Relaxációs oszcillátor op

A műveleti erősítő az Electronics szerves része, és korábban megismerhettük az Op-erősítőket különböző op-amp alapú áramkörökben, és számos oszcillátor áramkört is felépítettünk op-amp és más elektronikai alkatrészek felhasználásával.

Az oszcillátor általában arra az áramkörre utal, amely periodikus és ismétlődő kimenetet hoz létre, mint egy szinusz vagy négyzet hullám. Az oszcillátor lehet mechanikus vagy elektronikus szerkezet, amely néhány változótól függően rezgést produkál. Korábban számos népszerű oszcillátorról tanultunk, például RC fáziseltolódású oszcillátorról, Colpitts oszcillátorról, wein híd oszcillátorról stb. Ma megismerhetünk egy relaxációs oszcillátort.

A relaxációs oszcillátor megfelel az alábbi feltételeknek:

• Nem szinuszos hullámformát kell biztosítania (akár feszültség, akár áram paraméter) a kimeneten.
• Periódikus jelet vagy ismétlődő jelet kell adnia, például háromszög, négyzet vagy téglalap alakú hullámot a kimeneten.
• A relaxációs oszcillátor áramkörének nemlineárisnak kell lennie. Ez azt jelenti, hogy az áramkör kialakításának olyan félvezető eszközöket kell tartalmaznia, mint a tranzisztor, a MOSFET vagy az OP-AMP.
• Az áramkör kialakításának tartalmaznia kell egy energiatároló eszközt is, például kondenzátort vagy induktivitást, amely folyamatosan tölt és kisüt egy ciklus létrehozása érdekében. Egy ilyen oszcillátor rezgésfrekvenciája vagy időtartama függ a megfelelő kapacitív vagy induktív áramkörük időállandójától.

Relaxációs oszcillátor működése

A relaxációs oszcillátor jobb megértése érdekében először vizsgáljuk meg az alább látható egyszerű mechanizmus működését.

Az itt bemutatott mechanizmus egy hinta, amelyet valószínűleg mindenki megtapasztalt az életében. A deszka a tömegek által mindkét végén tapasztalt gravitációs erő függvényében mozog előre és hátra. Egyszerű fogalommal: a libikóka a „tömeg” összehasonlítója, és összehasonlítja a deszka mindkét végén elhelyezett tárgyak tömegét. Tehát bármelyik tárgy, amelynek nagyobb a tömege, a talajhoz simul, míg az alacsonyabb tömegű tárgyat a levegőbe emelik.

Ebben a libikóka-beállításban az egyik végén rögzített tömegű „M”, a másik végén pedig egy üres vödör lesz az ábra szerint. Ebben a kezdeti állapotban az „M” tömeg a talajra lesz szintezve, és a vödröt a fentebb tárgyalt libikópos elv alapján a levegőbe akasztják.

Ha viszont bekapcsolja az üres vödör fölé helyezett csapot, akkor a víz elkezdi tölteni az üres vödröt, és ezáltal megnöveli az egész berendezés tömegét.

És ha a vödör teljesen megtelik, akkor a vödör oldalán a teljes tömeg nagyobb lesz, mint a másik végén elhelyezett fix M tömeg Tehát a deszka a tengely mentén mozog, ezáltal az „M” tömeget légi emeléssel és a vödör földelésével.

Amint a vödör a földre ér, a vödörbe töltött víz teljesen átömlik a földre, az ábra szerint. A kiömlés után a vödör oldalán a teljes tömeg ismét kisebb lesz a rögzített „M” tömeghez képest. Tehát a deszka ismét a tengely mentén mozog, ezáltal a vödör ismét a levegőbe tolódik egy újabb kitöltés érdekében.

Ez a töltési és kiömlési ciklus mindaddig folytatódik, amíg a vízforrás meg nem jelenik a vödör betöltéséhez. És ennek a ciklusnak köszönhetően a deszka periodikus intervallumokkal mozog a tengely mentén, ezáltal rezgési kimenetet adva.

Ha összehasonlítjuk a mechanikai alkatrészeket az elektromos alkatrészekkel, akkor megvan.

• A vödör energiatároló eszköznek tekinthető, amely akár kondenzátor, akár induktivitás.
• A Seesaw egy komparátor vagy op-amp, amelyet a kondenzátor és a referencia feszültségeinek összehasonlítására használnak.
• A kondenzátor értékének névleges összehasonlításához referenciafeszültséget veszünk fel.
• A víz áramlását itt elektromos töltésnek nevezhetjük.

Relaxációs oszcillátor áramkör

Ha megrajzoljuk az egyenértékű elektromos áramkört a fenti libikóka mechanizmushoz, akkor megkapjuk a relaxációs oszcillátor áramkört az alábbiak szerint :

Ennek az Op-amp relaxációs oszcillátornak a működése a következőképpen magyarázható:

• Miután a csapot bekapcsolták, a víz egy vödörbe áramlik, ezáltal lassan megtölti.
• Miután a vödör teljesen megtöltődött, a vödör oldalán a teljes tömeg nagyobb lesz, mint a másik végén elhelyezett rögzített „M” tömeg. Amint ez megtörténik, a deszka helyzetét egy kompromisszumosabb helyre tereli.
• Miután a víz teljesen kiömlött, a vödör oldalán a teljes tömeg ismét kisebb lesz a rögzített „M” tömeghez képest. Tehát a tengely ismét a kezdeti helyzetbe mozog.
• A vödör ismét megtelik vízzel az előző eloszlás után, és ez a ciklus örökké folytatódik, amíg víz nem folyik a csapból.

Ha megrajzoljuk a fenti eset grafikonját, az alábbiak szerint néz ki:

Itt,

• Kezdetben, ha figyelembe vesszük, hogy az összehasonlító kimenete magas, akkor ez idő alatt a kondenzátor töltődni fog. A kondenzátor töltésével a terminálfeszültsége fokozatosan növekszik, ami a grafikonon is látható.
• Amint a kondenzátor kapcsa feszültsége eléri a küszöbértéket, az összehasonlító kimenete magasról alacsonyra megy, amint az a grafikonon látható. És amikor az összehasonlító kimenete negatívra vált, a kondenzátor nullára kezd lemerülni. Miután a kondenzátor teljesen lemerült a negatív kimeneti feszültség jelenléte miatt, ismét tölt, kivéve az ellenkező irányt. Amint a grafikonon a negatív kimeneti feszültség miatt láthatja, a kondenzátor feszültsége is negatív irányban növekszik.
• Amint a kondenzátor negatív irányban maximálisan feltöltődik, az összehasonlító negatívról pozitívra kapcsol át. Amint a kimenet pozitív ciklusra vált, a kondenzátor a negatív úton kisüt, és a pozitív úton felgyülemli a töltéseket, amint az a grafikonon látható.
• Tehát a kondenzátor töltési és kisütési ciklusa pozitív és negatív utakon kiváltja az összehasonlítót négyzethullámú jelet állít elő a fent látható kimeneten.

Relaxációs oszcillátor gyakorisága

Nyilvánvaló, hogy az oszcilláció gyakorisága az áramkör C1 és R3 időállandójától függ. Magasabb C1 és R3 értékek hosszabb töltési és kisütési sebességhez vezetnek, ezáltal alacsonyabb frekvenciájú rezgéseket okozva. Hasonlóképpen, a kisebb értékek nagyobb frekvenciájú rezgéseket eredményeznek.

Itt R1 és R2 is kritikus szerepet játszik a kimeneti hullámforma frekvenciájának meghatározásában. Ugyanis azok a feszültségküszöböket szabályozzák, amelyekig a C1-nek fel kell töltenie. Például, ha a küszöbérték 5V-ra van állítva, akkor a C1-nek csak 5V-ig és -5V-ig kell töltenie és kisütnie. Másrészt, ha a küszöbértéket 10 V-ra állítják, akkor C1-re van szükség 10 V és -10 V feszültségre történő feltöltésre és kisütésre.

Tehát a relaxációs oszcillátor frekvencia képlete a következő lesz:

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

Itt K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Ha az R1 és R2 ellenállások egyenlőek egymással, akkor

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Relaxációs oszcillátor alkalmazása

Relaxációs oszcillátor használható:

• Jelgenerátorok
• Pultok
• Memória áramkörök
• Feszültségszabályozó oszcillátorok
• Szórakoztató áramkörök
• Oszcillátorok
• Multi-vibrátorok.