Sinüzoidal Osilatörler - Hızlı Kılavuz
Bir oscillatorherhangi bir ac giriş sinyali olmadan çıkış üretir. Elektronik bir osilatör, dc enerjiyi çok yüksek bir frekansta ac'ye dönüştüren bir devredir. Olumlu geri bildirime sahip bir amplifikatör, bir osilatör olarak anlaşılabilir.
Amplifikatör ve Osilatör
Bir amplifier uygulanan giriş sinyalinin sinyal gücünü artırır, oysa bir oscillatorbu giriş sinyali olmadan bir sinyal üretir, ancak çalışması için dc'ye ihtiyaç duyar. Bu, bir amplifikatör ve bir osilatör arasındaki temel farktır.
Aşağıdaki resme bir göz atın. Bir amplifikatörün DC güç kaynağından nasıl enerji aldığını ve sinyal frekansında ac enerjisine dönüştürdüğünü açıkça gösterir. Bir osilatör, kendi başına salınan bir ac sinyali üretir.
Bir amplifikatör tarafından üretilen ac gücünün frekansı, dalga şekli ve büyüklüğü, girişte uygulanan ac sinyal voltajı tarafından kontrol edilirken, bir osilatör için olanlar devrenin kendisindeki bileşenler tarafından kontrol edilir, bu da harici kontrol voltajına gerek olmadığı anlamına gelir. .
Alternatör ve Osilatör
Bir alternatorherhangi bir giriş olmadan sinüzoidal dalgalar üreten mekanik bir cihazdır. Bu ac üreten makine, 1000Hz'e kadar frekanslar üretmek için kullanılır. Çıkış frekansı, kutup sayısına ve armatürün dönme hızına bağlıdır.
Aşağıdaki noktalar, bir alternatör ve bir osilatör arasındaki farkları vurgulamaktadır -
Bir alternatör, mekanik enerjiyi ac enerjiye dönüştürürken, osilatör, dc enerjiyi ac enerjiye dönüştürür.
Bir osilatör birkaç MHz'lik daha yüksek frekanslar üretebilirken, bir alternatör bunu yapamaz.
Bir alternatörün dönen parçaları varken, bir elektronik osilatörün yoktur.
Bir osilatördeki salınımların frekansını değiştirmek alternatörde olduğundan daha kolaydır.
Osilatörler, dc'yi ac'ye dönüştürdüklerinden, ac'yi dc'ye dönüştüren redresörlerin tersi olarak da düşünülebilir. Doğrultucular hakkında ayrıntılı bir açıklamayı Elektronik Devreler eğitimimizde bulabilirsiniz.
Osilatörlerin Sınıflandırılması
Elektronik osilatörler esas olarak aşağıdaki iki kategoriye ayrılır -
Sinusoidal Oscillators - Sinüs dalga formuna sahip bir çıktı üreten osilatörlere sinusoidal veya harmonic oscillators. Bu tür osilatörler, 20 Hz ile 1 GHz arasında değişen frekanslarda çıkış sağlayabilir.
Non-sinusoidal Oscillators - Kare, dikdörtgen veya testere dişi dalga formuna sahip bir çıktı üreten osilatörlere non-sinusoidal veya relaxation oscillators. Bu tür osilatörler, 0 Hz ila 20 MHz arasında değişen frekanslarda çıkış sağlayabilir.
Bu eğitimde sadece Sinüzoidal Osilatörler hakkında tartışacağız. Sinüzoidal olmayan osilatörlerin işlevlerini Darbe Devreleri eğitimimizden öğrenebilirsiniz .
Sinüzoidal Osilatörler
Sinüzoidal osilatörler aşağıdaki kategorilerde sınıflandırılabilir -
Tuned Circuit Oscillators- Bu osilatörler, indüktörlerden (L) ve kapasitörlerden (C) oluşan ayarlanmış bir devre kullanır ve yüksek frekanslı sinyaller üretmek için kullanılır. Bu nedenle radyo frekansı RF osilatörleri olarak da bilinirler. Bu tür osilatörler Hartley, Colpitts, Clapp-osilatörleri vs.'dir.
RC Oscillators- Osilatörler, dirençler ve kapasitörler kullanır ve düşük veya ses frekanslı sinyaller üretmek için kullanılır. Bu nedenle ses frekansı (AF) osilatörleri olarak da bilinirler. Bu tür osilatörler Faz-kaydırma ve Wein-köprü osilatörleridir.
Crystal Oscillators- Bu osilatörler, kuvars kristalleri kullanır ve 10 MHz'e kadar frekanslarda yüksek düzeyde stabilize edilmiş çıkış sinyali üretmek için kullanılır. Piezo osilatörü, bir kristal osilatör örneğidir.
Negative-resistance Oscillator- Bu osilatörler, tünel cihazları gibi cihazların negatif direnç özelliklerini kullanır. Ayarlanmış bir diyot osilatörü, negatif dirençli bir osilatör örneğidir.
Sinüzoidal Salınımların Doğası
Sinüzoidal bir dalgadaki salınımların doğası genellikle iki türdendir. Onlardamped ve undamped oscillations.
Sönümlü Salınımlar
Zamanla genliği azalmaya devam eden elektriksel salınımlara Damped Oscillations. Sönümlü salınımların frekansı, devre parametrelerine bağlı olarak sabit kalabilir.
Sönümlü salınımlar genellikle güç kayıpları üreten ve gerekirse telafi etmeyen salınımlı devreler tarafından üretilir.
Sönümsüz Salınımlar
Genliği zamanla sabit kalan elektriksel salınımlara şöyle denir: Undamped Oscillations. Sönümsüz salınımların frekansı sabit kalır.
Sönümsüz salınımlar genellikle güç kaybı üretmeyen ve herhangi bir güç kaybı meydana gelirse kompanzasyon tekniklerini takip eden salınımlı devreler tarafından üretilir.
Pozitif geri beslemeli bir amplifikatör, çıkışının girişle aynı fazda olmasını sağlar ve sinyalin gücünü artırır. Olumlu geribildirim aynı zamandadegenerative feedback veya direct feedback. Bu tür bir geri bildirim, bir geri besleme yükselticisi, bir osilatör yapar.
Pozitif geri beslemenin kullanılması, açık döngü kazancından daha büyük kapalı döngü kazancına sahip bir geri besleme amplifikatörüyle sonuçlanır. Sonuçlanırinstabilityve salınımlı bir devre olarak çalışır. Salınımlı bir devre, istenen herhangi bir frekansta sürekli değişen yükseltilmiş bir çıkış sinyali sağlar.
Salınımlı Devre
Salınımlı bir devre, istenen frekansta elektriksel salınımlar üretir. Aynı zamandatank circuits.
Basit bir tank devresi, her ikisi birlikte devrenin salınım frekansını belirleyen bir indüktör L ve bir kapasitör C içerir.
Salınımlı devre kavramını anlamak için aşağıdaki devreyi ele alalım. Bu devredeki kapasitör zaten bir dc kaynağı kullanılarak şarj edilmiştir. Bu durumda, kapasitörün üst plakasında fazla elektron varken, alt plakada elektron açığı vardır. Kapasitör bir miktar elektrostatik enerji tutar ve kapasitörde voltaj vardır.
Ne zaman geçiş Skapanır, kondansatör deşarj olur ve akım indüktörden geçer. Endüktif etki nedeniyle, akım yavaşça maksimum bir değere yükselir. Kapasitör tamamen boşaldığında, bobin etrafındaki manyetik alan maksimumdur.
Şimdi bir sonraki aşamaya geçelim. Kapasitör tamamen boşaldığında, manyetik alan çökmeye başlar ve Lenz yasasına göre bir karşı EMF üretir. Kondansatör artık üst plakada pozitif yük ve alt plakada negatif yük ile yüklenir.
Kapasitör tam olarak şarj edildiğinde, aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi bobin etrafında bir manyetik alan oluşturmak için deşarj olmaya başlar.
Bu şarj ve deşarjın devamı, elektronların dönüşümlü hareketine veya oscillatory current. L ve C arasındaki enerji değişimi sürekli üretiroscillations.
Kayıpların olmadığı ideal bir devrede salınımlar sonsuza kadar devam edecektir. Pratik bir tank devresinde, aşağıdaki gibi kayıplar meydana gelir.resistive ve radiation losses bobin içinde ve dielectric losseskapasitörde. Bu kayıplar, sönümlü salınımlara neden olur.
Salınımların Frekansı
Tank devresinin ürettiği salınımların frekansı, tank devresinin bileşenleri tarafından belirlenir, the L ve the C. Gerçek salınım frekansı,resonant frequency tarafından verilen tank devresinin (veya doğal frekansı)
$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$
Kondansatörün kapasitesi
Salınım f frekans o bir kapasitör kapasitansı kare kökü ile isimli ters orantılıdır. Yani kullanılan kondansatörün değeri büyükse şarj ve deşarj süreleri büyük olacaktır. Dolayısıyla frekans daha düşük olacaktır.
Matematiksel olarak frekans,
$$f_o \propto 1\sqrt{C}$$
Bobinin Kendinden Endüktansı
Salınım f frekansı o bobinin öz endüktans kare kökü ile orantılıdır isimli. Endüktansın değeri büyükse, akım akışının değişmesine karşı olan muhalefet daha büyüktür ve bu nedenle her bir döngüyü tamamlamak için gereken süre daha uzun olacaktır, bu da zaman periyodunun daha uzun olacağı ve frekansın daha düşük olacağı anlamına gelir.
Matematiksel olarak frekans,
$$f_o \propto 1\sqrt{L}$$
Yukarıdaki her iki denklemi birleştirerek,
$$f_o \propto \frac{1}{\sqrt{LC}}$$
$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$
Yukarıdaki denklem çıkış frekansını gösterse de, natural frequency veya resonance frequency tank devresinin.
Bir Osilatör devresi, salınımların üretilmesine yardımcı olan devrenin tüm parçalarının eksiksiz bir setidir. Bu salınımlar devam etmeli ve daha önce tartışıldığı gibi Sönümsüz olmalıdır. Bir Osilatör devresinin nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için pratik bir Osilatör devresini analiz etmeye çalışalım.
Pratik Osilatör Devresi
Pratik bir Osilatör devresi, bir tank devresi, bir transistör amplifikatörü ve bir geri besleme devresinden oluşur. Aşağıdaki devre şeması, pratik bir osilatörün düzenini göstermektedir.
Şimdi bu pratik osilatör devresinin parçalarını tartışalım.
Tank Circuit - Tank devresi, kapasitör ile paralel bağlanmış bir L endüktansından oluşur. C. Bu iki bileşenin değerleri osilatör devresinin frekansını belirler ve bu nedenle buna denir.Frequency determining circuit.
Transistor Amplifier- Tank devresinin çıkışı, tank devresinin ürettiği salınımların burada yükseltilmesi için amplifikatör devresine bağlanır. Dolayısıyla, bu salınımların çıkışı amplifikatör tarafından artırılır.
Feedback Circuit- Geri besleme devresinin işlevi, çıkış enerjisinin bir kısmını uygun fazda LC devresine aktarmaktır. Bu geri bildirim, osilatörlerde pozitif, amplifikatörlerde negatiftir.
Osilatörün Frekans Kararlılığı
Bir osilatörün frekans kararlılığı, uzun bir zaman aralığı boyunca sabit bir frekansı muhafaza etme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Daha uzun bir süre çalıştırıldığında, osilatör frekansı artarak veya azalarak önceden ayarlanmış değerden sapma gösterebilir.
Osilatör frekansındaki değişiklik aşağıdaki faktörlerden dolayı ortaya çıkabilir -
Kullanılan BJT veya FET gibi aktif cihazın çalışma noktası, amplifikatörün doğrusal bölgesinde yer almalıdır. Sapması osilatör frekansını etkileyecektir.
Devre bileşenlerinin performansının sıcaklığa bağımlılığı osilatör frekansını etkiler.
Aktif cihaza uygulanan dc besleme gerilimindeki değişiklikler osilatör frekansını değiştirir. Düzenlenmiş bir güç kaynağı kullanılırsa bu önlenebilir.
Çıkış yükündeki bir değişiklik, tank devresinin Q faktöründe bir değişikliğe neden olabilir ve böylece osilatör çıkış frekansında bir değişikliğe neden olabilir.
Elemanlar arası kapasitansların ve kaçak kapasitansların varlığı, osilatör çıkış frekansını ve dolayısıyla frekans kararlılığını etkiler.
Barkhausen Kriteri
Şimdiye kadar sahip olduğumuz bilgilerle, pratik bir osilatör devresinin bir tank devresi, bir transistör amplifikatör devresi ve bir geri besleme devresinden oluştuğunu anladık. Öyleyse, geri besleme amplifikatörlerinin kazancını elde etmek için şimdi geri besleme amplifikatörleri kavramını tazelemeye çalışalım.
Geribildirim Amplifikatörü Prensibi
Bir geribildirim amplifikatörü genellikle iki bölümden oluşur. Onlaramplifier ve feedback circuit. Geri besleme devresi genellikle dirençlerden oluşur. Geri besleme amplifikatörü kavramı aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.
Yukarıdaki şekilden, yükselticinin kazancı yükselticinin kazancı giriş voltajı V çıkış voltajı Vo oranıdır A olarak temsil edilir i . Geri besleme ağı , amplifikatörün V o çıkışından bir V f = β V o voltajı çıkarır .
Bu voltaj pozitif geri bildirim için ilave edildi ve sinyal gerilimi V den, negatif geri besleme için çıkarılır s .
Olumlu bir geri bildirim için,
V i V = s + V f = V s + β V O
Β = V f / V o miktarı, geri besleme oranı veya geri besleme fraksiyonu olarak adlandırılır.
Çıkış V o , amplifikatörün kazancı A ile çarpılan giriş voltajına (V s + βV o ) eşit olmalıdır .
Dolayısıyla
$$(V_s + \beta V_o)A = V_o$$
Veya
$$AV_s + A\beta V_o = V_o$$
Veya
$$AV_s = V_o(1 - A\beta)$$
Bu nedenle
$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 - A\beta}$$
A f , amplifikatörün genel kazancı (geri besleme ile kazanç) olsun. Bu, V o çıkış voltajının uygulanan sinyal voltajına V s oranı olarak tanımlanır , yani,
$$A_f = \frac{Output \: Voltage}{Input \: Signal \: Voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$
Yukarıdaki iki denklemden, olumlu geri beslemeli geri besleme amplifikatörünün kazanç denkleminin şu şekilde verildiğini anlayabiliriz:
$$A_f = \frac{A}{1 - A\beta}$$
Nerede Aβ ... feedback factor ya da loop gain.
Aβ = 1 ise, A f = ∞. Böylece kazanç sonsuz olur, yani herhangi bir girdi olmadan çıktı vardır. Başka bir deyişle, amplifikatör bir Osilatör olarak çalışır.
Aβ = 1 koşulu şu şekilde adlandırılır: Barkhausen Criterion of oscillations. Bu, Osilatörler konseptinde her zaman akılda tutulması gereken çok önemli bir faktördür.
Akortlu devre osilatörleri, akort devreleri yardımı ile salınımlar üreten devrelerdir. Ayar devreleri bir endüktans L ve bir kapasitör C'den oluşur.Bunlar aynı zamandaLC oscillators, resonant circuit oscillators veya tank circuit oscillators.
Ayarlanmış devre osilatörleri, 1 MHz ila 500 MHz arasında değişen frekanslara sahip bir çıktı üretmek için kullanılır, dolayısıyla bunlar aynı zamanda R.F. Oscillators. Bir BJT veya bir FET, ayarlanmış devre osilatörlerine sahip bir amplifikatör olarak kullanılır. Bir amplifikatör ve bir LC tank devresi ile, salınımları korumak için doğru genlik ve faza sahip bir sinyali geri bildirebiliriz.
Ayarlanmış Devre Osilatör Tipleri
Radyo vericilerinde ve alıcılarında kullanılan osilatörlerin çoğu LC osilatör tipindedir. Geri beslemenin devrede kullanılma şekline bağlı olarak, LC osilatörleri aşağıdaki tiplere ayrılır.
Tuned-collector or Armstrong Oscillator- Bir transistörün toplayıcısından tabana endüktif geri bildirim kullanır. LC devresi, transistörün kollektör devresindedir.
Tuned base Oscillator- Endüktif geri besleme kullanır. Ancak LC devresi temel devrede.
Hartley Oscillator - Endüktif geri besleme kullanır.
Colpitts Oscillator - Kapasitif geri besleme kullanır.
Clapp Oscillator - Kapasitif geri besleme kullanır.
Şimdi yukarıda belirtilen tüm LC osilatörlerini ayrıntılı olarak tartışacağız.
Ayarlı Toplayıcı Osilatör
Ayarlanmış kollektör osilatörleri buna denir, çünkü ayarlanmış devre, transistör amplifikatörünün kollektörüne yerleştirilir. KombinasyonuL ve C ayarlanmış devreyi veya frekans belirleme devresini oluşturur.
İnşaat
R 1 , R 2 ve R E dirençleri , transistöre dc öngerilimi sağlamak için kullanılır. C E ve C kondansatörleri by-pass kapasitörleridir. Transformatörün sekonder R baz emiter birleşme yeri boyunca görünür bu alternatif geri besleme gerilimi sağlar 1 ve R 2 bağlı baypas kondansatörü C olarak durumda AC toprağa olan, kondansatör yok oldu, indüklenen gerilimin bir parçası trafonun sekonder R genelinde düşeceği 2 tamamen transistörün girişine gitmek yerine.
CE yapılandırılmış transistörü 180 içerir de o faz kayması, bir 180 o faz kayması 360 yapan transformatör ile sağlanan o giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki faz kayması. Aşağıdaki devre şeması, ayarlanmış bir kolektör devresinin düzenini gösterir.
Operasyon
Besleme verildiğinde, kolektör akımı artmaya başlar ve kapasitör C'nin şarjı gerçekleşir. Kondansatör tam olarak şarj olduğunda, endüktans L 1 ile deşarj olur . Şimdi salınımlar üretiliyor. Bu salınımlar, ikincil sargı L 2'de bir miktar gerilime neden olur . İkincil sargıda indüklenen voltajın frekansı, tank devresininki ile aynıdır ve büyüklüğü, ikincil sargıdaki dönüşlerin sayısına ve her iki sargı arasındaki bağlantıya bağlıdır.
L 2 üzerindeki voltaj , taban ve yayıcı arasına uygulanır ve kollektör devresinde yükseltilmiş biçimde görünür, böylece tank devresindeki kayıpların üstesinden gelir. L 2'nin dönüş sayısı ve L 1 ve L 2 arasındaki bağlantı öyle ayarlanır ki, L 2 boyunca salınımlar , tank devresine kayıpları sağlamak için yeterli bir seviyeye yükseltilir.
Ayarlanmış kollektör osilatörleri, local oscillator radyo alıcılarında.
Ayarlı Baz Osilatör
Ayarlanmış taban osilatörleri buna denir, çünkü ayarlanmış devre, transistör amplifikatörünün tabanına yerleştirilir. KombinasyonuL ve C ayarlanmış devreyi veya frekans belirleme devresini oluşturur.
İnşaat
R 1 , R 2 ve R E dirençleri , transistöre dc öngerilimi sağlamak için kullanılır. R paralel kombinasyonu e ve C e yayıcı devresinde dengeleyici devredir. C C , engelleme kapasitördür. C E ve C kondansatörleri by-pass kapasitörleridir. Birincil bobin L ve RF transformatörünün ikincil bobini L 1 , kolektör ve temel devrelerine gerekli geri bildirimi sağlar.
CE yapılandırılmış transistörü 180 içerir de o faz kayması, bir 180 o faz kayması 360 yapan transformatör ile sağlanan o giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki faz kayması. Aşağıdaki devre şeması, ayarlanmış bir temel osilatör devresinin düzenini göstermektedir.
Operasyon
Devre açıldığında kollektör akımı yükselmeye başlar. Kollektör L 1 bobinine bağlandığından , bu akım etrafında bir miktar manyetik alan oluşturur. Bu, ayarlanmış devre bobini L'de bir voltajı indükler. Geri besleme voltajı, emiter baz voltajında ve baz akımında bir artış üretir. Böylece kollektör akımında daha fazla artış elde edilir ve döngü kollektör akımı doyana kadar devam eder. Bu arada kondansatör tam dolu.
Kolektör akımı doyma seviyesine ulaştığında, L'de geri besleme gerilimi yoktur. Kapasitör tam olarak şarj edildiğinde, L üzerinden deşarj olmaya başlar. Bu, emitör baz eğilimini ve dolayısıyla I B'yi ve kolektör akımı da azalır. Kollektör akımı kesme noktasına ulaştığında, kapasitör C tam ters polarite ile şarj edilir. Transistör şimdi çıkarken, kondansatör C L yoluyla deşarj olmaya başlar. Bu, yayıcı-baz önyargısını artırır. Sonuç olarak, kollektör akımı artar.
Yeterli enerji sağlandığı sürece döngü tekrar eder. meet the lossesLC devresinde. Salınım frekansı, LC devresinin rezonans frekansına eşittir.
Dezavantaj
Ana drawbackayarlı baz osilatör devresinin bir parçası, ayarlı devre ile şöntte görünen düşük baz yayıcı direnci nedeniyle tank devresinin yüklenmesidir. Bu, Q değerini düşürür ve bu da osilatör frekansında kaymaya neden olur. Böylece istikrar zayıflar. Bu nedenle, ayarlanmış devrenot genelde connected in base devre.
Çok popüler local oscillator en çok kullanılan devre radio receivers ... Hartley Oscillatordevre. Bir Hartley osilatörünün yapısal detayları ve çalışması aşağıda tartışıldığı gibidir.
İnşaat
Aşağıda gösterilen bir Hartley osilatör devresi diyagramda, dirençler R 1 , R ' 2 ve R , e devresi için gerekli ön gerilim durumunu sağlar. Kapasitör C , e ve böylece herhangi bir sinyal dejenerasyonu sağlayan AC zemini sağlar. Bu aynı zamanda sıcaklık stabilizasyonu sağlar.
Kapasitörler Cı C ve C b dc engellemek için ve bir ac yolu temin etmek için kullanılır. Radyo frekansı bobini (RFC), yüksek frekanslı akımlara çok yüksek empedans sunar, bu da dc için kısa devre yaptığı ve ac için açıldığı anlamına gelir, bu nedenle toplayıcı için dc yükü sağlar ve ac akımlarını dc besleme kaynağından uzak tutar
Tank Devresi
Frekans belirleyen ağ endüktans L oluşan bir paralel rezonans devre 1 ve L, 2 değişken kondansatör C L birleşme ile birlikte 1 ve L 2 topraklanır. Bobını 1 onun bir Cı ile tabana bağlı ucu c ve vericisi ile Cı diğer e . Yani, L 2 çıkış devresindedir. Hem L 1 hem de L 2 bobinleri endüktif olarak bağlanmıştır ve birlikte birAuto-transformer.
Aşağıdaki devre şeması, bir Hartley osilatörünün düzenini göstermektedir. Tank devresishunt fedbu devrede. Ayrıca birseries-fed.
Operasyon
Kollektör beslemesi verildiğinde, salınımlı veya tank devresinde geçici bir akım üretilir. Tank devresindeki salınım akımı, L 1 boyunca ac voltajı üretir .
auto-transformerL 1 ve L 2'nin endüktif kuplajı ile yapılan , frekansın belirlenmesine yardımcı olur ve geri bildirimi oluşturur. CE yapılandırılmış transistörü 180 içerir de o faz kayması, bir 180 o faz kayması 360 yapan transformatör ile sağlanan o giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki faz kayması.
Bu, salınımların durumu için gerekli olan geri bildirimi pozitif yapar. Ne zamanloop gain |βA| of the amplifier is greater than onedevrede salınımlar devam ediyor.
Sıklık
Denklemi frequency of Hartley oscillator olarak verilir
$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L_T C}}$$
$$L_T = L_1 + L_2 + 2M$$
Buraya, LT toplam kümülatif olarak bağlı endüktanstır; L1 ve L21 endüktanslar temsil st ve 2 nd bobinler; veM karşılıklı endüktansı temsil eder.
Mutual inductance iki sargı dikkate alındığında hesaplanır.
Avantajlar
Hartley osilatörünün avantajları
Büyük bir transformatör kullanmak yerine, otomatik transformatör olarak tek bir bobin kullanılabilir.
Frekans, değişken bir kapasitör veya değişken bir indüktör kullanılarak değiştirilebilir.
Daha az sayıda bileşen yeterlidir.
Çıkışın genliği, sabit bir frekans aralığında sabit kalır.
Dezavantajları
Hartley osilatörünün dezavantajları şunlardır:
- Düşük frekanslı bir osilatör olamaz.
- Harmonik bozulmalar var.
Uygulamalar
Hartley osilatörünün uygulamaları
- İstenilen frekansta bir sinüs dalgası üretmek için kullanılır.
- Çoğunlukla radyo alıcılarında yerel osilatör olarak kullanılır.
- Aynı zamanda RF Osilatörü olarak da kullanılmaktadır.
Bir Colpitts osilatörü, Hartley osilatörüne benzer, ancak indüktörler ve kapasitörler, tank devresinde birbirleriyle değiştirilir. Bir colpitts osilatörünün yapısal detayları ve çalışması aşağıda tartışıldığı gibidir.
İnşaat
Önce bir Colpitts osilatörünün devre şemasına bir göz atalım.
Dirençleri R 1 , R ' 2 ve R' e devresi temin gerekli ön gerilim durumunu. Kapasitör C , e ve böylece herhangi bir sinyal dejenerasyonu sağlayan AC zemini sağlar. Bu aynı zamanda sıcaklık stabilizasyonu sağlar.
Kapasitörler Cı C ve C b dc engellemek için ve bir ac yolu temin etmek için kullanılır. Radyo frekansı bobini (RFC), yüksek frekanslı akımlara çok yüksek empedans sunar, bu da dc için kısa devre yaptığı ve ac için açıldığı anlamına gelir. Bu nedenle, toplayıcı için dc yükü sağlar ve ac akımlarını dc besleme kaynağından uzak tutar.
Tank Devresi
Frekans belirleyen ağ Cı değişken kondansatörlerin oluşan bir paralel rezonans devre 1 ve C 2 bir indüktör L. C birleşme ile birlikte 1 ve C 2 topraklanır. Kapasitör C 1 onun bir Cı ile tabana bağlı ucu c ve vericisi ile Cı diğer e . C 1 boyunca geliştirilen voltaj , sürekli salınımlar için gereken rejeneratif geri bildirimi sağlar.
Operasyon
Kollektör beslemesi verildiğinde, salınımlı veya tank devresinde geçici bir akım üretilir. Tank devresinin içinde titreşimli akım C üzerindeki AC voltajı üreten 1 taban yayıcı birleşme uygulandı ve tank devresinin toplayıcı devre ve üretim kayıpları olarak yükseltilmiş bir biçimde görünür.
Terminal 1 herhangi bir anda terminal 3'e göre pozitif potansiyelde ise, terminal 2 o anda 3'e göre negatif potansiyelde olacaktır çünkü terminal 3 topraklanmıştır. Bu nedenle, 1. ve 2. noktalar 180 derece faz dışıdır .
CE konfigürasyonlu transistör 180 o faz kayması sağladığı için giriş ve çıkış gerilimleri arasında 360 o faz kayması yapar . Bu nedenle, sürekli Sönümsüz salınımlar üretmek için geri bildirim uygun şekilde aşamalandırılır. Ne zamanloop gain |βA| of the amplifier is greater than one, oscillations are sustained devrede.
Sıklık
Denklemi frequency of Colpitts oscillator olarak verilir
$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC_T}}$$
C T , seri olarak bağlanmış C 1 ve C 2'nin toplam kapasitansıdır .
$$\frac{1}{C_T} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}$$
$$C_T = \frac{C_1 \times C_2}{C_1 + C_2}$$
Avantajlar
Colpitts osilatörünün avantajları aşağıdaki gibidir -
- Colpitts osilatörü çok yüksek frekanslarda sinüzoidal sinyaller üretebilir.
- Yüksek ve düşük sıcaklıklara dayanabilir.
- Frekans kararlılığı yüksektir.
- Frekans, her iki değişken kapasitör kullanılarak değiştirilebilir.
- Daha az sayıda bileşen yeterlidir.
- Çıkışın genliği, sabit bir frekans aralığında sabit kalır.
Colpitts osilatörü, Hartley osilatörünün dezavantajlarını ortadan kaldırmak için tasarlanmıştır ve belirli dezavantajları olmadığı bilinmektedir. Bu nedenle, bir colpitts osilatörünün birçok uygulaması vardır.
Uygulamalar
Colpitts osilatörünün uygulamaları aşağıdaki gibidir -
- Colpitts osilatörü, Yüksek frekanslı sinüs dalgası üreteci olarak kullanılabilir.
- Bu, bazı ilişkili devrelerle bir sıcaklık sensörü olarak kullanılabilir.
- Çoğunlukla radyo alıcılarında yerel osilatör olarak kullanılır.
- Aynı zamanda RF Osilatörü olarak da kullanılmaktadır.
- Mobil uygulamalarda da kullanılmaktadır.
- Diğer birçok ticari uygulamaya sahiptir.
Colpitts osilatörünün gelişmiş bir versiyonu olan diğer bir osilatör, Clapp Oscillator. Bu devre, Colpitts osilatöründe birkaç değişiklik yapılarak tasarlanmıştır.
Devre, Colpitts osilatöründen yalnızca bir açıdan farklılık gösterir; Bu bir ek kondansatör (Cı içeren 3 indüktörle seri bağlanmış). Kondansatör (Cı eklenmesi 3 ) frekans stabilite sağlar ve transistör parametreleri ve kaçak kapasitelere etkisini ortadan kaldırır.
Aşağıdaki devre şeması, bir transistor Clapp oscillator.
Clapp osilatör devresinin çalışması, Colpitts osilatörünki ile aynıdır. Osilatörün frekansı ilişki ile verilir,
$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L.C}}$$
Nerede
$$C = \frac{1}{\frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3}}$$
Genellikle değeri C3 daha küçük C1 ve C2. Bunun sonucu olarak,C yaklaşık olarak eşittir C3. Bu nedenle salınım frekansı,
$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L.C_3}}$$
Clapp osilatörünün Colpitts osilatörüne benzer olduğu, ancak indüktansların ve kapasitansların düzenlenme biçiminde farklılık gösterdikleri anlaşılmaktadır. Frekans kararlılığı iyi olsa da, bir Clapp osilatöründe değişken olabilir.
Değişken bir frekans osilatörü oluşturmak için bazen bir Colpitts osilatörüne göre bir Clapp osilatörü tercih edilir. Clapp osilatörleri, alıcı ayarlama devrelerinde bir frekans osilatörü olarak kullanılır.
Bir osilatörün önemli özelliklerinden biri, uygulanan geri besleme enerjisinin tank devresine doğru fazda olması gerektiğidir. Şimdiye kadar tartışılan osilatör devreleri, tank devresinde veya frekans belirleme devresinde indüktör (L) ve kapasitör (C) kombinasyonu kullanmıştır.
Bu osilatörler LC kombinasyonu 180 temin ettiği gözlenmiştir O 360 bir toplam yapmak 180 ° faz kayması temin CE konfigürasyonunda faz kayması ve transistör o o fazda sıfır fark böylece faz kayması.
LC devrelerinin dezavantajları
Çok az uygulamaları olmasına rağmen, LC devrelerde çok az var drawbacks gibi
- Frekans kararsızlığı
- Dalga formu zayıf
- Düşük frekanslar için kullanılamaz
- İndüktörler hantal ve pahalıdır
İndüktörleri dirençlerle değiştirerek yapılan başka bir tür osilatör devrelerimiz var. Bunu yaparak, frekans kararlılığı geliştirilir ve iyi kalitede bir dalga formu elde edilir. Bu osilatörler ayrıca daha düşük frekanslar da üretebilir. Ayrıca devre ne hantal ne de pahalı hale gelir.
Tüm dezavantajları LC osilatör devreleri böylece ortadan kaldırılır RCosilatör devreleri. Bu nedenle RC osilatör devrelerine olan ihtiyaç ortaya çıkmaktadır. Bunlar aynı zamandaPhase–shift Oscillators.
Faz kaydırmalı osilatörlerin prensibi
Bir sinüs dalgası girişi için bir RC devresinin çıkış voltajının giriş voltajına yol açtığını biliyoruz. Yönlendirdiği faz açısı, devrede kullanılan RC bileşenlerinin değeri ile belirlenir. Aşağıdaki devre şeması, bir RC ağının tek bir bölümünü göstermektedir.
Direnç R boyunca çıkış voltajı V 1 ', giriş voltajı uygulanan V 1 girişini bir faz açısı 0 ile yönlendirir . R sıfıra düşürülürse, V 1 'V 1'e 90 o, yani ɸ o = 90 o yol açar .
Bununla birlikte, R'yi sıfıra ayarlamak pratik olmayacaktır, çünkü bu, R boyunca gerilime yol açmayacaktır. Bu nedenle, pratikte, R, V 1'i V 1'e 60 o kadar yönlendiren bir değere değiştirilir . Aşağıdaki devre şeması, RC ağının üç bölümünü gösterir.
Her bölüm 60 'lik bir faz kayması meydana o . Sonuç olarak, 180 toplam faz kayması o , yani, gerilim v üretilir 2 potansiyel gerilimi V 1 180 o .
Faz kaydırmalı Osilatör Devresi
Faz kaydırmalı bir ağ kullanarak sinüs dalgası üreten osilatör devresine Faz kaydırmalı osilatör devresi adı verilir. Bir faz kaydırmalı osilatör devresinin yapısal detayları ve çalışması aşağıda verilmiştir.
İnşaat
Faz kaydırmalı osilatör devresi, tek bir transistör amplifikatör bölümü ve bir RC faz kaydırma ağından oluşur. Bu devredeki faz kaydırma ağı, üç RC bölümünden oluşur. Rezonans frekansı f o'da , her RC bölümündeki faz kayması 60 o'dur, böylece RC ağı tarafından üretilen toplam faz kayması 180 o'dur .
Aşağıdaki devre şeması, bir RC faz kaydırmalı osilatörün düzenini göstermektedir.
Salınımların sıklığı şu şekilde verilmiştir:
$$f_o = \frac{1}{2\pi RC \sqrt{6}}$$
Nerede
$$R_1 = R_2 = R_3 = R$$
$$C_1 = C_2 = C_3 = C$$
Operasyon
Devre olduğunda rezonans frekansında F salınır AÇIK o . Amplifikatörün E o çıkışı , RC geri besleme ağına geri beslenir. Bu ağ, 180 'lik bir faz kayması meydana o ve bir voltaj E I çıkışında görünür. Bu voltaj, transistör yükselticisine uygulanır.
Uygulanan geri bildirim,
$$m = E_i/E_o$$
Geri besleme doğru fazdadır, oysa CE konfigürasyonundaki transistör amplifikatörü 180 o faz kayması üretir . Ağ ve transistör ekleme tarafından üretilen faz kayması 360 tüm döngü etrafında bir faz kayması meydana getirmek üzere o .
Avantajlar
RC faz kaydırmalı osilatörün avantajları aşağıdaki gibidir -
- Transformatör veya indüktör gerektirmez.
- Çok düşük frekanslar üretmek için kullanılabilir.
- Devre, iyi bir frekans kararlılığı sağlar.
Dezavantajları
RC faz kaydırmalı osilatörün dezavantajları aşağıdaki gibidir -
- Geri bildirim küçük olduğu için salınımları başlatmak zordur.
- Üretilen çıktı azdır.
Bir başka popüler ses frekansı osilatörü türü, Wien köprüsü osilatör devresidir. Bu çoğunlukla önemli özelliklerinden dolayı kullanılır. Bu devre,circuit fluctuations ve ambient temperature.
Bu osilatörün ana avantajı, frekansın 10Hz ila yaklaşık 1MHz aralığında değişebilmesi, RC osilatörlerinde ise frekansın değişmemesidir.
İnşaat
Wien köprülü osilatörün devre yapısı aşağıdaki gibi açıklanabilir. RC köprü devresine sahip iki aşamalı bir amplifikatördür. Köprü devresinde R 1 C 1 , R 3 , R 2 C 2 kolları ve L p tungsten lambası vardır . Direnç R 3 ve lamba L p , çıkışın genliğini stabilize etmek için kullanılır.
Aşağıdaki devre şeması, bir Wien köprü osilatörünün düzenini göstermektedir.
Transistör T 1 bir osilatör ve bir amplifikatör görevi görürken, diğer transistör T 2 bir invertör görevi görür. İnvertör çalışması 180 o'luk bir faz kayması sağlar . Bu devre, R 1 C 1 , C 2 R 2 aracılığıyla transistöre T 1 pozitif geri besleme ve gerilim bölücü aracılığıyla T 2 transistörünün girişine negatif geri besleme sağlar .
Salınımların frekansı köprünün seri elemanı R 1 C 1 ve paralel elemanı R 2 C 2 tarafından belirlenir.
$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{R_1C_1R_2C_2}}$$
R 1 = R 2 ve C 1 = C 2 = C ise
Sonra,
$$f = \frac{1}{2\pi RC}$$
Şimdi, yukarıdaki devreyi aşağıdaki gibi basitleştirebiliriz -
Osilatör, RC bağlı amplifikatörün iki aşamasından ve bir geri besleme ağından oluşur. R ve C'nin paralel kombinasyonundaki voltaj, amplifikatör 1'in girişine beslenir. İki amplifikatör boyunca net faz kayması sıfırdır.
Osilatör için sinyal rejenerasyonu sağlamak için amplifikatör 2'nin çıkışını amplifikatöre 1 bağlama genel fikri burada uygulanamaz, çünkü amplifikatör 1 sinyalleri geniş bir frekans aralığı üzerinde yükseltir ve bu nedenle doğrudan bağlantı zayıf frekans kararlılığına neden olur. Wien köprüsü geri besleme ağı eklenerek, osilatör belirli bir frekansa duyarlı hale gelir ve bu nedenle frekans kararlılığı sağlanır.
Operasyon
Devre AÇIK duruma getirildiğinde, köprü devresi yukarıda belirtilen frekansın salınımlarını üretir. İki transistor 360 toplam faz kaymasını üretmek O olduğu, uygun pozitif geri besleme sağlayacak bir şekilde. Devredeki negatif geri besleme, sabit çıktı sağlar. Bu, sıcaklığa duyarlı tungsten lamba L p ile elde edilir . Akımla direnci artar.
Çıkışın genliği artarsa, daha fazla akım üretilir ve daha fazla negatif geri besleme elde edilir. Bundan dolayı çıktı orijinal değere geri dönecektir. Oysa çıktı düşme eğilimindeyse, tersi bir eylem gerçekleşecektir.
Avantajlar
Wien köprü osilatörünün avantajları aşağıdaki gibidir -
Devre, iyi bir frekans kararlılığı sağlar.
Sabit çıktı sağlar.
Devrenin çalışması oldukça kolaydır.
İki transistör nedeniyle genel kazanç yüksektir.
Salınımların frekansı kolaylıkla değiştirilebilir.
Çıkış voltajının genlik kararlılığı, R 2'yi bir termistör ile değiştirerek daha doğru bir şekilde korunabilir .
Dezavantajları
Wien köprü osilatörünün dezavantajları aşağıdaki gibidir -
Devre çok yüksek frekanslar üretemez.
Devre yapımı için iki transistör ve bileşen sayısı gereklidir.
Bir osilatör sürekli çalışma altında olduğunda, frequency stabilityetkilenir. Sıklığında değişiklikler oluyor. Bir osilatörün frekansını etkileyen ana faktörler şunlardır:
- Güç kaynağı varyasyonları
- Sıcaklıktaki değişiklikler
- Yük veya çıkış direncindeki değişiklikler
RC ve LC osilatörlerinde direnç, kapasitans ve endüktans değerleri sıcaklığa göre değişir ve bu nedenle frekans etkilenir. Bu sorunu önlemek için osilatörlerde piezo elektrik kristalleri kullanılmaktadır.
Paralel rezonans devrelerinde piezo elektrik kristallerinin kullanılması, osilatörlerde yüksek frekans kararlılığı sağlar. Bu tür osilatörler şöyle adlandırılırCrystal Oscillators.
Kristal Osilatörler
Kristal osilatörlerin prensibi şunlara bağlıdır: Piezo electric effect. Bir kristalin doğal şekli altıgendir. Bir kristal gofret X eksenine dik açı yaptığında X-kesim, Y ekseni boyunca kesildiğinde ise Y-kesim olarak adlandırılır.
Kristal osilatörde kullanılan kristal, Piezo elektrik özelliği olarak adlandırılan bir özellik sergiler. Öyleyse piezo elektrik etkisi hakkında bir fikir edelim.
Piezo Elektrik Etkisi
Kristal, kristalin yüzlerinden birine mekanik bir gerilim uygulandığında, kristalin zıt yüzlerinde potansiyel bir fark oluşması özelliğini sergiler. Tersine, yüzlerden birine potansiyel bir fark uygulandığında, diğer yüzler boyunca mekanik bir gerilim üretilir. Bu olarak bilinirPiezo electric effect.
Rochelle tuzu, kuvars ve turmalin gibi belirli kristal malzemeler piezo elektrik etkisi sergiler ve bu tür malzemeler olarak adlandırılır. Piezo electric crystals. Kuvars, pahalı olmadığı ve doğada kolayca bulunabileceği için en yaygın kullanılan piezo elektrik kristalidir.
Bir piezo elektrik kristali uygun bir alternatif potansiyele maruz kaldığında, mekanik olarak titreşir. Mekanik titreşimlerin genliği, alternatif voltajın frekansı kristalin doğal frekansına eşit olduğunda maksimum hale gelir.
Kuvars Kristalinin Çalışması
Bir elektronik devrede bir kristalin çalışması için, kristal bir kapasitör şeklinde iki metal plaka arasına yerleştirilir. QuartzBulunabilirliği ve güçlü doğası nedeniyle ucuz olmakla birlikte en çok kullanılan kristal türüdür. Ac voltajı kristale paralel olarak uygulanır.
Bir Kuvars Kristalinin devre düzeni aşağıda gösterildiği gibi olacaktır -
Bir AC voltajı uygulanırsa, kristal uygulanan voltajın frekansında titreşmeye başlar. Ancak uygulanan gerilimin frekansı kristalin doğal frekansına eşit yapılırsa,resonancegerçekleşir ve kristal titreşimleri maksimum değere ulaşır. Bu doğal frekans neredeyse sabittir.
Bir Kristalin Eşdeğer Devresi
Kristali eşdeğer bir elektrik devresiyle temsil etmeye çalışırsak, iki durumu göz önünde bulundurmalıyız, yani ne zaman titreşip ne zaman titreşmez. Aşağıdaki şekiller, sırasıyla bir kristalin sembolünü ve elektriksel eşdeğer devresini temsil etmektedir.
Yukarıdaki eşdeğer devre bir kapasite Cı paralel bir seri RLC devre oluşur m . Kristal titreşmiyor AC kaynağına karşı monte edildiği zaman, bu kapasite Cı eşdeğerdir m . Kristal titreştiğinde, ayarlanmış bir RLC devresi gibi davranır.
Frekans tepkisi
Bir kristalin frekans tepkisi aşağıda gösterildiği gibidir. Grafik, reaktansı (X L veya X C ) frekansa (f) karşı gösterir. Kristalin birbirine yakın iki rezonans frekansına sahip olduğu açıktır.
İlki , endüktansın (L) reaktansı C'nin reaktansına eşit olduğunda ortaya çıkan seri rezonans frekansıdır (f s ). Bu durumda eşdeğer devrenin empedansı R direncine eşittir ve salınım frekansı ilişki ile verilir,
$$f = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C}}$$
İkincisi (f paralel rezonans frekansıdır p RLC dalının reaktans Kapasitör C reaktansına eşit olduğu zaman meydana gelir), m . Bu frekansta, kristal dış devreye çok yüksek bir empedans sunar ve salınım frekansı ilişki ile verilir.
$$f_p = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C_T}}$$
Nerede
$$C_T = \frac{C C_m}{(C + C_m)}$$
Cı-değeri m C'ye kıyasla Bu nedenle, C değeri genellikle çok büyük T (yani, f paralel rezonans frekansına eşit yaklaşık C'ye eşit ve dolayısıyla seri rezonans frekansı yaklaşık s , f = p ).
Kristal Osilatör Devresi
Bir kristal osilatör devresi, bir Kristal kontrollü ayarlı toplayıcı osilatörü, bir Colpitts kristal osilatörü, bir Clap kristal osilatörü vb. Gibi çeşitli şekillerde inşa edilebilir. transistor pierce crystal oscillatoren yaygın kullanılanıdır. Bu, normalde bir kristal osilatör devresi olarak adlandırılan devredir.
Aşağıdaki devre şeması, bir transistör delme kristal osilatörünün düzenini gösterir.
Bu devrede kristal, kollektörden tabana geri bildirim yolunda seri bir eleman olarak bağlanır. Dirençler R 1 , R 2 ve R E , voltaj bölücü stabilize bir dc öngerilim devresi sağlar. C E kondansatörü , verici direncinin ac baypasını sağlar ve RFC (radyo frekansı bobini) bobini, güç hatlarındaki herhangi bir ac sinyalinin çıkış sinyalini etkilemesini keserken dc öngerilimi sağlar. Bağlantı kondansatörü C, devre çalışma frekansında ihmal edilebilir empedansa sahiptir. Ancak toplayıcı ile taban arasındaki herhangi bir dc'yi engeller.
Salınımın devre frekansı, kristalin seri rezonans frekansı ile belirlenir ve değeri ilişki ile verilir,
$$f_o = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C}}$$
Besleme voltajındaki, transistör cihaz parametrelerindeki vb. Değişikliklerin, kristal tarafından stabilize edilmiş tutulan devre çalışma frekansı üzerinde hiçbir etkiye sahip olmadığı not edilebilir.
Avantajlar
Kristal osilatörün avantajları aşağıdaki gibidir -
- Yüksek frekans kararlılığına sahiptirler.
- Kristalin kalite faktörü (Q) çok yüksektir.
Dezavantajları
Kristal osilatörün dezavantajları aşağıdaki gibidir -
- Kırılgandırlar ve düşük güç devrelerinde kullanılabilirler.
- Salınımların frekansı önemli ölçüde değiştirilemez.
Osilatörün Frekans Kararlılığı
Devre çalışması için daha düzgün net bir sinüs dalgası çıktısına sahip olmak için, bir Osilatörün herhangi bir değişiklik olmaksızın frekansını daha uzun süre muhafaza etmesi beklenir. Bu nedenle, frekans kararlılığı terimi, ister sinüzoidal ister sinüzoidal olmayan osilatörler söz konusu olduğunda gerçekten çok önemlidir.
Bir osilatörün frekans kararlılığı, osilatörün mümkün olduğu kadar uzun bir zaman aralığı boyunca gerekli frekansı sabit tutma yeteneği olarak tanımlanır. Bu frekans kararlılığını etkileyen faktörleri tartışmaya çalışalım.
Çalışma noktasında değişiklik
Transistör parametreleriyle zaten karşılaştık ve bir çalışma noktasının ne kadar önemli olduğunu öğrendik. Amplifikasyon devresinde (BJT veya FET) kullanılan transistör için bu çalışma noktasının kararlılığı daha fazla dikkate alınmaktadır.
Kullanılan aktif cihazın çalışması, özelliklerinin doğrusal kısmında olacak şekilde ayarlanır. Bu nokta, sıcaklık değişimlerinden dolayı değişir ve dolayısıyla stabilite etkilenir.
Sıcaklık değişimi
Osilatör devresindeki tank devresi, dirençler, kapasitörler ve indüktörler gibi çeşitli frekans belirleme bileşenleri içerir. Tüm parametreleri sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklıktaki değişim nedeniyle değerleri etkilenir. Bu, osilatör devresinin frekansındaki değişikliği getirir.
Güç kaynağı nedeniyle
Sağlanan güçteki değişiklikler de frekansı etkileyecektir. Güç kaynağı değişiklikleri, V cc'de değişikliklere yol açar . Bu, üretilen salınımların sıklığını etkileyecektir.
Bunu önlemek için, düzenlenmiş güç kaynağı sistemi uygulanmaktadır. Bu kısaca RPS olarak adlandırılır. Düzenlenmiş güç kaynağının ayrıntıları, ELEKTRONİK DEVRELER eğitiminin güç kaynağı bölümünde açıkça tartışılmıştır.
Çıkış yükünde değişiklik
Çıkış direncindeki veya çıkış yükündeki değişiklikler osilatörün frekansını da etkiler. Bir yük bağlandığında, tank devresinin etkin direnci değişir. Sonuç olarak, LC ayarlı devrenin Q faktörü değiştirilir. Bu, osilatörün çıkış frekansında bir değişikliğe neden olur.
Elemanlar arası kapasitanslardaki değişiklikler
Elementler arası kapasitanslar, diyotlar ve transistörler gibi PN bağlantı malzemelerinde gelişen kapasitanslardır. Bunlar, operasyonları sırasında içlerinde bulunan yük nedeniyle geliştirilmiştir.
Ara eleman kapasitörleri, sıcaklık, voltaj, vb. Gibi çeşitli nedenlerden dolayı değişime uğrar. Bu sorun, sorun yaratan elemanlar arası kapasitör boyunca batırma kapasitörünü bağlayarak çözülebilir.
Q Değeri
Osilatörlerde Q (Kalite faktörü) değeri yüksek olmalıdır. Ayarlanmış osilatörlerde Q'nun değeri seçiciliği belirler. Bu Q, ayarlanmış bir devrenin frekans kararlılığı ile doğru orantılı olduğundan, Q'nun değeri yüksek tutulmalıdır.
Frekans kararlılığı matematiksel olarak şu şekilde temsil edilebilir:
$$S_w = d\theta/dw$$
Dθ, nominal frekansta f r küçük bir frekans değişikliği için ortaya çıkan faz kaymasıdır . Daha büyük (dθ / dw) değeri veren devre daha kararlı salınım frekansına sahiptir.
Negatif direnç özelliği üzerinde çalışan bir osilatör, Negatif direnç osilatörü olarak adlandırılabilir. Dönemnegative resistanceİki nokta boyunca voltajdaki bir artışın akımda bir azalmaya neden olduğu bir durumu ifade eder. Doğrusal olmayan cihazların bazıları, belirli koşullar altında negatif direnç özelliği sergiler.
Negatif Direnç Özelliği
Negatif direnç özelliği sergileyen doğrusal olmayan bir cihaza voltaj uygulandığında davranışı gözlemleyelim. Bu özelliği anlamak için, voltaj ve akımdaki değişimleri bulmak için aşağıdaki grafiği inceleyelim.
İleri voltaj arttıkça akım hızla artar ve bir tepe noktasına kadar artar. Peak Currentile gösterilir IP. Bu noktadaki gerilimePeak Voltageile gösterilir VP. Bu nokta ile gösterilirAyukarıdaki grafikte. NoktaA denir Peak Point.
Voltaj daha da artarsa VP, sonra akım azalmaya başlar. Olarak adlandırılan bir noktaya kadar azalırValley Currentile gösterilir IV. Bu noktadaki gerilimeValley Voltageile gösterilir VV. Bu nokta ile gösterilirByukarıdaki grafikte. NoktaB denir Valley Point.
Dolayısıyla nokta arasındaki bölge A ve nokta B gösterir Negative resistance region. Vadi noktasına ulaşıldığında ve voltaj daha da artarsa, akım artmaya başlar. Bu, negatif direnç bölgesinin sona erdiği ve cihazın Ohm yasasına göre normal davrandığı anlamına gelir. Bu bölgePositive Resistance regionnokta ile gösterilen B işaret etmek C grafikte.
Çok az osilatör, operasyonları sırasında negatif direnç özelliği sergiler. Tek bağlantılı osilatör, negatif direnç özelliği sergileyen sinüzoidal olmayan bir osilatörün (çıktı olarak süpürme dalga formu üretir) en iyi örneğidir; Tünel diyot osilatörü ise negatif direnç özelliği sergileyen sinüzoidal bir osilatörün en iyi örneğidir.
Bu eğitimin bir sonraki bölümünde, Tünel diyot osilatörleri hakkında daha fazla tartışacağız.
Tünel diyot kullanılarak inşa edilen osilatör devresine Tünel diyot osilatörü denir. Normal bir PN bağlantısının safsızlık konsantrasyonu yüksek oranda artarsa, buTunnel diodeoluşturulmuş. Olarak da bilinirEsaki diode, mucidinden sonra.
Tünel Diyot
Bir diyottaki safsızlık konsantrasyonu arttığında, tükenme bölgesinin genişliği azalır ve bağlantı noktasından geçmek için yük taşıyıcılarına bir miktar ekstra kuvvet uygular. Bu konsantrasyon daha da arttığında, tükenme bölgesinin daha az genişliği ve yük taşıyıcılarının artan enerjisi nedeniyle, üzerinden tırmanmak yerine potansiyel bariyerden geçerler. Bu penetrasyon şu şekilde anlaşılabilir:Tunneling ve dolayısıyla adı Tunnel diode.
Aşağıdaki görüntü, pratik bir tünel diyotunun nasıl göründüğünü göstermektedir.
Tünel diyotunun sembolleri aşağıda gösterildiği gibidir.
Tünel diyotlarıyla ilgili daha fazla ayrıntı için lütfen Temel Elektronik eğitimimize bakın .
Tünel Diyot Osilatörü
Tünel diyotu, yaklaşık 10 GHz'lik çok yüksek frekanslı bir sinyal üretmeye yardımcı olur. Pratik bir tünel diyot devresi, bir tünel diyot D aracılığıyla bir tank devresine bağlanan bir anahtar S, bir direnç R ve bir besleme kaynağı V'den oluşabilir.
Çalışma
Seçilen direncin değeri, negatif direnç bölgesinin ortasındaki tünel diyotunu önyargılı olacak şekilde olmalıdır. Aşağıdaki şekil pratik tünel diyot osilatör devresini göstermektedir.
Bu devrede, direnç R 1 , diyot için uygun öngerilimi ayarlar ve direnç R 2 , tank devresi için uygun akım seviyesini ayarlar. R direnci paralel kombinasyonu s L endüktansı ve kapasitör bir tank devresi, seçilmiş bir frekansta rezonans meydana C.
S anahtarı kapatıldığında, devre akımı, değeri direnç R değeri ve diyot direnci ile belirlenen sabit değere hemen yükselir. Tünel diyot V voltaj düşüşü Ancak, D tepe noktası gerilimi V aşan p , tünel diyot negatif direnç bölgesi içine sürülür.
Bu bölgede, akım V D , vadi noktası voltajı V v'ye eşit olana kadar azalmaya başlar . Bu noktada, V D gerilimindeki bir başka artış , diyotu pozitif direnç bölgesine yönlendirir. Bunun bir sonucu olarak, devre akımı artma eğilimindedir. Devredeki bu artış, direnç R boyunca voltaj düşüşünü artıracak ve bu da V D voltajını azaltacaktır .
VI karakteristik eğrisi
Aşağıdaki grafik, bir tünel diyotunun VI özelliklerini göstermektedir -
AB eğrisi, gerilim artarken direnç azaldıkça negatif direnç bölgesini gösterir. Q noktasının AB eğrisinin ortasında ayarlandığı açıktır. Q noktası, devre işlemi sırasında A ve B noktaları arasında hareket edebilir. A noktasına denirpeak point ve B noktasına denir valley point.
Çalışma sırasında, B noktasına ulaştıktan sonra, devre akımındaki artış, direnç R boyunca voltaj düşüşünü artıracak ve bu da V D voltajını azaltacaktır . Bu, diyotu tekrar negatif direnç bölgesine getirir.
Gerilimi V azalma D voltaj V eşittir p ve bu işlem devrini tamamlar. Bu döngülerin devamı, sinüzoidal bir çıktı veren sürekli salınımlar üretir.
Avantajlar
Tünel diyot osilatörünün avantajları aşağıdaki gibidir -
- Yüksek anahtarlama hızlarına sahiptir.
- Yüksek frekansları kaldırabilir.
Dezavantajları
Tünel diyot osilatörünün dezavantajları aşağıdaki gibidir -
- Düşük güçlü cihazlardır.
- Tünel diyotları biraz pahalıdır.
Uygulamalar
Bir tünel diyot osilatörünün uygulamaları aşağıdaki gibidir -
- Gevşeme osilatörlerinde kullanılır.
- Mikrodalga osilatörlerinde kullanılır.
- Ultra yüksek hızlı anahtarlama cihazı olarak da kullanılmaktadır.
- Mantıksal hafıza depolama cihazı olarak kullanılır.
Tüm büyük sinüzoidal osilatör devrelerini kapladıktan sonra, şimdiye kadar bahsedilenler gibi birçok osilatörün var olduğuna dikkat edilmelidir. Sinüs dalga formları üreten osilatörler, tartışıldığı gibi sinüzoidal osilatörlerdir.
Sinüzoidal olmayan dalga formları (dikdörtgen, süpürme, üçgen vb.) Üreten osilatörler, Darbe Devreleri eğitimimizde detaylı olarak tartıştığımız sinüzoidal olmayan osilatörlerdir .