Sinusoidal Oscillators - คู่มือฉบับย่อ

อัน oscillatorสร้างเอาต์พุตโดยไม่มีสัญญาณอินพุต ac ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เป็นวงจรที่แปลงพลังงาน dc เป็น ac ที่ความถี่สูงมาก เครื่องขยายเสียงที่มีผลตอบรับเชิงบวกสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นออสซิลเลเตอร์

เครื่องขยายเสียงเทียบกับออสซิลเลเตอร์

อัน amplifier เพิ่มความแรงของสัญญาณของสัญญาณอินพุตที่ใช้ในขณะที่ oscillatorสร้างสัญญาณโดยไม่มีสัญญาณอินพุตนั้น แต่ต้องใช้ dc สำหรับการทำงาน นี่คือความแตกต่างหลักระหว่างเครื่องขยายเสียงและออสซิลเลเตอร์

ดูภาพประกอบต่อไปนี้ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเครื่องขยายเสียงใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ dc และแปลงเป็นพลังงาน ac ที่ความถี่สัญญาณอย่างไร ออสซิลเลเตอร์สร้างสัญญาณ ac แบบสั่นด้วยตัวมันเอง

ความถี่รูปคลื่นและขนาดของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่สร้างโดยแอมพลิฟายเออร์ถูกควบคุมโดยแรงดันสัญญาณ ac ที่ใช้ที่อินพุตในขณะที่สำหรับออสซิลเลเตอร์จะถูกควบคุมโดยส่วนประกอบในวงจรซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุมภายนอก .

กระแสสลับเทียบกับออสซิลเลเตอร์

อัน alternatorเป็นเครื่องจักรกลที่สร้างคลื่นไซน์โดยไม่ต้องป้อนข้อมูลใด ๆ เครื่องสร้างกระแสสลับนี้ใช้เพื่อสร้างความถี่สูงถึง 1000Hz ความถี่ขาออกขึ้นอยู่กับจำนวนเสาและความเร็วในการหมุนของกระดอง

ประเด็นต่อไปนี้เน้นความแตกต่างระหว่างอัลเทอร์เนเตอร์และออสซิลเลเตอร์ -

• เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะแปลงพลังงานกลเป็นพลังงาน ac ในขณะที่ออสซิลเลเตอร์จะแปลงพลังงาน dc เป็นพลังงาน ac

• ออสซิลเลเตอร์สามารถสร้างความถี่ที่สูงขึ้นได้หลาย MHz ในขณะที่อัลเทอร์เนเตอร์ไม่สามารถทำได้

• เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมีชิ้นส่วนที่หมุนได้ในขณะที่ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ไม่มี

• การเปลี่ยนความถี่ของการสั่นในออสซิลเลเตอร์ทำได้ง่ายกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

นอกจากนี้ออสซิลเลเตอร์ยังสามารถพิจารณาได้ว่าตรงข้ามกับวงจรเรียงกระแสที่แปลง ac เป็น dc เนื่องจากการแปลง dc เป็น ac คุณสามารถดูคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับวงจรเรียงกระแสได้ในบทช่วยสอนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของเรา

การจำแนกประเภทของออสซิลเลเตอร์

ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์แบ่งออกเป็นสองประเภทดังต่อไปนี้ -

• Sinusoidal Oscillators - เรียกว่าออสซิลเลเตอร์ที่สร้างเอาต์พุตที่มีรูปคลื่นไซน์ sinusoidal หรือ harmonic oscillators. ออสซิลเลเตอร์ดังกล่าวสามารถให้เอาต์พุตที่ความถี่ตั้งแต่ 20 Hz ถึง 1 GHz

• Non-sinusoidal Oscillators - เรียกว่าออสซิลเลเตอร์ที่สร้างเอาต์พุตที่มีรูปคลื่นสี่เหลี่ยมสี่เหลี่ยมหรือฟันเลื่อย non-sinusoidal หรือ relaxation oscillators. ออสซิลเลเตอร์ดังกล่าวสามารถให้เอาต์พุตที่ความถี่ตั้งแต่ 0 Hz ถึง 20 MHz

เราจะพูดคุยเฉพาะเกี่ยวกับ Sinusoidal Oscillators ในบทช่วยสอนนี้ คุณสามารถเรียนรู้ฟังก์ชั่นของออสซิลเลเตอร์ที่ไม่ใช่ซายน์จากบทแนะนำPulse Circuitsของเรา

ออสซิลเลเตอร์ไซน์

Sinusoidal oscillators สามารถแบ่งประเภทได้ดังต่อไปนี้ -

• Tuned Circuit Oscillators- ออสซิลเลเตอร์เหล่านี้ใช้วงจรปรับแต่งซึ่งประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ (L) และตัวเก็บประจุ (C) และใช้เพื่อสร้างสัญญาณความถี่สูง ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า RF oscillators ความถี่วิทยุ ออสซิลเลเตอร์ดังกล่าว ได้แก่ Hartley, Colpitts, Clapp-oscillators เป็นต้น

• RC Oscillators- มีออสซิลเลเตอร์ใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุและใช้เพื่อสร้างสัญญาณความถี่ต่ำหรือเสียง ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าออสซิลเลเตอร์ความถี่เสียง (AF) ออสซิลเลเตอร์ดังกล่าว ได้แก่ Phase –shift และ Wein-bridge oscillators

• Crystal Oscillators- ออสซิลเลเตอร์เหล่านี้ใช้ผลึกควอตซ์และใช้เพื่อสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่มีความเสถียรสูงด้วยความถี่สูงถึง 10 MHz Piezo oscillator เป็นตัวอย่างของคริสตัลออสซิลเลเตอร์

• Negative-resistance Oscillator- ออสซิลเลเตอร์เหล่านี้ใช้ลักษณะความต้านทานเชิงลบของอุปกรณ์เช่นอุปกรณ์อุโมงค์ ออสซิลเลเตอร์ไดโอดแบบปรับจูนเป็นตัวอย่างของออสซิลเลเตอร์ต้านทานลบ

ลักษณะของการสั่นแบบไซน์

ลักษณะของการสั่นในคลื่นรูปไซน์โดยทั่วไปมีสองประเภท พวกเขาเป็นdamped และ undamped oscillations.

Damped Oscillations

การสั่นทางไฟฟ้าที่แอมพลิจูดลดลงตามเวลาเรียกว่า Damped Oscillations. ความถี่ของการสั่นที่ลดลงอาจคงที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของวงจร

โดยทั่วไปการสั่นแบบหมาดจะเกิดจากวงจรการสั่นที่ทำให้สูญเสียพลังงานและไม่ชดเชยหากจำเป็น

การสั่นที่ไม่ได้รับการสั่นสะเทือน

การสั่นทางไฟฟ้าที่มีแอมพลิจูดคงที่ตามเวลาเรียกว่า Undamped Oscillations. ความถี่ของการสั่นที่ไม่ได้ตั้งค่ายังคงที่

โดยทั่วไปการสั่นที่ไม่ได้รับการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นโดยวงจรการสั่นที่ไม่ทำให้สูญเสียพลังงานและปฏิบัติตามเทคนิคการชดเชยหากเกิดการสูญเสียพลังงาน

เครื่องขยายเสียงที่มีผลตอบรับเชิงบวกจะสร้างเอาต์พุตให้อยู่ในเฟสกับอินพุตและเพิ่มความแรงของสัญญาณ ข้อเสนอแนะในเชิงบวกเรียกอีกอย่างว่าdegenerative feedback หรือ direct feedback. การตอบรับแบบนี้ทำให้เครื่องขยายเสียงป้อนกลับเป็นออสซิลเลเตอร์

การใช้ผลตอบรับเชิงบวกส่งผลให้แอมพลิฟายเออร์ป้อนกลับมีอัตราขยายวงปิดมากกว่าอัตราขยายวงเปิด ส่งผลให้instabilityและทำงานเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์ วงจรออสซิลเลเตอร์ให้สัญญาณเอาท์พุตแบบขยายที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามความถี่ที่ต้องการ

วงจร Oscillatory

วงจรออสซิลเลเตอร์ทำให้เกิดการสั่นไฟฟ้าของความถี่ที่ต้องการ หรือที่เรียกว่าtank circuits.

วงจรถังอย่างง่ายประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ L และตัวเก็บประจุ C ซึ่งทั้งสองอย่างร่วมกันกำหนดความถี่การสั่นของวงจร

เพื่อให้เข้าใจแนวคิดของวงจรออสซิลเลเตอร์ให้เราพิจารณาวงจรต่อไปนี้ ตัวเก็บประจุในวงจรนี้ถูกชาร์จแล้วโดยใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสตรง ในสถานการณ์เช่นนี้แผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุมีอิเล็กตรอนมากเกินไปในขณะที่แผ่นด้านล่างมีอิเล็กตรอนขาดดุล ตัวเก็บประจุเก็บพลังงานไฟฟ้าสถิตบางส่วนและมีแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุ

เมื่อเปิดสวิตช์ Sถูกปิดตัวเก็บประจุจะปล่อยและกระแสไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ เนื่องจากเอฟเฟกต์อุปนัยกระแสจะสร้างขึ้นอย่างช้าๆไปสู่ค่าสูงสุด เมื่อตัวเก็บประจุระบายออกจนหมดสนามแม่เหล็กรอบขดลวดจะสูงสุด

ตอนนี้ให้เราไปยังขั้นตอนต่อไป เมื่อตัวเก็บประจุถูกระบายออกอย่างสมบูรณ์สนามแม่เหล็กจะเริ่มยุบตัวและสร้าง EMF ตัวนับตามกฎหมายของ Lenz ตอนนี้ตัวเก็บประจุถูกชาร์จด้วยประจุบวกที่แผ่นด้านบนและประจุลบที่แผ่นด้านล่าง

เมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จเต็มแล้วตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กรอบขดลวดดังแสดงในแผนภาพวงจรต่อไปนี้

ความต่อเนื่องของการชาร์จและการคายประจุทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบสลับของอิเล็กตรอนหรือ oscillatory current. การแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่าง L และ C ทำให้เกิดการต่อเนื่องoscillations.

ในวงจรอุดมคติที่ไม่มีการสูญเสียการสั่นจะดำเนินต่อไปอย่างไม่มีกำหนด ในวงจรถังปฏิบัติมีการสูญเสียเกิดขึ้นเช่นresistive และ radiation losses ในขดลวดและ dielectric lossesในตัวเก็บประจุ การสูญเสียเหล่านี้ส่งผลให้เกิดการสั่นที่ลดลง

ความถี่ของการสั่น

ความถี่ของการสั่นที่เกิดจากวงจรถังจะถูกกำหนดโดยส่วนประกอบของวงจรถัง the L และ the C. ความถี่ที่แท้จริงของการสั่นคือresonant frequency (หรือความถี่ธรรมชาติ) ของวงจรรถถังที่กำหนดโดย

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

ความจุของตัวเก็บประจุ

ความถี่ของการสั่น f _oเป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สองของความจุของตัวเก็บประจุ ดังนั้นหากค่าของตัวเก็บประจุที่ใช้มีขนาดใหญ่ระยะเวลาในการชาร์จและการคายประจุจะมีขนาดใหญ่ ดังนั้นความถี่จะลดลง

ในทางคณิตศาสตร์ความถี่

$$f_o \propto 1\sqrt{C}$$

การเหนี่ยวนำตัวเองของขดลวด

ความถี่ของการสั่น f _oเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของการเหนี่ยวนำตัวเองของขดลวด หากค่าของการเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่การต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของการไหลของกระแสจะยิ่งมากขึ้นและด้วยเหตุนี้เวลาที่ต้องใช้ในการทำให้แต่ละรอบจะนานขึ้นซึ่งหมายความว่าระยะเวลาจะนานขึ้นและความถี่จะลดลง

ในทางคณิตศาสตร์ความถี่

$$f_o \propto 1\sqrt{L}$$

การรวมทั้งสองสมการข้างต้น

$$f_o \propto \frac{1}{\sqrt{LC}}$$

$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

สมการข้างต้นแม้ว่าจะระบุความถี่เอาต์พุตตรงกับ natural frequency หรือ resonance frequency ของวงจรรถถัง

วงจรออสซิลเลเตอร์คือชุดของชิ้นส่วนทั้งหมดของวงจรที่ช่วยในการสร้างการสั่น การสั่นเหล่านี้ควรคงอยู่และควรไม่ได้รับการกระแทกเหมือนที่เพิ่งกล่าวไปก่อนหน้านี้ ให้เราลองวิเคราะห์วงจรออสซิลเลเตอร์ที่ใช้งานได้จริงเพื่อให้มีความเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับการทำงานของวงจรออสซิลเลเตอร์

วงจรออสซิลเลเตอร์เชิงปฏิบัติ

วงจรออสซิลเลเตอร์ที่ใช้งานได้จริงประกอบด้วยวงจรถังแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์และวงจรป้อนกลับ แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของออสซิลเลเตอร์ที่ใช้งานได้จริง

ตอนนี้ให้เราพูดถึงส่วนต่างๆของวงจรออสซิลเลเตอร์ที่ใช้งานได้จริง

• Tank Circuit - วงจรถังประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ L เชื่อมต่อแบบขนานกับตัวเก็บประจุ C. ค่าของส่วนประกอบทั้งสองนี้กำหนดความถี่ของวงจรออสซิลเลเตอร์และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าเป็นFrequency determining circuit.

• Transistor Amplifier- เอาท์พุทของวงจรรถถังเชื่อมต่อกับวงจรเครื่องขยายเสียงเพื่อให้ขยายการสั่นที่เกิดจากวงจรถังที่นี่ ดังนั้นเอาต์พุตของการสั่นเหล่านี้จึงเพิ่มขึ้นโดยเครื่องขยายเสียง

• Feedback Circuit- หน้าที่ของวงจรป้อนกลับคือการถ่ายโอนพลังงานเอาต์พุตส่วนหนึ่งไปยังวงจร LC ในเฟสที่เหมาะสม ผลตอบรับนี้เป็นบวกในออสซิลเลเตอร์ในขณะที่ค่าลบในแอมพลิฟายเออร์

เสถียรภาพความถี่ของออสซิลเลเตอร์

เสถียรภาพความถี่ของออสซิลเลเตอร์เป็นการวัดความสามารถในการรักษาความถี่คงที่ในช่วงเวลาที่ยาวนาน เมื่อใช้งานเป็นระยะเวลานานความถี่ของออสซิลเลเตอร์อาจมีการเบี่ยงเบนจากค่าที่ตั้งไว้ก่อนหน้านี้โดยเพิ่มขึ้นหรือลดลง

การเปลี่ยนแปลงความถี่ของออสซิลเลเตอร์อาจเกิดขึ้นเนื่องจากปัจจัยต่อไปนี้ -

• จุดปฏิบัติการของอุปกรณ์ที่ใช้งานเช่น BJT หรือ FET ที่ใช้ควรอยู่ในพื้นที่เชิงเส้นของเครื่องขยายเสียง ความเบี่ยงเบนของมันจะส่งผลต่อความถี่ของออสซิลเลเตอร์

• การพึ่งพาอุณหภูมิของประสิทธิภาพของส่วนประกอบวงจรมีผลต่อความถี่ของออสซิลเลเตอร์

• การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้กับอุปกรณ์ที่ใช้งานให้เปลี่ยนความถี่ของออสซิลเลเตอร์ สิ่งนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้หากใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม

• การเปลี่ยนแปลงโหลดเอาต์พุตอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในปัจจัย Q ของวงจรรถถังซึ่งทำให้ความถี่เอาต์พุตของออสซิลเลเตอร์เปลี่ยนไป

• การมีอยู่ของความจุระหว่างองค์ประกอบและความจุหลงทางมีผลต่อความถี่เอาต์พุตของออสซิลเลเตอร์และทำให้เสถียรภาพของความถี่

เกณฑ์ Barkhausen

ด้วยความรู้ที่เรามีจนถึงตอนนี้เราเข้าใจว่าวงจรออสซิลเลเตอร์ที่ใช้งานได้จริงประกอบด้วยวงจรรถถังวงจรขยายทรานซิสเตอร์และวงจรป้อนกลับ ดังนั้นตอนนี้ให้เราพยายามทำความเข้าใจกับแนวคิดของวงจรขยายเสียงตอบรับเพื่อให้ได้มาซึ่งผลประโยชน์ของเครื่องขยายสัญญาณตอบรับ

หลักการของเครื่องขยายเสียงตอบรับ

โดยทั่วไปแล้วเครื่องขยายเสียงตอบรับประกอบด้วยสองส่วน พวกเขาคือamplifier และ feedback circuit. วงจรป้อนกลับมักประกอบด้วยตัวต้านทาน แนวคิดของเครื่องขยายเสียงตอบรับสามารถเข้าใจได้จากรูปต่อไปนี้ด้านล่าง

จากตัวเลขข้างต้นกำไรของเครื่องขยายเสียงที่จะแสดงเป็นเอกำไรของเครื่องขยายเสียงเป็นอัตราส่วนของแรงดันเอาท์พุท Vo กับแรงดันไฟฟ้าอินพุตวีฉัน เครือข่ายป้อนกลับดึงแรงดันไฟฟ้า V _f = β V _oจากเอาต์พุต V _oของเครื่องขยายเสียง

แรงดันนี้จะถูกเพิ่มสำหรับข้อเสนอแนะในเชิงบวกและลบออกสำหรับความคิดเห็นเชิงลบจากสัญญาณแรงดันไฟฟ้า V s

ดังนั้นสำหรับข้อเสนอแนะในเชิงบวก

V _i = V _s + V _f = V _s + β V _o

ปริมาณβ = V _f / V _oเรียกว่าอัตราส่วนป้อนกลับหรือเศษส่วนป้อนกลับ

เอาต์พุต V _oต้องเท่ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุต (V _s + βV _o ) คูณด้วยเกน A ของแอมพลิฟายเออร์

ดังนั้น

$$(V_s + \beta V_o)A = V_o$$

หรือ

$$AV_s + A\beta V_o = V_o$$

หรือ

$$AV_s = V_o(1 - A\beta)$$

ดังนั้น

$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 - A\beta}$$

ให้ A _fเป็นกำไรโดยรวม (ได้รับจากข้อเสนอแนะ) ของเครื่องขยายเสียง สิ่งนี้ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของแรงดันเอาต์พุต V _oต่อแรงดันสัญญาณที่ใช้ V _sกล่าวคือ

$$A_f = \frac{Output \: Voltage}{Input \: Signal \: Voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$

จากสองสมการข้างต้นเราสามารถเข้าใจได้ว่าสมการของการได้รับของแอมพลิฟายเออร์ป้อนกลับพร้อมข้อเสนอแนะเชิงบวกนั้นได้มาจาก

$$A_f = \frac{A}{1 - A\beta}$$

ที่ไหน Aβ คือ feedback factor หรือ loop gain.

ถ้าAβ = 1, A _f = ∞ ดังนั้นอัตราขยายจึงกลายเป็นอินฟินิตี้กล่าวคือมีเอาต์พุตโดยไม่มีอินพุตใด ๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งแอมพลิฟายเออร์ทำงานเป็นออสซิลเลเตอร์

เงื่อนไขAβ = 1 เรียกว่าเป็น Barkhausen Criterion of oscillations. นี่เป็นปัจจัยที่สำคัญมากที่ต้องคำนึงถึงเสมอในแนวคิดของออสซิลเลเตอร์

Tuned circuit oscillators เป็นวงจรที่สร้างการสั่นด้วยความช่วยเหลือของวงจรปรับแต่ง วงจรปรับแต่งประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ L และตัวเก็บประจุ C สิ่งเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าLC oscillators, resonant circuit oscillators หรือ tank circuit oscillators.

ออสซิลเลเตอร์วงจรที่ปรับแล้วใช้เพื่อสร้างเอาต์พุตที่มีความถี่ตั้งแต่ 1 MHz ถึง 500 MHz ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่า R.F. Oscillators. BJT หรือ FET ใช้เป็นเครื่องขยายเสียงที่มีวงจรออสซิลเลเตอร์ที่ปรับแต่งแล้ว ด้วยแอมพลิฟายเออร์และวงจรแท็งค์ LC เราสามารถป้อนกลับสัญญาณด้วยแอมพลิจูดและเฟสที่เหมาะสมเพื่อรักษาความผันผวน

ประเภทของ Tuned Circuit Oscillators

ออสซิลเลเตอร์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในเครื่องส่งและเครื่องรับวิทยุเป็นประเภท LC ออสซิลเลเตอร์ ขึ้นอยู่กับวิธีการใช้ข้อเสนอแนะในวงจรออสซิลเลเตอร์ LC แบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้

• Tuned-collector or Armstrong Oscillator- ใช้ข้อเสนอแนะเชิงอุปนัยจากตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ไปยังฐาน วงจร LC อยู่ในวงจรสะสมของทรานซิสเตอร์

• Tuned base Oscillator- ใช้ข้อเสนอแนะเชิงอุปนัย แต่วงจร LC อยู่ในวงจรฐาน

• Hartley Oscillator - ใช้ข้อเสนอแนะเชิงอุปนัย

• Colpitts Oscillator - ใช้ข้อเสนอแนะแบบ capacitive

• Clapp Oscillator - ใช้ข้อเสนอแนะแบบ capacitive

ตอนนี้เราจะพูดถึงรายละเอียด LC oscillators ที่กล่าวถึงข้างต้นทั้งหมด

Tuned Collector Oscillator

เรียกว่าออสซิลเลเตอร์ตัวรวบรวมแบบปรับค่าได้เนื่องจากวงจรที่ปรับแล้วถูกวางไว้ในตัวสะสมของแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ การรวมกันของL และ C สร้างวงจรปรับแต่งหรือวงจรกำหนดความถี่

การก่อสร้าง

ตัวต้านทาน R ₁ , R ₂และ R _Eใช้เพื่อให้ค่าไบอัส dc แก่ทรานซิสเตอร์ ตัวเก็บประจุ C _Eและ C เป็นตัวเก็บประจุแบบบายพาส ตัวรองของหม้อแปลงให้แรงดันไฟฟ้าป้อนกลับ ac ที่ปรากฏบนทางแยกตัวปล่อยฐานของ R ₁และ R ₂อยู่ที่กราวด์ ac เนื่องจากตัวเก็บประจุแบบบายพาส C ในกรณีที่ไม่มีตัวเก็บประจุซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใน ตัวรองของหม้อแปลงจะตกคร่อม R ₂แทนที่จะไปที่อินพุตของทรานซิสเตอร์อย่างสมบูรณ์

เนื่องจากทรานซิสเตอร์ที่กำหนดค่า CE ให้การเปลี่ยนเฟส180 ^oการเปลี่ยนเฟสอีก 180 ^oจึงถูกจัดเตรียมโดยหม้อแปลงซึ่งทำให้การกะระยะ360 ^oระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของวงจรตัวรวบรวมที่ปรับแล้ว

การดำเนินการ

เมื่อได้รับแหล่งจ่ายแล้วกระแสสะสมจะเริ่มเพิ่มขึ้นและการชาร์จตัวเก็บประจุ C จะเกิดขึ้น เมื่อตัวเก็บประจุเป็นค่าใช้จ่ายอย่างเต็มที่ก็ปล่อยผ่านเหนี่ยวนำ L 1 ตอนนี้เกิดการสั่น แนบแน่นเหล่านี้ทำให้เกิดแรงดันบางอย่างในขดลวด L รอง2 ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดทุติยภูมิจะเหมือนกับวงจรของถังและขนาดของมันขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิและการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างขดลวดทั้งสอง

แรงดันไฟฟ้าคร่อม L ₂ถูกนำไปใช้ระหว่างฐานและตัวปล่อยและปรากฏในรูปแบบขยายในวงจรตัวเก็บรวบรวมดังนั้นการเอาชนะการสูญเสียในวงจรถัง จำนวนรอบของ L ₂และการมีเพศสัมพันธ์ระหว่าง L ₁และ L _{2 ได้}รับการปรับเพื่อให้การสั่นของ L ₂ถูกขยายให้อยู่ในระดับที่เพียงพอที่จะจ่ายความสูญเสียให้กับวงจรรถถัง

Tuned Collector oscillators ใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะ local oscillator ในเครื่องรับวิทยุ

Tuned Base Oscillator

เรียกว่าออสซิลเลเตอร์ฐานแบบปรับได้เนื่องจากวงจรที่ปรับแล้วถูกวางไว้ที่ฐานของแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ การรวมกันของL และ C สร้างวงจรปรับแต่งหรือวงจรกำหนดความถี่

การก่อสร้าง

ตัวต้านทาน R ₁ , R ₂และ R _Eใช้เพื่อให้ค่าไบอัส dc แก่ทรานซิสเตอร์ การรวมกันของ R _eและ C _eแบบขนานในวงจรตัวปล่อยคือวงจรปรับเสถียรภาพ C _Cคือตัวเก็บประจุที่ปิดกั้น ตัวเก็บประจุ C _Eและ C เป็นตัวเก็บประจุแบบบายพาส ขดลวดปฐมภูมิ L และขดลวดทุติยภูมิ L ₁ของหม้อแปลง RF ให้ข้อเสนอแนะที่จำเป็นสำหรับวงจรสะสมและวงจรฐาน

เนื่องจากทรานซิสเตอร์ที่กำหนดค่า CE ให้การเปลี่ยนเฟส180 ^oการเปลี่ยนเฟสอีก 180 ^oจึงถูกจัดเตรียมโดยหม้อแปลงซึ่งทำให้การกะระยะ360 ^oระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของวงจรออสซิลเลเตอร์ฐานที่ปรับแล้ว

การดำเนินการ

เมื่อเปิดวงจรกระแสสะสมจะเริ่มสูงขึ้น เมื่อตัวสะสมเชื่อมต่อกับขดลวด L ₁กระแสนั้นจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบ ๆ สิ่งนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดวงจรปรับ L แรงดันป้อนกลับทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าฐานตัวปล่อยและกระแสฐานเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงสามารถเพิ่มกระแสสะสมได้อีกและวงจรจะดำเนินต่อไปจนกว่ากระแสของตัวสะสมจะอิ่มตัว ในขณะเดียวกันตัวเก็บประจุจะชาร์จเต็ม

เมื่อกระแสของตัวสะสมถึงระดับความอิ่มตัวจะไม่มีแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับใน L เนื่องจากตัวเก็บประจุถูกชาร์จจนเต็มแล้วมันจะเริ่มปล่อยผ่าน L ซึ่งจะลดอคติฐานตัวปล่อยและด้วยเหตุนี้ I _Bและกระแสของตัวเก็บก็จะลดลงด้วย เมื่อถึงเวลาที่กระแสสะสมถึงจุดตัดตัวเก็บประจุ C จะถูกชาร์จเต็มด้วยขั้วตรงข้าม เมื่อทรานซิสเตอร์ดับลงคอนเดนเซอร์ C จะเริ่มปล่อยผ่าน L ซึ่งจะเพิ่มอคติฐานตัวปล่อย เป็นผลให้กระแสสะสมเพิ่มขึ้น

วงจรจะวนซ้ำตราบเท่าที่มีการจ่ายพลังงานให้เพียงพอ meet the lossesในวงจร LC ความถี่ของการสั่นเท่ากับความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร LC

ข้อเสียเปรียบ

หลัก drawbackของวงจรออสซิลเลเตอร์ฐานที่ปรับได้นั่นคือเนื่องจากความต้านทานของตัวปล่อยฐานต่ำซึ่งปรากฏในการปัดด้วยวงจรที่ปรับแล้ววงจรถังจะโหลด สิ่งนี้จะลด Q ของมันซึ่งจะทำให้ความถี่ของออสซิลเลเตอร์ลดลง ดังนั้นความมั่นคงจึงแย่ลง ด้วยเหตุนี้วงจรที่ปรับแล้วจึงเป็นnot โดยปกติ connected in base วงจร.

เป็นที่นิยมมาก local oscillator วงจรที่ส่วนใหญ่ใช้ใน radio receivers คือ Hartley Oscillatorวงจร. รายละเอียดการก่อสร้างและการทำงานของออสซิลเลเตอร์ Hartley มีดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง

การก่อสร้าง

ในแผนภาพวงจรของออสซิลเลเตอร์ Hartley ที่แสดงด้านล่างตัวต้านทาน R ₁ , R ₂และ R _eให้เงื่อนไขไบแอสที่จำเป็นสำหรับวงจร ตัวเก็บประจุ C _eให้กราวด์ ac จึงทำให้สัญญาณเสื่อม นอกจากนี้ยังช่วยให้อุณหภูมิคงที่

ตัวเก็บประจุ C _cและ C _bถูกใช้เพื่อบล็อก dc และเพื่อจัดหาเส้นทาง ac โช้กความถี่วิทยุ (RFC) ให้ความต้านทานสูงมากต่อกระแสความถี่สูงซึ่งหมายความว่าเป็นกระแสไฟฟ้ากระแสตรงและเปิดสำหรับ ac ดังนั้นจึงให้โหลด dc สำหรับตัวเก็บรวบรวมและป้องกันไม่ให้กระแส ac ออกจากแหล่งจ่าย dc

วงจรรถถัง

เครือข่ายการกำหนดความถี่เป็นวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานซึ่งประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ L ₁และ L ₂พร้อมกับตัวเก็บประจุแบบแปรผัน C ทางแยกของ L ₁และ L ₂ถูกต่อลงดิน ขดลวด L ₁มีปลายด้านหนึ่งของการเชื่อมต่อกับฐานผ่าน C _คและอื่น ๆ เพื่อผ่านอีซีแอลซีอี ดังนั้น L ₂จึงอยู่ในวงจรเอาท์พุต ทั้งขดลวด L ₁และ L ₂อยู่คู่กันโดยอุปนัยและรวมกันเป็นAuto-transformer.

แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของออสซิลเลเตอร์ Hartley วงจรรถถังคือshunt fedในวงจรนี้ นอกจากนี้ยังสามารถเป็นไฟล์series-fed.

การดำเนินการ

เมื่อได้รับแหล่งจ่ายสะสมกระแสไฟฟ้าชั่วคราวจะถูกสร้างขึ้นในวงจรออสซิลเลเตอร์หรือถัง ปัจจุบันแกว่งในวงจรถังผลิตแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับทั่ว L 1

auto-transformerทำโดยการมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัยของ L ₁และ L ₂ช่วยในการกำหนดความถี่และสร้างข้อเสนอแนะ เนื่องจากทรานซิสเตอร์ที่กำหนดค่า CE ให้การเปลี่ยนเฟส180 ^oการเปลี่ยนเฟสอีก 180 ^oจึงถูกจัดเตรียมโดยหม้อแปลงซึ่งทำให้การกะระยะ360 ^oระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก

สิ่งนี้ทำให้ผลตอบรับเป็นบวกซึ่งจำเป็นสำหรับสภาวะการสั่น เมื่อloop gain |βA| of the amplifier is greater than oneการสั่นจะคงอยู่ในวงจร

ความถี่

สมการสำหรับ frequency of Hartley oscillator ได้รับเป็น

$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L_T C}}$$

$$L_T = L_1 + L_2 + 2M$$

ที่นี่ L_T คือการเหนี่ยวนำคู่สะสมทั้งหมด L₁ และ L₂แสดงถึงการเหนี่ยวนำของขดลวด1 ^stและ 2 ^nd ; และM แสดงถึงการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

Mutual inductance คำนวณเมื่อพิจารณาสองขดลวด

ข้อดี

ข้อดีของ Hartley oscillator คือ

• แทนที่จะใช้หม้อแปลงขนาดใหญ่สามารถใช้ขดลวดเดี่ยวเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติได้

• ความถี่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้ตัวเก็บประจุแบบแปรผันหรือตัวเหนี่ยวนำตัวแปร

• จำนวนส่วนประกอบน้อยก็เพียงพอแล้ว

• แอมพลิจูดของเอาต์พุตจะคงที่ในช่วงความถี่คงที่

ข้อเสีย

ข้อเสียของ Hartley oscillator คือ

• ไม่สามารถเป็นออสซิลเลเตอร์ความถี่ต่ำได้
• มีการบิดเบือนฮาร์มอนิก

การใช้งาน

การใช้งานของ Hartley oscillator คือ

• ใช้เพื่อสร้างคลื่นไซน์ของความถี่ที่ต้องการ
• ส่วนใหญ่ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นในเครื่องรับวิทยุ
• นอกจากนี้ยังใช้เป็น RF Oscillator

ออสซิลเลเตอร์ Colpitts มีลักษณะเหมือนกับออสซิลเลเตอร์ Hartley แต่ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุจะถูกแทนที่ด้วยกันในวงจรถัง รายละเอียดโครงสร้างและการทำงานของออสซิลเลเตอร์ colpitts มีดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง

การก่อสร้าง

ก่อนอื่นเรามาดูแผนภาพวงจรของออสซิลเลเตอร์ Colpitts

ตัวต้านทาน R ₁ , R ₂และ R _eให้เงื่อนไขอคติที่จำเป็นสำหรับวงจร ตัวเก็บประจุ C _eให้กราวด์ ac จึงทำให้สัญญาณเสื่อม นอกจากนี้ยังช่วยให้อุณหภูมิคงที่

ตัวเก็บประจุ C _cและ C _bถูกใช้เพื่อบล็อก dc และเพื่อจัดหาเส้นทาง ac โช้กความถี่วิทยุ (RFC) ให้อิมพีแดนซ์ที่สูงมากต่อกระแสความถี่สูงซึ่งหมายความว่าเป็นกระแสไฟฟ้ากระแสตรงและเปิดสำหรับ ac ดังนั้นจึงให้โหลด dc สำหรับตัวเก็บรวบรวมและป้องกันไม่ให้กระแส ac ออกจากแหล่งจ่าย dc

วงจรรถถัง

เครือข่ายการกำหนดความถี่เป็นวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานซึ่งประกอบด้วยตัวเก็บประจุแบบแปรผัน C ₁และ C ₂พร้อมกับตัวเหนี่ยวนำ L ทางแยกของ C ₁และ C ₂ถูกต่อลงดิน ตัวเก็บประจุ C ₁มีปลายด้านหนึ่งของการเชื่อมต่อกับฐานผ่าน C _คและอื่น ๆ เพื่อผ่านอีซีแอลซีอี แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นใน C ₁ให้ผลตอบกลับที่เกิดใหม่ที่จำเป็นสำหรับการสั่นอย่างต่อเนื่อง

การดำเนินการ

เมื่อได้รับแหล่งจ่ายสะสมกระแสไฟฟ้าชั่วคราวจะถูกสร้างขึ้นในวงจรออสซิลเลเตอร์หรือถัง กระแสออสซิลเลเตอร์ในวงจรถังสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับใน C ₁ซึ่งนำไปใช้กับทางแยกตัวปล่อยฐานและปรากฏในรูปแบบขยายในวงจรตัวเก็บรวบรวมและจ่ายความสูญเสียให้กับวงจรถัง

หากเทอร์มินัล 1 มีศักยภาพเชิงบวกเทียบกับเทอร์มินัล 3 ในทันทีใด ๆ เทอร์มินัล 2 จะมีศักยภาพเชิงลบเทียบกับ 3 ในทันทีนั้นเนื่องจากเทอร์มินัล 3 ต่อสายดิน ดังนั้นจุดที่ 1 และ 2 จะออกจากเฟส 180 o

เนื่องจากทรานซิสเตอร์ที่กำหนดค่า CE ให้การกะระยะ180 ^oจึงทำให้การเปลี่ยนเฟส360 ^oระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก ดังนั้นข้อเสนอแนะจะถูกแบ่งออกเป็นระยะอย่างเหมาะสมเพื่อสร้างการสั่นที่ไม่ได้ตั้งค่าอย่างต่อเนื่อง เมื่อloop gain |βA| of the amplifier is greater than one, oscillations are sustained ในวงจร

ความถี่

สมการสำหรับ frequency of Colpitts oscillator ได้รับเป็น

$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC_T}}$$

C _Tคือความจุทั้งหมดของ C ₁และ C _{2 ที่}เชื่อมต่อแบบอนุกรม

$$\frac{1}{C_T} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}$$

$$C_T = \frac{C_1 \times C_2}{C_1 + C_2}$$

ข้อดี

ข้อดีของ Colpitts oscillator มีดังนี้ -

• Colpitts oscillator สามารถสร้างสัญญาณไซน์ที่มีความถี่สูงมาก
• สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำได้
• ความเสถียรของความถี่สูง
• ความถี่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้ทั้งตัวเก็บประจุแบบแปรผัน
• จำนวนส่วนประกอบน้อยก็เพียงพอแล้ว
• แอมพลิจูดของเอาต์พุตจะคงที่ในช่วงความถี่คงที่

Colpitts oscillator ออกแบบมาเพื่อขจัดข้อเสียของ Hartley oscillator และเป็นที่ทราบกันดีว่าไม่มีข้อเสียใด ๆ ดังนั้นจึงมีการใช้งานออสซิลเลเตอร์ colpitts มากมาย

การใช้งาน

แอปพลิเคชั่นของ Colpitts oscillator มีดังนี้ -

• Colpitts oscillator สามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดคลื่นไซน์ความถี่สูงได้
• สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่มีวงจรที่เกี่ยวข้อง
• ส่วนใหญ่ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นในเครื่องรับวิทยุ
• นอกจากนี้ยังใช้เป็น RF Oscillator
• นอกจากนี้ยังใช้ในแอปพลิเคชันมือถือ
• มีแอปพลิเคชั่นเชิงพาณิชย์อื่น ๆ อีกมากมาย

ออสซิลเลเตอร์อีกตัวซึ่งเป็นออสซิลเลเตอร์ Colpitts ขั้นสูงคือ Clapp Oscillator. วงจรนี้ได้รับการออกแบบโดยทำการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยกับออสซิลเลเตอร์ Colpitts

วงจรแตกต่างจาก Colpitts oscillator เพียงประการเดียว ประกอบด้วยตัวเก็บประจุเพิ่มเติมหนึ่งตัว (C ₃ ) ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวเหนี่ยวนำ การเพิ่มตัวเก็บประจุ (C ₃ ) ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของความถี่และกำจัดผลกระทบของพารามิเตอร์ทรานซิสเตอร์และความจุหลงทาง

แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของไฟล์ transistor Clapp oscillator.

การทำงานของวงจร Clapp oscillator เป็นไปในลักษณะเดียวกับ Colpitts oscillator ความถี่ของออสซิลเลเตอร์กำหนดโดยความสัมพันธ์

$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L.C}}$$

ที่ไหน

$$C = \frac{1}{\frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3}}$$

โดยปกติค่าของ C₃ มีขนาดเล็กกว่ามาก C₁ และ C₂. ด้วยเหตุนี้C จะเท่ากับโดยประมาณ C₃. ดังนั้นความถี่ของการสั่น

$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L.C_3}}$$

เป็นที่เข้าใจกันว่า Clapp oscillator นั้นคล้ายกับ Colpitts oscillator แต่ต่างกันที่วิธีการจัดเรียงตัวเหนี่ยวนำและความจุ แม้ว่าความเสถียรของความถี่จะดี แต่ก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้ใน Clapp oscillator

บางครั้งออสซิลเลเตอร์ของ Clapp เป็นที่ต้องการมากกว่าออสซิลเลเตอร์ Colpitts สำหรับการสร้างออสซิลเลเตอร์ความถี่ตัวแปร ออสซิลเลเตอร์ Clapp ใช้ในวงจรปรับจูนตัวรับเป็นออสซิลเลเตอร์ความถี่

คุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของออสซิลเลเตอร์คือพลังงานป้อนกลับที่ใช้ควรอยู่ในเฟสที่ถูกต้องกับวงจรถัง วงจรออสซิลเลเตอร์ที่กล่าวถึงจนถึงตอนนี้ใช้ตัวเหนี่ยวนำ (L) และตัวเก็บประจุ (C) รวมกันในวงจรถังหรือวงจรกำหนดความถี่

เราสังเกตเห็นว่าการรวม LC ในออสซิลเลเตอร์ให้การเปลี่ยนเฟส180 ^oและทรานซิสเตอร์ในการกำหนดค่า CE ให้การกะระยะ 180 °เพื่อทำการกะระยะทั้งหมด 360 ^oเพื่อที่จะทำให้เฟสแตกต่างกันเป็นศูนย์

ข้อเสียของวงจร LC

แม้ว่าจะมีแอพพลิเคชั่นน้อย แต่ไฟล์ LC วงจรมีน้อย drawbacks เช่น

• ความไม่แน่นอนของความถี่
• รูปคลื่นไม่ดี
• ไม่สามารถใช้สำหรับความถี่ต่ำ
• ตัวเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่และมีราคาแพง

เรามีวงจรออสซิลเลเตอร์อีกประเภทหนึ่งซึ่งทำโดยการแทนที่ตัวเหนี่ยวนำด้วยตัวต้านทาน ด้วยการทำเช่นนี้ความเสถียรของความถี่จะดีขึ้นและได้รูปคลื่นที่มีคุณภาพดี ออสซิลเลเตอร์เหล่านี้สามารถสร้างความถี่ที่ต่ำกว่าได้ด้วย เช่นกันวงจรก็ไม่ใหญ่โตหรือแพง

ข้อเสียทั้งหมดของ LC วงจรออสซิลเลเตอร์จึงถูกตัดออก RCวงจรออสซิลเลเตอร์ ดังนั้นความต้องการวงจร RC oscillator จึงเกิดขึ้น สิ่งเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าPhase–shift Oscillators.

หลักการของออสซิลเลเตอร์กะเฟส

เรารู้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกของวงจร RC สำหรับอินพุตไซน์เวฟทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขาเข้า มุมเฟสที่นำไปสู่ถูกกำหนดโดยค่าของส่วนประกอบ RC ที่ใช้ในวงจร แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงส่วนเดียวของเครือข่าย RC

แรงดันเอาท์พุท V ₁ทั่วตัวต้านทาน R นำไปสู่แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ใช้การป้อนข้อมูล V ₁โดยมุมเฟสบางɸ o ถ้า R ถูกลดลงไปอยู่ที่ศูนย์ V ₁ 'จะนำไปสู่ V ₁ 90 ^oเช่นɸ ^o = 90 o

อย่างไรก็ตามการปรับ R เพื่อเป็นศูนย์จะเป็นไปไม่ได้เพราะมันจะนำไปสู่แรงดันในอาร์ไม่มีดังนั้นในทางปฏิบัติ R จะแตกต่างกันเพื่อให้มีค่าดังกล่าวที่ทำให้ V ₁ 'เพื่อนำไปสู่ V ₁ 60 o แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงสามส่วนของเครือข่าย RC

แต่ละส่วนจะก่อให้เกิดการเปลี่ยนเฟส 60 o ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนการรวมของ 180 ^oผลิตคือแรงดัน V ₂นำไปสู่แรงดัน V ₁ 180 o

Phase-shift Oscillator วงจร

วงจรออสซิลเลเตอร์ที่สร้างคลื่นไซน์โดยใช้เครือข่ายกะเฟสเรียกว่าวงจรออสซิลเลเตอร์เฟสกะ รายละเอียดโครงสร้างและการทำงานของวงจรออสซิลเลเตอร์กะเฟสมีดังต่อไปนี้

การก่อสร้าง

วงจรออสซิลเลเตอร์เปลี่ยนเฟสประกอบด้วยส่วนแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ตัวเดียวและเครือข่ายกะเฟส RC เครือข่ายกะระยะในวงจรนี้ประกอบด้วยส่วน RC สามส่วน ที่สะท้อนความถี่ฉ_oการกะระยะในแต่ละส่วน RC 60 ^oเพื่อให้การเปลี่ยนเฟสทั้งหมดผลิตโดยเครือข่าย RC 180 o

แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของ RC phase-shift oscillator

ความถี่ของการสั่นจะได้รับจาก

$$f_o = \frac{1}{2\pi RC \sqrt{6}}$$

ที่ไหน

$$R_1 = R_2 = R_3 = R$$

$$C_1 = C_2 = C_3 = C$$

การดำเนินการ

วงจรเมื่อเปิดสั่นที่ความถี่เรโซแนนฉo เอาต์พุต E _oของแอมพลิฟายเออร์จะถูกป้อนกลับไปยังเครือข่ายป้อนกลับ RC เครือข่ายนี้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนเฟส 180 ^oและแรงดันไฟฟ้า E _ฉันจะปรากฏขึ้นที่เอาท์พุท แรงดันไฟฟ้านี้ใช้กับเครื่องขยายสัญญาณทรานซิสเตอร์

ข้อเสนอแนะที่ใช้จะเป็น

$$m = E_i/E_o$$

ข้อเสนอแนะอยู่ในเฟสที่ถูกต้องในขณะที่แอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ซึ่งอยู่ในการกำหนดค่า CE จะสร้างการกะระยะ180 ^o การเปลี่ยนแปลงขั้นตอนการผลิตโดยเครือข่ายและทรานซิสเตอร์เพิ่มในรูปแบบกะระยะรอบวงทั้งหมดซึ่งเป็น 360 o

ข้อดี

ข้อดีของ RC phase shift oscillator มีดังนี้ -

• ไม่ต้องใช้หม้อแปลงหรือตัวเหนี่ยวนำ
• สามารถใช้เพื่อสร้างความถี่ต่ำมาก
• วงจรให้เสถียรภาพความถี่ที่ดี

ข้อเสีย

ข้อเสียของ RC phase shift oscillator มีดังนี้ -

• การเริ่มต้นการสั่นเป็นเรื่องยากเนื่องจากข้อเสนอแนะมีขนาดเล็ก
• ผลผลิตที่ได้มีขนาดเล็ก

ออสซิลเลเตอร์ความถี่เสียงยอดนิยมอีกประเภทหนึ่งคือวงจรออสซิลเลเตอร์สะพาน Wien ส่วนใหญ่จะใช้เนื่องจากคุณสมบัติที่สำคัญ วงจรนี้เป็นอิสระจากcircuit fluctuations และ ambient temperature.

ข้อได้เปรียบหลักของออสซิลเลเตอร์นี้คือความถี่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วง 10Hz ถึงประมาณ 1MHz ในขณะที่ RC ออสซิลเลเตอร์ความถี่จะไม่แตกต่างกัน

การก่อสร้าง

การสร้างวงจรของ Wien bridge oscillator สามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้ เป็นเครื่องขยายเสียงสองขั้นตอนพร้อมวงจรสะพาน RC วงจรสะพานมีแขน R ₁ C ₁ , R ₃ , R ₂ C ₂และทังสเตนหลอดไฟแอลพี ความต้านทาน R ₃และหลอด L _pใช้เพื่อรักษาความกว้างของเอาต์พุต

แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของออสซิลเลเตอร์สะพาน Wien

ทรานซิสเตอร์ T ₁ทำหน้าที่เป็นออสซิลเลเตอร์และเครื่องขยายเสียงในขณะที่ทรานซิสเตอร์อีกตัว T ₂ทำหน้าที่เป็นอินเวอร์เตอร์ การดำเนินงานอินเวอร์เตอร์มีการเปลี่ยนเฟส 180 o วงจรนี้จะให้ข้อเสนอแนะในเชิงบวกผ่าน R ₁ C ₁ , C ₂ R ₂กับทรานซิสเตอร์ T ₁และข้อเสนอแนะเชิงลบผ่านแบ่งแรงดันในการป้อนข้อมูลของทรานซิสเตอร์ที2

ความถี่ของการสั่นถูกกำหนดโดยองค์ประกอบอนุกรม R ₁ C ₁และองค์ประกอบคู่ขนาน R ₂ C ₂ของสะพาน

$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{R_1C_1R_2C_2}}$$

ถ้า R ₁ = R ₂และ C ₁ = C ₂ = C

จากนั้น

$$f = \frac{1}{2\pi RC}$$

ตอนนี้เราสามารถลดความซับซ้อนของวงจรข้างต้นได้ดังนี้ -

ออสซิลเลเตอร์ประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์คู่ RC สองขั้นตอนและเครือข่ายป้อนกลับ แรงดันไฟฟ้าที่รวมกันแบบขนานของ R และ C จะถูกป้อนเข้ากับอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ 1 การเปลี่ยนเฟสสุทธิผ่านแอมพลิฟายเออร์สองตัวเป็นศูนย์

แนวคิดปกติในการเชื่อมต่อเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ 2 กับแอมพลิฟายเออร์ 1 เพื่อให้เกิดการสร้างสัญญาณใหม่สำหรับออสซิลเลเตอร์ไม่สามารถใช้ได้ที่นี่เนื่องจากแอมพลิฟายเออร์ 1 จะขยายสัญญาณในช่วงความถี่ที่กว้างและด้วยเหตุนี้การเชื่อมต่อโดยตรงจะส่งผลให้ความถี่มีเสถียรภาพต่ำ ด้วยการเพิ่มเครือข่ายข้อเสนอแนะสะพาน Wien ออสซิลเลเตอร์จะมีความไวต่อความถี่เฉพาะและด้วยเหตุนี้ความเสถียรของความถี่จึงเกิดขึ้น

การดำเนินการ

เมื่อเปิดวงจรวงจรบริดจ์จะสร้างการสั่นของความถี่ที่ระบุไว้ข้างต้น ทรานซิสเตอร์สองตัวสร้างการกะระยะทั้งหมดที่ 360 ^oเพื่อให้แน่ใจว่ามีการตอบรับเชิงบวกที่เหมาะสม ข้อเสนอแนะเชิงลบในวงจรช่วยให้มั่นใจได้ว่าเอาต์พุตคงที่ นี้จะทำได้โดยอุณหภูมิทังสเตนมีความละเอียดอ่อนหลอดไฟแอลพี ความต้านทานเพิ่มขึ้นตามกระแส

หากแอมพลิจูดของเอาต์พุตเพิ่มขึ้นจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้ามากขึ้นและได้รับผลตอบรับเชิงลบมากขึ้น ด้วยเหตุนี้ผลลัพธ์จะกลับไปเป็นค่าเดิม ในขณะที่หากผลลัพธ์มีแนวโน้มลดลงการดำเนินการย้อนกลับจะเกิดขึ้น

ข้อดี

ข้อดีของ Wien bridge oscillator มีดังนี้ -

• วงจรให้เสถียรภาพความถี่ที่ดี

• ให้เอาต์พุตคงที่

• การทำงานของวงจรค่อนข้างง่าย

• อัตราขยายโดยรวมสูงเนื่องจากมีทรานซิสเตอร์สองตัว

• ความถี่ของการสั่นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่าย

• ความเสถียรของแอมพลิจูดของแรงดันขาออกสามารถรักษาได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นโดยการแทนที่ R ₂ด้วยเทอร์มิสเตอร์

ข้อเสีย

ข้อเสียของ Wien bridge oscillator มีดังนี้ -

• วงจรไม่สามารถสร้างความถี่ที่สูงมากได้

• จำเป็นต้องใช้ทรานซิสเตอร์สองตัวและจำนวนส่วนประกอบสำหรับการสร้างวงจร

เมื่อใดก็ตามที่ออสซิลเลเตอร์อยู่ภายใต้การทำงานอย่างต่อเนื่อง frequency stabilityได้รับผลกระทบ มีการเปลี่ยนแปลงความถี่เกิดขึ้น ปัจจัยหลักที่มีผลต่อความถี่ของออสซิลเลเตอร์คือ

• รูปแบบของแหล่งจ่ายไฟ
• การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
• การเปลี่ยนแปลงความต้านทานโหลดหรือเอาต์พุต

ในออสซิลเลเตอร์ RC และ LC ค่าของความต้านทานความจุและความเหนี่ยวนำจะแปรผันตามอุณหภูมิและด้วยเหตุนี้ความถี่จึงได้รับผลกระทบ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้จึงมีการใช้ผลึกไฟฟ้าเพีโซในออสซิลเลเตอร์

การใช้ผลึกไฟฟ้าแบบเพียโซในวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานให้เสถียรภาพความถี่สูงในออสซิลเลเตอร์ ออสซิลเลเตอร์ดังกล่าวเรียกว่าCrystal Oscillators.

คริสตัลออสซิลเลเตอร์

หลักการของคริสตัลออสซิลเลเตอร์ขึ้นอยู่กับ Piezo electric effect. รูปทรงธรรมชาติของคริสตัลเป็นหกเหลี่ยม เมื่อแผ่นเวเฟอร์คริสตัลโค้งตั้งฉากกับแกน X จะเรียกว่า X-cut และเมื่อตัดตามแนวแกน Y จะเรียกว่า Y-cut

คริสตัลที่ใช้ในคริสตัลออสซิลเลเตอร์แสดงคุณสมบัติที่เรียกว่าคุณสมบัติไฟฟ้า Piezo ดังนั้นให้เรามีความคิดเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ไฟฟ้าแบบเพียโซ

Piezo Electric เอฟเฟกต์

คริสตัลแสดงคุณสมบัติที่ว่าเมื่อความเค้นเชิงกลถูกนำไปใช้กับหนึ่งในใบหน้าของคริสตัลความต่างศักย์จะถูกพัฒนาขึ้นบนใบหน้าตรงข้ามของคริสตัล ในทางกลับกันเมื่อความต่างศักย์ถูกนำไปใช้กับใบหน้าใดใบหน้าหนึ่งความเครียดเชิงกลจะเกิดขึ้นกับใบหน้าอื่น ๆ นี้เรียกว่าPiezo electric effect.

วัสดุที่เป็นผลึกบางชนิดเช่นเกลือ Rochelle ควอตซ์และทัวร์มาลีนจัดแสดงผลไฟฟ้าแบบ piezo และวัสดุดังกล่าวเรียกว่าเป็น Piezo electric crystals. ควอตซ์เป็นคริสตัลไฟฟ้าแบบเพียโซที่นิยมใช้มากที่สุดเนื่องจากมีราคาไม่แพงและหาได้ง่ายในธรรมชาติ

เมื่อคริสตัลไฟฟ้าแบบเพียโซอยู่ภายใต้ศักย์ไฟฟ้าสลับที่เหมาะสมมันจะสั่นโดยอัตโนมัติ แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนเชิงกลจะสูงสุดเมื่อความถี่ของแรงดันไฟฟ้าสลับเท่ากับความถี่ธรรมชาติของคริสตัล

การทำงานของผลึกควอตซ์

ในการทำให้คริสตัลทำงานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์คริสตัลจะถูกวางไว้ระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นในรูปแบบของตัวเก็บประจุ Quartzเป็นคริสตัลประเภทที่ใช้กันมากที่สุดเนื่องจากความพร้อมใช้งานและลักษณะที่แข็งแกร่งในขณะที่ราคาไม่แพง แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะใช้คู่ขนานกับคริสตัล

การจัดเรียงวงจรของผลึกควอตซ์จะเป็นดังที่แสดงด้านล่าง -

หากใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับคริสตัลจะเริ่มสั่นที่ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ อย่างไรก็ตามหากความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ทำเท่ากับความถี่ธรรมชาติของคริสตัลresonanceเกิดขึ้นและการสั่นสะเทือนของคริสตัลถึงค่าสูงสุด ความถี่ธรรมชาตินี้เกือบคงที่

วงจรเทียบเท่าของคริสตัล

ถ้าเราพยายามแทนคริสตัลด้วยวงจรไฟฟ้าที่เท่ากันเราต้องพิจารณาสองกรณีคือเมื่อมันสั่นและเมื่อไม่สั่น ตัวเลขด้านล่างแสดงถึงสัญลักษณ์และวงจรเทียบเท่าไฟฟ้าของคริสตัลตามลำดับ

วงจรสมมูลข้างต้นประกอบด้วยชุดวงจร RLC ในแบบคู่ขนานกับความจุ C เมตร เมื่อคริสตัลที่ติดตั้งทั่วแหล่ง AC ไม่ได้สั่นก็จะเทียบเท่ากับความจุ C เมตร เมื่อคริสตัลสั่นจะทำหน้าที่เหมือนวงจร RLC ที่ปรับแล้ว

การตอบสนองความถี่

การตอบสนองความถี่ของคริสตัลเป็นดังที่แสดงด้านล่าง กราฟแสดงค่ารีแอกแตนซ์ (X _Lหรือ X _C ) เทียบกับความถี่ (f) เห็นได้ชัดว่าคริสตัลมีความถี่เรโซแนนซ์สองความถี่ที่ห่างกันอย่างใกล้ชิด

อันแรกคือความถี่เรโซแนนซ์อนุกรม (f _s ) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อรีแอคแตนซ์ของความเหนี่ยวนำ (L) เท่ากับรีแอคแตนซ์ของความจุ C ในกรณีนั้นอิมพีแดนซ์ของวงจรสมมูลจะเท่ากับความต้านทาน R และ ความถี่ของการสั่นจะได้รับจากความสัมพันธ์

$$f = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C}}$$

ที่สองคือสะท้อนความถี่แบบคู่ขนาน (ฉ_พี ) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อปฏิกิริยาของสาขา RLC เท่ากับปฏิกิริยาของตัวเก็บประจุซีม ที่ความถี่นี้คริสตัลให้อิมพีแดนซ์ที่สูงมากกับวงจรภายนอกและความถี่ของการสั่นจะได้รับจากความสัมพันธ์

$$f_p = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C_T}}$$

ที่ไหน

$$C_T = \frac{C C_m}{(C + C_m)}$$

โดยปกติค่าของ C _mจะใหญ่มากเมื่อเทียบกับ C ดังนั้นค่าของ C _Tจึงเท่ากับ C โดยประมาณและด้วยเหตุนี้ความถี่เรโซแนนซ์ของอนุกรมจึงเท่ากับความถี่เรโซแนนซ์ขนานโดยประมาณ (เช่น f _s = f _p )

วงจร Crystal Oscillator

วงจรออสซิลเลเตอร์คริสตัลสามารถสร้างได้หลายวิธีเช่นออสซิลเลเตอร์คอลเลกชันที่ปรับแต่งด้วยคริสตัล, ออสซิลเลเตอร์คริสตัล Colpitts, ออสซิลเลเตอร์คริสตัล Clap เป็นต้น แต่ transistor pierce crystal oscillatorเป็นวิธีที่ใช้บ่อยที่สุด นี่คือวงจรที่ปกติเรียกว่าวงจรคริสตัลออสซิลเลเตอร์

แผนภาพวงจรต่อไปนี้แสดงการจัดเรียงของทรานซิสเตอร์เพียร์ซคริสตัลออสซิลเลเตอร์

ในวงจรนี้คริสตัลเชื่อมต่อเป็นองค์ประกอบชุดในเส้นทางป้อนกลับจากตัวเก็บรวบรวมไปยังฐาน ตัวต้านทาน R ₁ , R ₂และ R _Eเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรวงจรไบแอส dc ตัวเก็บประจุ C _Eให้บายพาส ac ของตัวต้านทานอีซีแอลและขดลวด RFC (โช้กความถี่วิทยุ) ให้ไบแอส dc ในขณะที่แยกสัญญาณ ac บนสายไฟไม่ให้ส่งผลต่อสัญญาณเอาต์พุต ตัวเก็บประจุแบบมีเพศสัมพันธ์ C มีอิมพีแดนซ์เล็กน้อยที่ความถี่ในการทำงานของวงจร แต่บล็อก dc ใด ๆ ระหว่างตัวสะสมและฐาน

ความถี่วงจรของการสั่นถูกกำหนดโดยความถี่เรโซแนนซ์แบบอนุกรมของคริสตัลและค่าของมันจะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

$$f_o = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C}}$$

อาจสังเกตได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ ไม่มีผลกระทบต่อความถี่ในการทำงานของวงจรซึ่งถูกทำให้เสถียรโดยคริสตัล

ข้อดี

ข้อดีของคริสตัลออสซิลเลเตอร์มีดังนี้ -

• พวกเขามีลำดับความเสถียรของความถี่สูง
• ปัจจัยด้านคุณภาพ (Q) ของคริสตัลนั้นสูงมาก

ข้อเสีย

ข้อเสียของคริสตัลออสซิลเลเตอร์มีดังนี้ -

• พวกมันเปราะบางและสามารถใช้ในวงจรพลังงานต่ำได้
• ความถี่ของการสั่นไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างเห็นได้ชัด

เสถียรภาพความถี่ของออสซิลเลเตอร์

คาดว่าออสซิลเลเตอร์จะคงความถี่ไว้เป็นระยะเวลานานขึ้นโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ เพื่อให้ได้เอาต์พุตคลื่นไซน์ที่ชัดเจนยิ่งขึ้นสำหรับการทำงานของวงจร ดังนั้นความเสถียรของความถี่ระยะจึงมีความสำคัญมากเมื่อพูดถึงออสซิลเลเตอร์ไม่ว่าจะเป็นไซน์หรือไม่ใช่ไซน์

เสถียรภาพความถี่ของออสซิลเลเตอร์หมายถึงความสามารถของออสซิลเลเตอร์ในการรักษาค่าคงที่ความถี่ที่ต้องการในช่วงเวลาที่ยาวนานที่สุดเท่าที่จะทำได้ ให้เราลองหารือเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อเสถียรภาพความถี่นี้

เปลี่ยนจุดปฏิบัติการ

เราได้พบพารามิเตอร์ทรานซิสเตอร์แล้วและได้เรียนรู้ว่าจุดปฏิบัติการมีความสำคัญอย่างไร ความเสถียรของจุดปฏิบัติการนี้สำหรับทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในวงจรสำหรับการขยายสัญญาณ (BJT หรือ FET) นั้นมีการพิจารณาที่สูงกว่า

การทำงานของอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่ได้รับการปรับให้อยู่ในส่วนเชิงเส้นของลักษณะเฉพาะ จุดนี้ถูกเลื่อนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและด้วยเหตุนี้ความเสถียรจึงได้รับผลกระทบ

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

วงจรถังในวงจรออสซิลเลเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่กำหนดความถี่ต่างๆเช่นตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ พารามิเตอร์ทั้งหมดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิค่าของมันจึงได้รับผลกระทบ สิ่งนี้นำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงความถี่ของวงจรออสซิลเลเตอร์

เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟ

ความแปรผันของกำลังไฟฟ้าที่ให้มาจะส่งผลต่อความถี่ด้วย รูปแบบแหล่งจ่ายไฟนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในวีซีซี สิ่งนี้จะส่งผลต่อความถี่ของการสั่นที่เกิดขึ้น

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ระบบจ่ายไฟที่มีการควบคุมจะถูกนำไปใช้ เรียกสั้น ๆ ว่า RPS รายละเอียดของแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมได้รับการกล่าวถึงอย่างชัดเจนในส่วนแหล่งจ่ายไฟของบทช่วยสอนวงจรอิเล็กทรอนิกส์

เปลี่ยนโหลดเอาต์พุต

ความแตกต่างของความต้านทานเอาต์พุตหรือโหลดเอาต์พุตยังส่งผลต่อความถี่ของออสซิลเลเตอร์ เมื่อเชื่อมต่อโหลดความต้านทานที่มีประสิทธิภาพของวงจรถังจะเปลี่ยนไป เป็นผลให้ Q-factor ของวงจรปรับ LC เปลี่ยนไป ส่งผลให้ความถี่เอาต์พุตของออสซิลเลเตอร์เปลี่ยนไป

การเปลี่ยนแปลงความจุระหว่างองค์ประกอบ

ความจุระหว่างองค์ประกอบคือความจุที่พัฒนาในวัสดุทางแยก PN เช่นไดโอดและทรานซิสเตอร์ สิ่งเหล่านี้ได้รับการพัฒนาเนื่องจากมีประจุอยู่ในระหว่างการทำงาน

ตัวเก็บประจุระหว่างองค์ประกอบได้รับการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากสาเหตุหลายประการเช่นอุณหภูมิแรงดันไฟฟ้า ฯลฯ ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบล้นกับตัวเก็บประจุระหว่างองค์ประกอบที่กระทำผิด

มูลค่าของ Q

ค่า Q (ปัจจัยคุณภาพ) ต้องสูงในออสซิลเลเตอร์ ค่าของ Q ในออสซิลเลเตอร์ที่ปรับแล้วจะกำหนดความสามารถในการเลือก เนื่องจาก Q นี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับเสถียรภาพความถี่ของวงจรที่ปรับแล้วค่าของ Q จึงควรอยู่ในระดับสูง

เสถียรภาพความถี่สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์เป็น

$$S_w = d\theta/dw$$

ที่ไหนdθเป็นกะระยะที่นำมาใช้สำหรับการเปลี่ยนแปลงความถี่ขนาดเล็กในความถี่ที่ระบุฉR วงจรที่ให้ค่าที่มากกว่า (dθ / dw) มีความถี่ในการสั่นที่เสถียรกว่า

ออสซิลเลเตอร์ที่ทำงานกับคุณสมบัติความต้านทานเชิงลบสามารถเรียกได้ว่าเป็นออสซิลเลเตอร์ต้านทานเชิงลบ ระยะnegative resistanceหมายถึงสภาวะที่การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าในสองจุดทำให้กระแสไฟฟ้าลดลง อุปกรณ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นบางตัวมีคุณสมบัติต้านทานเชิงลบภายใต้เงื่อนไขบางประการ

คุณสมบัติต้านทานเชิงลบ

ให้เราสังเกตพฤติกรรมเมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่แสดงคุณสมบัติความต้านทานเชิงลบ เพื่อทำความเข้าใจคุณสมบัตินี้ให้เราสังเกตกราฟด้านล่างเพื่อค้นหาความแปรผันของแรงดันและกระแส

เมื่อแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นกระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดสูงสุดที่เรียกว่า Peak Current, แสดงโดย I_P. แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เรียกว่าPeak Voltage, แสดงโดย V_P. จุดนี้ระบุโดยAในกราฟด้านบน ประเด็นA ถูกเรียก Peak Point.

หากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกิน V_Pจากนั้นกระแสจะเริ่มลดลง จะลดลงจนถึงจุดหนึ่งเรียกว่าเป็นValley Current, แสดงโดย I_V. แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เรียกว่าValley Voltage, แสดงโดย V_V. จุดนี้ระบุโดยBในกราฟด้านบน ประเด็นB ถูกเรียก Valley Point.

ดังนั้นพื้นที่ระหว่างจุด A และจุด B บ่งชี้ Negative resistance region. เมื่อถึงจุดหุบเขาและหากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีกกระแสจะเริ่มเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าขอบเขตความต้านทานเชิงลบสิ้นสุดลงและอุปกรณ์ทำงานได้ตามปกติตามกฎของโอห์ม ภูมิภาคนี้เรียกว่าเป็นPositive Resistance regionซึ่งระบุด้วยจุด B ชี้ C ในกราฟ

ออสซิลเลเตอร์ไม่กี่ตัวที่มีคุณสมบัติต้านทานเชิงลบในระหว่างการทำงาน ออสซิลเลเตอร์แบบ uni-junction เป็นตัวอย่างที่ดีที่สุดของออสซิลเลเตอร์ที่ไม่ใช่ไซน์ไซด์ (สร้างรูปคลื่นกวาดเป็นเอาต์พุต) ที่แสดงคุณสมบัติความต้านทานเชิงลบในขณะที่ออสซิลเลเตอร์ไดโอดอุโมงค์เป็นตัวอย่างที่ดีที่สุดของออสซิลเลเตอร์ไซน์ที่แสดงคุณสมบัติความต้านทานเชิงลบ

ในบทถัดไปของบทช่วยสอนนี้เราจะพูดถึงเพิ่มเติมเกี่ยวกับออสซิลเลเตอร์ไดโอดอุโมงค์

วงจรออสซิลเลเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยใช้ไดโอดอุโมงค์เรียกว่า Tunnel diode oscillator หากความเข้มข้นของสารเจือปนของทางแยก PN ปกติเพิ่มขึ้นอย่างมากสิ่งนี้Tunnel diodeถูกสร้างขึ้น เป็นที่รู้จักกันในชื่อEsaki diodeหลังจากนักประดิษฐ์

ไดโอดอุโมงค์

เมื่อความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในไดโอดเพิ่มขึ้นความกว้างของพื้นที่พร่องจะลดลงทำให้แรงพิเศษบางส่วนไปยังตัวพาประจุเพื่อข้ามจุดเชื่อมต่อ เมื่อความเข้มข้นนี้เพิ่มขึ้นอีกเนื่องจากความกว้างของพื้นที่พร่องน้อยลงและพลังงานที่เพิ่มขึ้นของตัวพาประจุพวกมันจะทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นแทนที่จะปีนข้ามมัน การเจาะนี้สามารถเข้าใจได้ว่าTunneling และด้วยเหตุนี้ชื่อ Tunnel diode.

ภาพต่อไปนี้แสดงลักษณะของไดโอดอุโมงค์ที่ใช้งานได้จริง

สัญลักษณ์ของอุโมงค์ไดโอดมีดังที่แสดงด้านล่าง

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับไดโอดอุโมงค์โปรดดูบทแนะนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานของเรา

Tunnel Diode Oscillator

ไดโอดอุโมงค์ช่วยในการสร้างสัญญาณความถี่สูงมากเกือบ 10GHz วงจรไดโอดอุโมงค์ที่ใช้งานได้จริงอาจประกอบด้วยสวิตช์ S ตัวต้านทาน R และแหล่งจ่าย V เชื่อมต่อกับวงจรถังผ่านไดโอดอุโมงค์ D

กำลังทำงาน

ค่าของตัวต้านทานที่เลือกควรอยู่ในลักษณะที่ไบโอไดโอดอุโมงค์อยู่กึ่งกลางของพื้นที่ต้านทานเชิงลบ รูปด้านล่างแสดงวงจรออสซิลเลเตอร์ไดโอดอุโมงค์ที่ใช้งานได้จริง

ในวงจรนี้ตัวต้านทาน R ₁จะตั้งค่าการให้น้ำหนักที่เหมาะสมสำหรับไดโอดและตัวต้านทาน R ₂จะกำหนดระดับกระแสที่เหมาะสมสำหรับวงจรถัง การรวมกันแบบขนานของตัวต้านทาน R _pตัวเหนี่ยวนำ L และตัวเก็บประจุ C จะสร้างวงจรถังซึ่งสะท้อนที่ความถี่ที่เลือก

เมื่อปิดสวิตช์ S กระแสของวงจรจะเพิ่มขึ้นทันทีไปยังค่าคงที่ซึ่งค่าจะถูกกำหนดโดยค่าของตัวต้านทาน R และความต้านทานของไดโอด อย่างไรก็ตามเมื่อแรงดันตกคร่อมไดโอดอุโมงค์ V _Dเกินแรงดันไฟฟ้าจุดสูงสุด V _pไดโอดอุโมงค์จะถูกขับเคลื่อนไปยังพื้นที่ต้านทานเชิงลบ

ในภูมิภาคนี้เริ่มต้นในปัจจุบันลดลงจนแรงดัน V _Dจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้า valleypoint วีวี ณ จุดนี้แรงดันไฟฟ้า V _{D ที่}เพิ่มขึ้นอีกจะผลักดันไดโอดไปยังพื้นที่ต้านทานบวก ด้วยเหตุนี้กระแสของวงจรจึงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้น เพิ่มขึ้นในวงจรนี้จะเพิ่มแรงดันในตัวต้านทาน R ซึ่งจะช่วยลดแรงดัน V D

เส้นโค้งลักษณะ VI

กราฟต่อไปนี้แสดงลักษณะ VI ของไดโอดอุโมงค์ -

เส้นโค้ง AB แสดงถึงพื้นที่ความต้านทานเชิงลบเมื่อความต้านทานลดลงในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น เป็นที่ชัดเจนว่าจุด Q ถูกกำหนดไว้ที่กึ่งกลางของเส้นโค้ง AB จุด Q สามารถเคลื่อนที่ระหว่างจุด A และ B ในระหว่างการทำงานของวงจร จุด A เรียกว่าpeak point และจุด B เรียกว่า valley point.

ระหว่างการดำเนินการหลังจากที่ไปถึงจุด B เพิ่มขึ้นในวงจรปัจจุบันจะเพิ่มแรงดันในตัวต้านทาน R ซึ่งจะช่วยลดแรงดัน V D สิ่งนี้ทำให้ไดโอดกลับเข้าสู่พื้นที่ต้านทานเชิงลบ

การลดลงของแรงดันไฟฟ้า V _Dเท่ากับแรงดันไฟฟ้า V _Pและจะเสร็จสิ้นหนึ่งรอบของการทำงาน ความต่อเนื่องของวัฏจักรเหล่านี้ก่อให้เกิดการสั่นอย่างต่อเนื่องซึ่งให้ผลลัพธ์รูปไซน์

ข้อดี

ข้อดีของอุโมงค์ไดโอดออสซิลเลเตอร์มีดังนี้ -

• มีความเร็วในการเปลี่ยนสูง
• สามารถรองรับความถี่สูง

ข้อเสีย

ข้อเสียของออสซิลเลเตอร์ไดโอดอุโมงค์มีดังนี้ -

• เป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ
• ไดโอดอุโมงค์มีราคาแพงเล็กน้อย

การใช้งาน

การใช้งานของอุโมงค์ไดโอดออสซิลเลเตอร์มีดังต่อไปนี้ -

• ใช้ในออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลาย
• ใช้ในไมโครเวฟออสซิลเลเตอร์
• นอกจากนี้ยังใช้เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งความเร็วสูงพิเศษ
• ใช้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บหน่วยความจำตรรกะ

หลังจากได้ครอบคลุมวงจรออสซิลเลเตอร์ที่สำคัญทั้งหมดแล้วเป็นที่น่าสังเกตว่ามีออสซิลเลเตอร์หลายตัวเช่นเดียวกับที่กล่าวถึงจนถึงตอนนี้ ออสซิลเลเตอร์ที่สร้างรูปคลื่นไซน์เป็นออสซิลเลเตอร์ไซน์ตามที่กล่าวไว้

ออสซิลเลเตอร์ที่สร้างรูปคลื่นที่ไม่ใช่ไซน์ (รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ากวาดสามเหลี่ยม ฯลฯ ) เป็นออสซิลเลเตอร์ที่ไม่ใช่ไซน์ซึ่งเราได้กล่าวถึงในรายละเอียดในบทแนะนำเกี่ยวกับวงจรพัลส์