kanssa värähtelyt esiintyvät viritetty piiri.
siksi meidän on otettava käyttöön ylimääräinen 180o: n vaihesiirto keräimen ja pohjan väliseen takaisinkytkentäpolkuun. Tämä saavutetaan käämitys kela L2 oikeaan suuntaan suhteessa kela L antaa meille oikea amplitudi ja vaihe suhteet oskillaattorit piiri tai liittämällä vaihesiirtoverkon välillä lähtö ja tulo vahvistin.
LC-oskillaattori on siis ”sinimuotoinen oskillaattori” tai ”harmoninen oskillaattori”, kuten sitä yleisemmin kutsutaan. LC oskillaattorit voivat tuottaa korkean taajuuden siniaaltoja käytettäväksi radiotaajuus (RF) tyyppi sovelluksia transistori vahvistin on kaksisuuntainen transistori tai FET.
harmoniset oskillaattorit tulevat monissa eri muodoissa, koska on olemassa monia eri tapoja rakentaa LC-suodatinverkko ja vahvistin, joista yleisimpiä ovat Hartley LC-oskillaattori, Colpitts LC-oskillaattori, Armstrong-oskillaattori ja Clapp-oskillaattori muutamia mainitaksemme.
LC oskillaattori esimerkki No1
induktanssi 200mH ja kondensaattori 10pf on kytketty yhteen rinnakkain luoda LC oskillaattori säiliö piiri. Laske värähtelyn taajuus.
voimme nähdä yllä olevasta esimerkistä, että pienentämällä joko kapasitanssin, C: n tai induktanssin arvoa, L saa aikaan sen, että LC-säiliön piirin värähtelytaajuus kasvaa.
LC-oskillaattorit Yhteenveto
LC-oskillaattorin resonanssisäiliöpiirin perusedellytykset on esitetty seuraavasti.
- jotta värähtelyt olisivat olemassa oskillaattoripiirin on sisällettävä reaktiivinen (taajuusriippuvainen) komponentti joko ”induktori”, (L) tai ”kondensaattori”, (C) sekä tasavirtalähde.
- yksinkertaisessa induktorikondensaattorissa, LC-piirissä, värähtelyt vaimenevat ajan myötä komponenttien ja piirin häviöiden vuoksi.
- Jännitevahvistusta tarvitaan näiden piirihäviöiden voittamiseksi ja positiivisen vahvistuksen saamiseksi.
- vahvistimen kokonaisvahvistuksen on oltava suurempi kuin yksi, yhtenäisyys.
- värähtelyjä voidaan ylläpitää syöttämällä takaisin osa lähtöjännitteestä viritetylle piirille, jonka amplitudi on oikea ja vaihe, (0o).
- heilahtelua voi tapahtua vain, kun takaisinkytkentä on ”positiivista” (itseregeneraatiota).
- piirin yleisen vaihesiirtymän on oltava nolla tai 360o siten, että takaisinkytkentäverkon lähtösignaali on ”in-vaihe” tulosignaalin kanssa.
seuraavassa oskillaattoreista kertovassa tutoriaalissa tarkastellaan yhden yleisimmistä LC-oskillaattoripiireistä toimintaa, joka käyttää kahta induktanssikelaa muodostaakseen Keskuksen, jota hyödynnetään induktanssina sen resonanssisäiliöpiirissä. Tämäntyyppinen LC oskillaattori piiri tunnetaan yleisesti Hartley oskillaattori.
