Máy tạo dao động hình sin - Hướng dẫn nhanh

An oscillatortạo ra đầu ra mà không cần bất kỳ tín hiệu đầu vào xoay chiều nào. Dao động điện tử là một mạch biến đổi năng lượng một chiều thành xoay chiều ở tần số rất cao. Bộ khuếch đại có hồi tiếp dương có thể hiểu là bộ tạo dao động.

Bộ khuếch đại so với Bộ tạo dao động

An amplifier tăng cường độ tín hiệu của tín hiệu đầu vào được áp dụng, trong khi oscillatortạo ra một tín hiệu mà không có tín hiệu đầu vào đó, nhưng nó yêu cầu dc cho hoạt động của nó. Đây là sự khác biệt chính giữa bộ khuếch đại và bộ dao động.

Hãy xem hình minh họa sau đây. Nó cho thấy rõ cách một bộ khuếch đại lấy năng lượng từ nguồn điện một chiều và chuyển nó thành năng lượng xoay chiều ở tần số tín hiệu. Một bộ dao động tự tạo ra một tín hiệu xoay chiều dao động.

Tần số, dạng sóng và cường độ của công suất xoay chiều do bộ khuếch đại tạo ra, được điều khiển bởi điện áp tín hiệu xoay chiều đặt tại đầu vào, trong khi đó đối với bộ dao động được điều khiển bởi các thành phần trong mạch, có nghĩa là không cần điện áp điều khiển bên ngoài .

Máy phát điện so với Máy tạo dao động

An alternatorlà một thiết bị cơ học tạo ra sóng hình sin mà không cần bất kỳ đầu vào nào. Máy tạo điện xoay chiều này được sử dụng để tạo ra tần số lên đến 1000Hz. Tần số ra phụ thuộc vào số cực và tốc độ quay của phần ứng.

Những điểm sau đây nêu bật sự khác biệt giữa máy phát điện và máy tạo dao động:

• Một máy phát điện biến đổi năng lượng cơ học thành năng lượng xoay chiều, trong khi bộ dao động biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng xoay chiều.

• Máy tạo dao động có thể tạo ra tần số cao hơn vài MHz trong khi máy phát điện không thể.

• Máy phát điện có các bộ phận quay, trong khi máy tạo dao động điện tử thì không.

• Việc thay đổi tần số dao động ở máy phát dao động dễ hơn máy phát điện xoay chiều.

Bộ tạo dao động cũng có thể được coi là đối lập với bộ chỉnh lưu chuyển đổi ac sang dc vì chúng chuyển đổi dc thành ac Bạn có thể xem mô tả chi tiết về bộ chỉnh lưu trong hướng dẫn Mạch điện tử của chúng tôi .

Phân loại Dao động

Bộ dao động điện tử được phân loại chủ yếu thành hai loại sau:

• Sinusoidal Oscillators - Các bộ dao động tạo ra một đầu ra có dạng sóng sin được gọi là sinusoidal hoặc là harmonic oscillators. Các bộ dao động như vậy có thể cung cấp đầu ra ở tần số khác nhau, từ 20 Hz đến 1 GHz.

• Non-sinusoidal Oscillators - Các bộ dao động tạo ra đầu ra có dạng sóng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình răng cưa được gọi là non-sinusoidal hoặc là relaxation oscillators. Các bộ dao động như vậy có thể cung cấp đầu ra ở tần số từ 0 Hz đến 20 MHz.

Chúng ta sẽ chỉ thảo luận về Bộ dao động hình sin trong hướng dẫn này. Bạn có thể tìm hiểu các chức năng của bộ dao động không hình sin từ hướng dẫn Mạch xung của chúng tôi .

Bộ dao động hình sin

Bộ dao động hình sin có thể được phân loại theo các loại sau:

• Tuned Circuit Oscillators- Các bộ dao động này sử dụng một mạch điều chỉnh bao gồm cuộn cảm (L) và tụ điện (C) và được sử dụng để tạo ra tín hiệu tần số cao. Do đó chúng còn được gọi là bộ tạo dao động tần số vô tuyến RF. Các bộ tạo dao động như vậy là Hartley, Colpitts, Clapp-Oscillators, v.v.

• RC Oscillators- Có các bộ dao động sử dụng điện trở và tụ điện và được sử dụng để tạo ra tín hiệu tần số âm thanh hoặc thấp. Do đó chúng còn được gọi là bộ tạo dao động tần số âm thanh (AF). Các bộ dao động như vậy là bộ dao động dịch chuyển pha và cầu Wein.

• Crystal Oscillators- Các bộ tạo dao động này sử dụng các tinh thể thạch anh và được sử dụng để tạo ra tín hiệu đầu ra có độ ổn định cao với tần số lên đến 10 MHz. Bộ dao động Piezo là một ví dụ về bộ dao động tinh thể.

• Negative-resistance Oscillator- Các bộ dao động này sử dụng đặc tính kháng âm của các thiết bị như thiết bị đường hầm. Bộ dao động điốt được điều chỉnh là một ví dụ của bộ dao động điện trở âm.

Bản chất của dao động hình sin

Bản chất của dao động trong sóng hình sin nói chung có hai loại. họ đangdamped và undamped oscillations.

Dao động giảm xóc

Dao động điện có biên độ giảm dần theo thời gian được gọi là Damped Oscillations. Tần số của các dao động tắt dần có thể không đổi tùy thuộc vào các thông số của mạch.

Dao động giảm âm thường được tạo ra bởi các mạch dao động tạo ra tổn thất điện năng và không bù lại nếu cần.

Dao động không bị cản trở

Dao động điện có biên độ không đổi theo thời gian được gọi là Undamped Oscillations. Tần số của dao động không đổi.

Dao động không bị cản trở thường được tạo ra bởi các mạch dao động không tạo ra tổn thất điện năng và tuân theo các kỹ thuật bù trừ nếu xảy ra bất kỳ tổn thất điện năng nào.

Bộ khuếch đại có phản hồi tích cực tạo ra đầu ra của nó cùng pha với đầu vào và tăng cường độ của tín hiệu. Phản hồi tích cực còn được gọi làdegenerative feedback hoặc là direct feedback. Loại phản hồi này tạo ra một bộ khuếch đại phản hồi, một bộ dao động.

Việc sử dụng phản hồi tích cực dẫn đến bộ khuếch đại phản hồi có độ lợi vòng kín lớn hơn độ lợi vòng hở. Nó dẫn đếninstabilityvà hoạt động như một mạch dao động. Mạch dao động cung cấp tín hiệu đầu ra được khuếch đại thay đổi liên tục của bất kỳ tần số mong muốn nào.

Mạch dao động

Một mạch dao động tạo ra dao động điện có tần số mong muốn. Chúng còn được gọi làtank circuits.

Một mạch điện đơn giản gồm cuộn cảm L và tụ điện C cùng xác định tần số dao động của mạch.

Để hiểu khái niệm về mạch dao động, ta xét đoạn mạch sau đây. Tụ điện trong mạch này đã được sạc bằng nguồn một chiều. Trong tình huống này, bản phía trên của tụ điện bị thừa electron trong khi bản phía dưới bị thiếu electron. Tụ điện giữ một phần năng lượng tĩnh điện và có một hiệu điện thế trên tụ điện.

Khi chuyển đổi Sđược đóng lại, tụ điện phóng điện và dòng điện chạy qua cuộn cảm. Do hiệu ứng cảm ứng, dòng điện tăng chậm dần đến giá trị cực đại. Khi tụ điện phóng điện hoàn toàn thì từ trường xung quanh cuộn dây là cực đại.

Bây giờ, chúng ta hãy chuyển sang giai đoạn tiếp theo. Khi tụ điện được phóng điện hoàn toàn, từ trường bắt đầu sụp đổ và tạo ra bộ đếm EMF theo định luật Lenz. Tụ điện lúc này mang điện tích dương ở bản trên và điện tích âm ở bản dưới.

Khi tụ điện được sạc đầy, nó bắt đầu phóng điện để tạo ra từ trường xung quanh cuộn dây, như thể hiện trong sơ đồ mạch điện sau đây.

Sự tiếp tục sạc và xả này dẫn đến chuyển động luân phiên của các electron hoặc oscillatory current. Sự trao đổi năng lượng giữa L và C tạo raoscillations.

Trong một mạch lý tưởng, nơi không có tổn hao, các dao động sẽ tiếp tục vô thời hạn. Trong một mạch bể thực tế, có những tổn thất xảy ra nhưresistive và radiation losses trong cuộn dây và dielectric lossestrong tụ điện. Những tổn thất này dẫn đến dao động bị hãm.

Tần số dao động

Tần số của dao động tạo ra bởi mạch bể được xác định bởi các thành phần của mạch bể, the L và the C. Tần số thực của dao động làresonant frequency (hoặc tần số riêng) của mạch bể được cho bởi

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

Điện dung của tụ điện

Tần số dao động f _o tỉ lệ nghịch với căn bậc hai của điện dung của tụ điện. Vì vậy, nếu giá trị của tụ điện được sử dụng lớn thì khoảng thời gian sạc và xả sẽ lớn. Do đó tần số sẽ thấp hơn.

Về mặt toán học, tần số,

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

Độ tự cảm của cuộn dây

Tần số của dao động f _o tỉ lệ với căn bậc hai của hệ số tự cảm của cuộn dây. Nếu giá trị của điện cảm lớn thì sự phản đối thay đổi của dòng điện càng lớn và do đó thời gian cần thiết để hoàn thành mỗi chu kỳ sẽ dài hơn, có nghĩa là khoảng thời gian sẽ dài hơn và tần số sẽ thấp hơn.

Về mặt toán học, tần số,

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

Kết hợp cả hai phương trình trên,

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

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

Phương trình trên, mặc dù chỉ ra tần số đầu ra, phù hợp với natural frequency hoặc là resonance frequency của mạch bể.

Mạch tạo dao động là một tập hợp hoàn chỉnh của tất cả các phần của mạch giúp tạo ra dao động. Những dao động này sẽ duy trì và nên được Không bị cản trở như đã thảo luận trước đây. Chúng ta hãy thử phân tích một mạch Dao động thực tế để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của một mạch Dao động.

Mạch dao động thực tế

Một mạch Dao động thực tế bao gồm một mạch bình, một bộ khuếch đại bóng bán dẫn và một mạch phản hồi. Sơ đồ mạch sau đây cho thấy sự sắp xếp của một dao động thực tế.

Bây giờ chúng ta hãy thảo luận về các phần của mạch dao động thực tế này.

• Tank Circuit - Đoạn mạch bình gồm cuộn cảm L mắc song song với tụ điện. C. Giá trị của hai thành phần này xác định tần số của mạch dao động và do đó nó được gọi làFrequency determining circuit.

• Transistor Amplifier- Đầu ra của mạch bình được nối với mạch khuếch đại để các dao động do mạch bình tạo ra được khuếch đại ở đây. Do đó đầu ra của các dao động này được tăng lên bởi bộ khuếch đại.

• Feedback Circuit- Chức năng của mạch hồi tiếp là truyền một phần năng lượng ra cho mạch LC đúng pha. Phản hồi này là tích cực trong bộ dao động trong khi âm trong bộ khuếch đại.

Độ ổn định tần số của bộ tạo dao động

Độ ổn định tần số của dao động là thước đo khả năng duy trì tần số không đổi trong một khoảng thời gian dài. Khi hoạt động trong một khoảng thời gian dài hơn, tần số dao động có thể bị lệch khỏi giá trị đã đặt trước đó bằng cách tăng hoặc giảm.

Sự thay đổi tần số dao động có thể phát sinh do các yếu tố sau:

• Điểm hoạt động của thiết bị hoạt động như BJT hoặc FET được sử dụng phải nằm trong vùng tuyến tính của bộ khuếch đại. Độ lệch của nó sẽ ảnh hưởng đến tần số dao động.

• Sự phụ thuộc nhiệt độ của hiệu suất của các thành phần mạch ảnh hưởng đến tần số dao động.

• Những thay đổi trong điện áp cung cấp một chiều được áp dụng cho thiết bị hoạt động, làm thay đổi tần số dao động. Điều này có thể tránh được nếu sử dụng nguồn điện được điều chỉnh.

• Sự thay đổi của tải đầu ra có thể gây ra sự thay đổi trong hệ số Q của mạch bình, do đó gây ra sự thay đổi tần số đầu ra của bộ dao động.

• Sự hiện diện của điện dung giữa các phần tử và điện dung lạc ảnh hưởng đến tần số đầu ra của bộ dao động và do đó ổn định tần số.

Tiêu chí Barkhausen

Với kiến ​​thức chúng ta có cho đến bây giờ, chúng ta đã hiểu rằng một mạch dao động thực tế bao gồm một mạch tăng, mạch khuếch đại bóng bán dẫn và mạch phản hồi. vì vậy, bây giờ chúng ta hãy thử tìm hiểu khái niệm về bộ khuếch đại phản hồi, để suy ra độ lợi của bộ khuếch đại phản hồi.

Nguyên tắc của Bộ khuếch đại phản hồi

Một bộ khuếch đại hồi tiếp thường bao gồm hai phần. Họ làamplifier và feedback circuit. Mạch hồi tiếp thường gồm các điện trở. Khái niệm bộ khuếch đại hồi tiếp có thể được hiểu trong hình dưới đây.

Từ hình trên, độ lợi của bộ khuếch đại được biểu diễn là A. Độ lợi của bộ khuếch đại là tỉ số giữa điện áp đầu ra Vo và điện áp đầu vào V _i . Mạng phản hồi trích một điện áp V _f = β V _o từ đầu ra V _o của bộ khuếch đại.

Điện áp này được thêm vào cho phản hồi dương và trừ cho phản hồi âm, từ điện áp tín hiệu V _s .

Vì vậy, để có phản hồi tích cực,

V _i = V _s + V _f = V _s + β V _o

Đại lượng β = V _f / V _o được gọi là tỷ số phản hồi hoặc phần phản hồi.

Đầu ra V _o phải bằng điện áp đầu vào (V _s + βV _o ) nhân với độ lợi A của bộ khuếch đại.

Vì thế,

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

Hoặc là

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

Hoặc là

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

vì thế

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

Gọi A _f là độ lợi tổng thể (độ lợi khi có phản hồi) của bộ khuếch đại. Điều này được định nghĩa là tỷ số giữa điện áp đầu ra V _o với điện áp tín hiệu đặt vào V _s , tức là,

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

Rrom hai phương trình trên, chúng ta có thể hiểu rằng, phương trình độ lợi của bộ khuếch đại hồi tiếp với phản hồi dương được cho bởi

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

Ở đâu Aβ là feedback factor hoặc là loop gain.

Nếu Aβ = 1 thì A _f = ∞. Do đó độ lợi trở thành vô cùng, tức là có đầu ra mà không có đầu vào. Nói cách khác, bộ khuếch đại hoạt động như một Bộ tạo dao động.

Điều kiện Aβ = 1 được gọi là Barkhausen Criterion of oscillations. Đây là một yếu tố rất quan trọng luôn được ghi nhớ trong khái niệm về Bộ tạo dao động.

Mạch điều chỉnh dao động là mạch tạo ra dao động với sự trợ giúp của mạch điều chỉnh. Mạch điều chỉnh gồm có độ tự cảm L và tụ điện C. Chúng còn được gọi làLC oscillators, resonant circuit oscillators hoặc là tank circuit oscillators.

Bộ dao động mạch điều chỉnh được sử dụng để tạo ra đầu ra có tần số nằm trong khoảng từ 1 MHz đến 500 MHz, do đó chúng còn được gọi là R.F. Oscillators. BJT hoặc FET được sử dụng như một bộ khuếch đại với các bộ dao động mạch điều chỉnh. Với một mạch khuếch đại và một mạch bể LC, chúng ta có thể phản hồi một tín hiệu có biên độ và pha phù hợp để duy trì dao động.

Các loại dao động mạch điều chỉnh

Hầu hết các bộ dao động được sử dụng trong máy phát và máy thu vô tuyến là loại dao động LC. Tùy thuộc vào cách phản hồi được sử dụng trong mạch, bộ dao động LC được chia thành các loại sau.

• Tuned-collector or Armstrong Oscillator- Nó sử dụng phản hồi cảm ứng từ bộ thu của một bóng bán dẫn đến đế. Mạch LC nằm trong mạch thu của bóng bán dẫn.

• Tuned base Oscillator- Nó sử dụng phản hồi quy nạp. Nhưng mạch LC nằm trong mạch cơ sở.

• Hartley Oscillator - Nó sử dụng phản hồi quy nạp.

• Colpitts Oscillator - Nó sử dụng phản hồi điện dung.

• Clapp Oscillator - Nó sử dụng phản hồi điện dung.

Bây giờ chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về tất cả các bộ dao động LC đã đề cập ở trên.

Bộ tạo dao động thu được điều chỉnh

Bộ dao động bộ thu điều chỉnh được gọi như vậy, bởi vì mạch điều chỉnh được đặt trong bộ thu của bộ khuếch đại bóng bán dẫn. Sự kết hợp củaL và C tạo thành mạch điều chỉnh hoặc mạch xác định tần số.

Xây dựng

Các điện trở R ₁ , R ₂ và R _E được sử dụng để cung cấp phân cực một chiều cho bóng bán dẫn. Các tụ C _E và C là các tụ phụ. Thứ cấp của máy biến áp cung cấp điện áp phản hồi xoay chiều xuất hiện qua điểm nối bộ phát gốc của R ₁ và R ₂ ở mặt đất xoay chiều do tụ điện chạy qua C. Trong trường hợp không có tụ điện, một phần của điện áp cảm ứng trong thứ cấp của máy biến áp sẽ giảm trên R ₂ thay vì hoàn toàn đi đến đầu vào của bóng bán dẫn.

Khi bóng bán dẫn được cấu hình CE cung cấp độ lệch pha 180 ^o , dịch chuyển pha 180 ^{o khác} được cung cấp bởi máy biến áp, làm cho dịch chuyển pha 360 ^o giữa điện áp đầu vào và đầu ra. Sơ đồ mạch sau đây cho thấy sự sắp xếp của một mạch thu điều chỉnh.

Hoạt động

Khi nguồn cung cấp được cung cấp, dòng điện thu bắt đầu tăng và quá trình sạc tụ điện C diễn ra. Khi tụ được tích điện đầy, nó phóng điện qua cuộn cảm L ₁ . Bây giờ các dao động được tạo ra. Các dao động này tạo ra một hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp L ₂ . Tần số của điện áp cảm ứng trong cuộn thứ cấp giống với tần số của mạch bình và độ lớn của nó phụ thuộc vào số vòng trong cuộn thứ cấp và cách ghép giữa cả hai cuộn dây.

Điện áp trên L ₂ được đặt giữa đế và cực phát và xuất hiện ở dạng khuếch đại trong mạch thu, do đó khắc phục được tổn thất trong mạch bình. Số vòng của L ₂ và sự ghép nối giữa L ₁ và L ₂ được điều chỉnh sao cho các dao động trên L ₂ được khuếch đại đến mức vừa đủ để cung cấp tổn thất cho mạch bình.

Bộ dao động thu điều chỉnh được sử dụng rộng rãi như local oscillator trong máy thu thanh.

Bộ tạo dao động cơ sở được điều chỉnh

Bộ dao động cơ bản điều chỉnh được gọi như vậy, bởi vì mạch điều chỉnh được đặt trong đế của bộ khuếch đại bóng bán dẫn. Sự kết hợp củaL và C tạo thành mạch điều chỉnh hoặc mạch xác định tần số.

Xây dựng

Các điện trở R ₁ , R ₂ và R _E được sử dụng để cung cấp phân cực một chiều cho bóng bán dẫn. Sự kết hợp song song của R _e và C _e trong mạch phát là mạch ổn định. C _C là tụ điện chặn. Các tụ C _E và C là các tụ phụ. Cuộn sơ cấp L và cuộn thứ cấp L ₁ của máy biến áp RF cung cấp phản hồi cần thiết cho mạch thu và mạch cơ sở.

Khi bóng bán dẫn được cấu hình CE cung cấp độ lệch pha 180 ^o , dịch chuyển pha 180 ^{o khác} được cung cấp bởi máy biến áp, làm cho dịch chuyển pha 360 ^o giữa điện áp đầu vào và đầu ra. Sơ đồ mạch điện sau đây cho thấy sự sắp xếp của một mạch dao động cơ bản điều chỉnh.

Hoạt động

Khi bật mạch, dòng điện thu bắt đầu tăng. Khi bộ góp được kết nối với cuộn dây L ₁ , dòng điện đó tạo ra một số từ trường xung quanh nó. Điều này tạo ra một điện áp trong cuộn dây mạch điều chỉnh L. Điện áp phản hồi tạo ra sự gia tăng điện áp cơ sở phát và dòng điện cơ bản. Do đó, dòng điện thu sẽ tăng thêm và chu kỳ tiếp tục cho đến khi dòng điện thu trở nên bão hòa. Trong khi đó, tụ điện đã được sạc đầy.

Khi dòng điện cực thu đạt đến mức bão hòa, không có điện áp phản hồi ở L. Khi tụ điện đã được sạc đầy, nó bắt đầu phóng điện qua L. Điều này làm giảm độ lệch cơ sở của bộ phát và do đó I _B và dòng điện thu cũng giảm. Tại thời điểm dòng điện cực thu đạt tới ngưỡng cắt, tụ điện C được sạc đầy với cực tính ngược lại. Khi bóng bán dẫn bây giờ tắt, bình ngưng C bắt đầu phóng điện qua L. Điều này làm tăng độ lệch gốc phát. Kết quả là, dòng điện thu tăng.

Chu kỳ lặp lại miễn là cung cấp đủ năng lượng cho meet the lossestrong mạch LC. Tần số dao động bằng tần số cộng hưởng của mạch LC.

Hạn chế

Chính drawbackcủa mạch dao động cơ bản điều chỉnh là do điện trở của bộ phát cơ bản thấp, xuất hiện trong shunt với mạch điều chỉnh, mạch bình chứa được tải. Điều này làm giảm Q của nó, do đó gây ra sự trôi dạt trong tần số dao động. Do đó tính ổn định trở nên kém hơn. Do lý do này, mạch điều chỉnh đượcnot thông thường connected in base mạch điện.

Rất phổ biến local oscillator mạch chủ yếu được sử dụng trong radio receivers là Hartley Oscillatormạch điện. Các chi tiết cấu tạo và hoạt động của bộ dao động Hartley như được thảo luận dưới đây.

Xây dựng

Trong sơ đồ mạch của một bộ dao động Hartley dưới đây, các điện trở R ₁ , R ₂ và R _e cung cấp điều kiện phân cực cần thiết cho mạch. Tụ điện C _e cung cấp cho mặt đất xoay chiều do đó cung cấp bất kỳ sự suy giảm tín hiệu nào. Điều này cũng giúp ổn định nhiệt độ.

Các tụ điện C _c và C _b được sử dụng để chặn một chiều và cung cấp một đường dẫn xoay chiều. Cuộn cảm tần số vô tuyến (RFC) cung cấp trở kháng rất cao đối với dòng điện tần số cao, có nghĩa là nó ngắn đối với dòng điện một chiều và mở cho dòng điện xoay chiều Do đó nó cung cấp tải một chiều cho bộ thu và giữ dòng điện xoay chiều ra khỏi nguồn cung cấp một chiều

Mạch xe tăng

Mạng xác định tần số là một mạch cộng hưởng song song gồm các cuộn cảm L ₁ và L ₂ cùng với một tụ điện có thể thay đổi được C. Điểm nối của L ₁ và L ₂ được nối đất. Cuộn dây L ₁ có một đầu được nối với đế qua C _c và đầu kia với cực phát qua C _e . Vì vậy, L ₂ là trong mạch đầu ra. Cả hai cuộn dây L ₁ và L ₂ được ghép cảm ứng và cùng nhau tạo thành mộtAuto-transformer.

Sơ đồ mạch sau đây cho thấy sự sắp xếp của một bộ dao động Hartley. Mạch bể làshunt fedtrong mạch này. Nó cũng có thể là mộtseries-fed.

Hoạt động

Khi nguồn cung cấp bộ thu được cung cấp, một dòng điện quá độ được tạo ra trong mạch dao động hoặc mạch bể. Dòng điện dao động trong mạch bình tạo ra hiệu điện thế xoay chiều trên L ₁ .

Các auto-transformerđược thực hiện bằng cách ghép quy nạp của L ₁ và L ₂ giúp xác định tần số và thiết lập phản hồi. Khi bóng bán dẫn được cấu hình CE cung cấp độ lệch pha 180 ^o , dịch chuyển pha 180 ^{o khác} được cung cấp bởi máy biến áp, làm cho dịch chuyển pha 360 ^o giữa điện áp đầu vào và đầu ra.

Điều này làm cho phản hồi tích cực, điều cần thiết cho điều kiện của dao động. Khi màloop gain |βA| of the amplifier is greater than one, dao động được duy trì trong mạch.

Tần số

Phương trình cho frequency of Hartley oscillator được đưa ra như

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

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

Đây, L_T là tổng điện cảm ghép tích lũy; L₁ và L₂đại diện cuộn cảm trong tổng số 1 ^st và 2 ^nd cuộn dây; vàM biểu diễn cảm kháng lẫn nhau.

Mutual inductance được tính khi xem xét hai cuộn dây.

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ dao động Hartley là

• Thay vì sử dụng một máy biến áp lớn, một cuộn dây đơn có thể được sử dụng như một máy biến áp tự ngẫu.

• Tần số có thể được thay đổi bằng cách sử dụng một tụ điện thay đổi hoặc một cuộn cảm biến đổi.

• Số lượng thành phần ít hơn là đủ.

• Biên độ của đầu ra không đổi trong một dải tần cố định.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ dao động Hartley là

• Nó không thể là một bộ dao động tần số thấp.
• Các biến dạng hài có mặt.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của bộ dao động Hartley là

• Nó được sử dụng để tạo ra một sóng sinewave với tần số mong muốn.
• Chủ yếu được sử dụng như một bộ dao động cục bộ trong máy thu thanh.
• Nó cũng được sử dụng làm Dao động RF.

Một bộ dao động Colpitts trông giống như bộ dao động Hartley nhưng các cuộn cảm và tụ điện được thay thế cho nhau trong mạch bình. Các chi tiết cấu tạo và hoạt động của một bộ dao động colpitts như được thảo luận dưới đây.

Xây dựng

Đầu tiên chúng ta hãy xem sơ đồ mạch của bộ dao động Colpitts.

Các điện trở R ₁ , R ₂ và R _e cung cấp điều kiện phân cực cần thiết cho mạch. Tụ điện C _e cung cấp cho mặt đất xoay chiều do đó cung cấp bất kỳ sự suy giảm tín hiệu nào. Điều này cũng giúp ổn định nhiệt độ.

Các tụ điện C _c và C _b được sử dụng để chặn một chiều và cung cấp một đường dẫn xoay chiều. Cuộn cảm tần số vô tuyến (RFC) cung cấp trở kháng rất cao đối với dòng điện tần số cao, có nghĩa là nó ngắn đối với dòng điện một chiều và mở đối với dòng điện xoay chiều Do đó nó cung cấp tải một chiều cho bộ thu và giữ dòng điện xoay chiều ra khỏi nguồn cung cấp một chiều.

Mạch xe tăng

Mạng xác định tần số là một mạch cộng hưởng song song gồm các tụ điện C ₁ và C _{2 thay đổi được} cùng với một cuộn cảm L. Chỗ nối của C ₁ và C ₂ được nối đất. Tụ điện C ₁ có một đầu được nối với đế qua C _c và đầu kia với cực phát qua C _e . điện áp phát triển trên C ₁ cung cấp phản hồi phục hồi cần thiết cho các dao động liên tục.

Hoạt động

Khi nguồn cung cấp bộ thu được cung cấp, một dòng điện quá độ được tạo ra trong mạch dao động hoặc mạch bể. Dòng điện dao động trong mạch bình tạo ra điện áp xoay chiều qua C ₁ được đặt vào điểm nối cực phát và xuất hiện ở dạng khuếch đại trong mạch thu và cung cấp tổn thất cho mạch bình.

Nếu đầu cuối 1 ở điện thế dương đối với đầu cuối 3 tại bất kỳ thời điểm nào, thì đầu cuối 2 sẽ ở điện thế âm so với 3 tại thời điểm đó vì đầu cuối 3 được nối đất. Do đó, điểm 1 và điểm 2 lệch pha nhau 180 ^o .

Vì bóng bán dẫn được cấu hình CE cung cấp dịch chuyển pha 180 ^o , nó làm cho dịch chuyển pha 360 ^o giữa điện áp đầu vào và đầu ra. Do đó, phản hồi được thực hiện theo từng giai đoạn thích hợp để tạo ra các dao động Undamped liên tục. Khi màloop gain |βA| of the amplifier is greater than one, oscillations are sustained trong mạch.

Tần số

Phương trình cho frequency of Colpitts oscillator được đưa ra như

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

C _T là tổng điện dung của C ₁ và C _{2 mắc} nối tiếp.

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

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

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ tạo dao động Colpitts như sau:

• Bộ dao động Colpitts có thể tạo ra tín hiệu hình sin có tần số rất cao.
• Nó có thể chịu được nhiệt độ cao và thấp.
• Độ ổn định tần số cao.
• Tần số có thể được thay đổi bằng cách sử dụng cả hai tụ điện thay đổi được.
• Số lượng thành phần ít hơn là đủ.
• Biên độ của đầu ra không đổi trong một dải tần cố định.

Bộ dao động Colpitts được thiết kế để loại bỏ những nhược điểm của bộ dao động Hartley và được biết là không có nhược điểm cụ thể. Do đó có nhiều ứng dụng của bộ dao động colpitts.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của bộ tạo dao động Colpitts như sau:

• Bộ tạo dao động Colpitts có thể được sử dụng làm máy phát sóng sinewave tần số cao.
• Điều này có thể được sử dụng như một cảm biến nhiệt độ với một số mạch liên kết.
• Chủ yếu được sử dụng như một bộ dao động cục bộ trong máy thu thanh.
• Nó cũng được sử dụng làm Dao động RF.
• Nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng Di động.
• Nó đã có nhiều ứng dụng thương mại khác.

Một bộ dao động khác là phiên bản nâng cao của bộ tạo dao động Colpitts là Clapp Oscillator. Mạch này được thiết kế bằng cách thực hiện một vài thay đổi đối với bộ dao động Colpitts.

Mạch chỉ khác bộ dao động Colpitts ở một khía cạnh; nó chứa thêm một tụ điện (C ₃ ) mắc nối tiếp với cuộn cảm. Việc bổ sung tụ điện (C ₃ ) cải thiện độ ổn định tần số và loại bỏ ảnh hưởng của các thông số bóng bán dẫn và điện dung lạc.

Sơ đồ mạch sau đây cho thấy sự sắp xếp của một transistor Clapp oscillator.

Hoạt động của mạch dao động Clapp giống như hoạt động của mạch dao động Colpitts. Tần số của bộ dao động được cho bởi quan hệ,

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

Ở đâu

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

Thông thường, giá trị của C₃ nhỏ hơn nhiều so với C₁ và C₂. Như là kết quả của việc này,C xấp xỉ bằng C₃. Do đó, tần số của dao động,

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

Người ta hiểu rằng bộ dao động Clapp tương tự như bộ dao động Colpitts, tuy nhiên chúng khác nhau về cách sắp xếp điện cảm và điện dung. Mặc dù vậy, độ ổn định tần số là tốt, có thể thay đổi trong bộ dao động Clapp.

Một bộ dao động Clapp đôi khi được ưa thích hơn bộ tạo dao động Colpitts để xây dựng một bộ dao động tần số thay đổi. Các bộ dao động Clapp được sử dụng trong các mạch điều chỉnh máy thu như một bộ dao động tần số.

Một trong những tính năng quan trọng của bộ tạo dao động là năng lượng phản hồi được áp dụng phải đúng pha với mạch bình. Các mạch dao động được thảo luận cho đến nay đã sử dụng kết hợp cuộn cảm (L) và tụ điện (C), trong mạch bình chứa hoặc mạch xác định tần số.

Chúng tôi đã quan sát thấy rằng sự kết hợp LC trong bộ tạo dao động cung cấp dịch chuyển pha 180 ^o và bóng bán dẫn trong cấu hình CE cung cấp dịch chuyển pha 180 o để tạo ra tổng cộng 360 ^o dịch pha để nó tạo ra sự khác biệt về pha bằng không.

Hạn chế của mạch LC

Mặc dù chúng có ít ứng dụng, LC mạch có ít drawbacks nhu la

• Tần số không ổn định
• Dạng sóng kém
• Không thể sử dụng cho tần số thấp
• Cuộn cảm cồng kềnh và đắt tiền

Chúng ta có một loại mạch dao động khác, được tạo ra bằng cách thay thế các cuộn cảm bằng điện trở. Bằng cách đó, độ ổn định tần số được cải thiện và thu được dạng sóng chất lượng tốt. Các bộ dao động này cũng có thể tạo ra các tần số thấp hơn. Đồng thời, mạch trở nên không cồng kềnh cũng không đắt tiền.

Tất cả những hạn chế của LC mạch dao động do đó được loại bỏ trong RCcác mạch dao động. Do đó nảy sinh nhu cầu về mạch dao động RC. Chúng còn được gọi làPhase–shift Oscillators.

Nguyên lý của bộ dao động dịch pha

Chúng ta biết rằng điện áp đầu ra của mạch RC cho đầu vào sóng sinewave dẫn điện áp đầu vào. Góc pha mà nó dẫn được xác định bởi giá trị của các thành phần RC được sử dụng trong mạch. Sơ đồ mạch sau đây cho thấy một phần của mạng RC.

Điện áp ra V ₁ 'trên điện trở R dẫn điện áp đầu vào đặt vào V ₁ một góc pha ɸ ^{o nào đó} . Nếu R giảm về 0, V ₁ 'sẽ dẫn V ₁ bằng 90 ^o tức là, ɸ ^o = 90 ^o .

Tuy nhiên, việc điều chỉnh R về 0 là không thể thực hiện được, vì nó sẽ dẫn đến không có điện áp trên R. Do đó, trong thực tế, R bị thay đổi đến một giá trị sao cho V ₁ 'dẫn V ₁ bằng 60 ^o . Sơ đồ mạch sau đây cho thấy ba phần của mạng RC.

Mỗi phần tạo ra sự dịch chuyển pha là 60 ^o . Do đó, tạo ra một độ lệch pha tổng cộng là 180 ^o , tức là điện áp V ₂ dẫn điện áp V ₁ bằng 180 ^o .

Mạch dao động dịch pha

Mạch dao động tạo ra sóng sin sử dụng mạng lệch pha được gọi là mạch dao động dịch pha. Các chi tiết cấu tạo và hoạt động của một mạch dao động dịch pha được cho dưới đây.

Xây dựng

Mạch dao động dịch pha bao gồm một phần khuếch đại bóng bán dẫn đơn và một mạng dịch pha RC. Mạng chuyển pha trong mạch này, bao gồm ba phần RC. Tại tần số cộng hưởng f _o , độ lệch pha trong mỗi đoạn RC là 60 ^o để tổng độ lệch pha do mạng RC tạo ra là 180 ^o .

Sơ đồ mạch điện sau đây cho thấy sự sắp xếp của một bộ dao động dịch pha RC.

Tần số của dao động được cho bởi

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

Ở đâu

$$R_1 = R_2 = R_3 = R$$

$$C_1 = C_2 = C_3 = C$$

Hoạt động

Mạch khi chuyển sang trạng thái ON thì dao động với tần số cộng hưởng f _o . Đầu ra E _o của bộ khuếch đại được đưa trở lại mạng phản hồi RC. Mạng này tạo ra sự lệch pha 180 ^o và điện áp E _i xuất hiện ở đầu ra của nó. Điện áp này được áp dụng cho bộ khuếch đại bóng bán dẫn.

Phản hồi được áp dụng sẽ là

$$m = E_i/E_o$$

Phản hồi ở đúng pha, trong khi bộ khuếch đại bóng bán dẫn, ở cấu hình CE, tạo ra dịch pha 180 ^o . Sự dịch pha được tạo ra bởi mạng và bóng bán dẫn thêm vào để tạo thành sự dịch pha xung quanh toàn bộ vòng lặp là 360 ^o .

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ dao động dịch pha RC như sau:

• Nó không yêu cầu máy biến áp hoặc cuộn cảm.
• Nó có thể được sử dụng để tạo ra tần số rất thấp.
• Mạch cung cấp độ ổn định tần số tốt.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ dao động dịch pha RC như sau:

• Bắt đầu dao động là khó khăn vì phản hồi nhỏ.
• Sản lượng sản xuất ra là nhỏ.

Một loại mạch dao động tần số âm thanh phổ biến khác là mạch dao động cầu Wien. Điều này chủ yếu được sử dụng vì các tính năng quan trọng của nó. Mạch này miễn phí từcircuit fluctuations và ambient temperature.

Ưu điểm chính của bộ dao động này là tần số có thể thay đổi trong khoảng 10Hz đến khoảng 1MHz trong khi ở bộ dao động RC, tần số không thay đổi.

Xây dựng

Cấu tạo mạch của bộ tạo dao động cầu Wien có thể được giải thích như dưới đây. Nó là một bộ khuếch đại hai tầng với mạch cầu RC. Đoạn mạch cầu có các tay R ₁ C ₁ , R ₃ , R ₂ C ₂ và đèn vônfram L _p . Điện trở R ₃ và đèn L _p dùng để ổn định biên độ của ngõ ra.

Sơ đồ mạch sau đây cho thấy sự sắp xếp của một bộ dao động cầu Wien.

Bóng bán dẫn T ₁ đóng vai trò là bộ tạo dao động và bộ khuếch đại trong khi bóng bán dẫn T ₂ còn lại đóng vai trò là bộ biến tần. Hoạt động của biến tần cung cấp độ lệch pha 180 ^o . Mạch này cung cấp phản hồi tích cực thông qua R ₁ C ₁ , C ₂ R ₂ đến bóng bán dẫn T ₁ và phản hồi âm qua bộ phân áp đến đầu vào của bóng bán dẫn T ₂ .

Tần số của dao động được xác định bởi phần tử nối tiếp R ₁ C ₁ và phần tử song song R ₂ C ₂ của cầu.

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

Nếu R ₁ = R ₂ và C ₁ = C ₂ = C

Sau đó,

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

Bây giờ, chúng ta có thể đơn giản hóa mạch trên như sau:

Bộ dao động bao gồm hai giai đoạn của bộ khuếch đại kết hợp RC và một mạng phản hồi. Điện áp trên sự kết hợp song song của R và C được đưa vào đầu vào của bộ khuếch đại 1. Độ lệch pha thuần qua hai bộ khuếch đại bằng không.

Ý tưởng thông thường kết nối đầu ra của bộ khuếch đại 2 với bộ khuếch đại 1 để cung cấp khả năng tái tạo tín hiệu cho bộ dao động không được áp dụng ở đây vì bộ khuếch đại 1 sẽ khuếch đại tín hiệu trên một dải tần số rộng và do đó việc ghép nối trực tiếp sẽ dẫn đến độ ổn định tần số kém. Bằng cách thêm mạng phản hồi cầu Wien, bộ dao động trở nên nhạy cảm với một tần số cụ thể và do đó đạt được sự ổn định tần số.

Hoạt động

Khi chuyển mạch ON, mạch cầu tạo ra dao động với tần số nêu trên. Hai bóng bán dẫn tạo ra tổng độ lệch pha là 360 ^o để đảm bảo phản hồi tích cực thích hợp được đảm bảo. Phản hồi tiêu cực trong mạch đảm bảo đầu ra không đổi. Điều này đạt được bằng đèn vonfram nhạy cảm với nhiệt độ L _p . Điện trở của nó tăng theo dòng điện.

Nếu biên độ của đầu ra tăng, dòng điện được tạo ra nhiều hơn và đạt được nhiều phản hồi âm hơn. Do đó, đầu ra sẽ trở lại giá trị ban đầu. Trong khi đó, nếu sản lượng có xu hướng giảm, hành động ngược lại sẽ diễn ra.

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ tạo dao động cầu Wien như sau:

• Mạch cung cấp độ ổn định tần số tốt.

• Nó cung cấp sản lượng không đổi.

• Hoạt động của mạch khá dễ dàng.

• Mức tăng tổng thể cao vì có hai bóng bán dẫn.

• Tần số của dao động có thể thay đổi dễ dàng.

• Sự ổn định biên độ của điện áp đầu ra có thể được duy trì chính xác hơn, bằng cách thay thế R ₂ bằng một điện trở nhiệt.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ tạo dao động cầu Wien như sau:

• Mạch không thể tạo ra tần số rất cao.

• Hai bóng bán dẫn và số lượng linh kiện được yêu cầu cho việc xây dựng mạch.

Bất cứ khi nào một bộ dao động hoạt động liên tục, frequency stabilitybị ảnh hưởng. Có những thay đổi về tần số của nó. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tần số của một dao động là

• Các biến thể cung cấp điện
• Thay đổi nhiệt độ
• Thay đổi về tải hoặc điện trở đầu ra

Trong bộ dao động RC và LC, các giá trị của điện trở, điện dung và độ tự cảm thay đổi theo nhiệt độ và do đó tần số bị ảnh hưởng. Để tránh vấn đề này, các tinh thể điện piezo đang được sử dụng trong các bộ dao động.

Việc sử dụng các tinh thể điện piezo trong các mạch cộng hưởng song song cung cấp sự ổn định tần số cao trong bộ dao động. Các bộ dao động như vậy được gọi làCrystal Oscillators.

Bộ dao động tinh thể

Nguyên tắc của bộ dao động tinh thể phụ thuộc vào Piezo electric effect. Hình dạng tự nhiên của tinh thể là hình lục giác. Khi một wafer tinh thể cong vuông góc với trục X, nó được gọi là X-cut và khi nó bị cắt dọc theo trục Y, nó được gọi là Y.-cut.

Tinh thể được sử dụng trong bộ dao động tinh thể thể hiện một đặc tính được gọi là đặc tính điện Piezo. Vì vậy, hãy để chúng tôi có một ý tưởng về hiệu ứng điện piezo.

Hiệu ứng điện Piezo

Tinh thể thể hiện đặc tính là khi một ứng suất cơ học được tác dụng lên một trong các mặt của tinh thể, thì một sự khác biệt tiềm tàng được hình thành trên các mặt đối diện của tinh thể. Ngược lại, khi một sự chênh lệch tiềm năng được áp dụng trên một trong các mặt, ứng suất cơ học được tạo ra dọc theo các mặt còn lại. Điều này được gọi làPiezo electric effect.

Một số vật liệu kết tinh như muối Rochelle, thạch anh và tourmaline thể hiện hiệu ứng điện piezo và những vật liệu đó được gọi là Piezo electric crystals. Thạch anh là tinh thể điện piezo được sử dụng phổ biến nhất vì nó rẻ và sẵn có trong tự nhiên.

Khi một tinh thể điện piezo chịu một thế xoay chiều thích hợp, nó dao động cơ học. Biên độ của dao động cơ học trở thành cực đại khi tần số của hiệu điện thế xoay chiều bằng tần số riêng của tinh thể.

Làm việc của một tinh thể thạch anh

Để làm cho một tinh thể hoạt động trong một mạch điện tử, tinh thể được đặt giữa hai tấm kim loại dưới dạng một tụ điện. Quartzlà loại tinh thể được sử dụng nhiều nhất vì tính sẵn có và tính chất mạnh mẽ trong khi giá thành rẻ. Điện áp xoay chiều đặt song song vào tinh thể.

Sự sắp xếp mạch của một Tinh thể thạch anh sẽ như hình dưới đây -

Nếu đặt một điện áp xoay chiều, tinh thể bắt đầu dao động với tần số của điện áp đặt vào. Tuy nhiên, nếu tần số của điện áp đặt vào bằng tần số riêng của tinh thể,resonancediễn ra và dao động tinh thể đạt giá trị cực đại. Tần suất tự nhiên này gần như không đổi.

Mạch tương đương của một tinh thể

Nếu chúng ta cố gắng biểu diễn tinh thể bằng một mạch điện tương đương, chúng ta phải xem xét hai trường hợp, tức là khi nó dao động và khi nó không dao động. Các hình dưới đây đại diện cho ký hiệu và mạch điện tương đương của một tinh thể.

Đoạn mạch tương đương trên gồm đoạn mạch RLC nối tiếp song song có điện dung C _m . Khi tinh thể treo qua nguồn xoay chiều không dao động thì nó có điện dung C _m . Khi tinh thể dao động, nó hoạt động giống như một đoạn mạch RLC điều chỉnh.

Phản hồi thường xuyên

Đáp ứng tần số của một tinh thể như hình dưới đây. Biểu đồ cho thấy điện kháng (X _L hoặc X _C ) so với tần số (f). Rõ ràng là tinh thể có hai tần số cộng hưởng gần nhau.

Thứ nhất là tần số cộng hưởng nối tiếp (f _s ), xuất hiện khi cảm kháng của cuộn cảm (L) bằng cảm kháng của điện dung C. Trong trường hợp đó, tổng trở của mạch tương đương bằng cảm kháng R và tần số của dao động được cho bởi quan hệ,

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

Thứ hai là tần số cộng hưởng song song (f _p ), xảy ra khi cảm kháng của nhánh RLC bằng cảm kháng của tụ C _m . Ở tần số này, tinh thể tạo ra một trở kháng rất lớn đối với mạch ngoài và tần số dao động được cho bởi quan hệ.

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

Ở đâu

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

Giá trị của C _m thường rất lớn so với C. Do đó, giá trị của C _T xấp xỉ bằng C và do đó tần số cộng hưởng nối tiếp xấp xỉ bằng tần số cộng hưởng song song (tức là, f _s = f _p ).

Mạch dao động tinh thể

Một mạch dao động tinh thể có thể được xây dựng theo một số cách như bộ dao động thu được điều chỉnh bằng Crystal, bộ dao động tinh thể Colpitts, bộ dao động tinh thể Clap, v.v. Nhưng transistor pierce crystal oscillatorlà cái được sử dụng phổ biến nhất. Đây là mạch thường được gọi là mạch dao động tinh thể.

Sơ đồ mạch sau đây cho thấy sự sắp xếp của một dao động tinh thể xuyên qua bóng bán dẫn.

Trong mạch này, tinh thể được kết nối như một phần tử nối tiếp trong đường phản hồi từ bộ thu đến đế. Các điện trở R ₁ , R ₂ và R _E cung cấp cho mạch phân cực một chiều ổn định phân áp. Tụ điện C _E cung cấp đường dây xoay chiều của điện trở phát và cuộn dây RFC (cuộn cảm tần số vô tuyến) cung cấp phân cực một chiều trong khi tách bất kỳ tín hiệu xoay chiều nào trên đường dây điện khỏi ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra. Tụ điện ghép C có tổng trở không đáng kể ở tần số hoạt động của mạch. Nhưng nó chặn bất kỳ dc nào giữa bộ thu và đế.

Tần số của mạch dao động được đặt bởi tần số cộng hưởng nối tiếp của tinh thể và giá trị của nó được cho bởi quan hệ,

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

Có thể lưu ý rằng những thay đổi về điện áp cung cấp, thông số thiết bị bóng bán dẫn, v.v. không ảnh hưởng đến tần số hoạt động của mạch, được giữ ổn định bởi tinh thể.

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ dao động tinh thể như sau:

• Chúng có độ ổn định tần số cao.
• Hệ số chất lượng (Q) của tinh thể rất cao.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ dao động tinh thể như sau:

• Chúng dễ vỡ và có thể được sử dụng trong các mạch công suất thấp.
• Tần số của dao động không thể thay đổi đáng kể.

Độ ổn định tần số của bộ tạo dao động

Bộ tạo dao động dự kiến ​​sẽ duy trì tần số của nó trong thời gian dài hơn mà không có bất kỳ biến thể nào, để có đầu ra sóng hình sin rõ ràng mượt mà hơn cho hoạt động của mạch. Do đó, thuật ngữ ổn định tần số thực sự quan trọng rất nhiều, khi nói đến các bộ dao động, dù là hình sin hay không hình sin.

Độ ổn định tần số của một dao động được định nghĩa là khả năng của dao động đó để duy trì tần số cần thiết không đổi trong một khoảng thời gian dài nhất có thể. Chúng ta hãy thử thảo luận về các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định tần số này.

Thay đổi điểm hoạt động

Chúng ta đã xem qua các thông số của bóng bán dẫn và biết được tầm quan trọng của điểm hoạt động. Tính ổn định của điểm hoạt động này đối với bóng bán dẫn được sử dụng trong mạch để khuếch đại (BJT hoặc FET), được xem xét cao hơn.

Hoạt động của thiết bị đang hoạt động được sử dụng được điều chỉnh theo phần tuyến tính của các đặc tính của nó. Điểm này bị thay đổi do sự thay đổi nhiệt độ và do đó độ ổn định bị ảnh hưởng.

Sự thay đổi nhiệt độ

Mạch bình trong mạch dao động, chứa các thành phần xác định tần số khác nhau như điện trở, tụ điện và cuộn cảm. Tất cả các thông số của chúng đều phụ thuộc vào nhiệt độ. Do sự thay đổi nhiệt độ, giá trị của chúng bị ảnh hưởng. Điều này làm thay đổi tần số của mạch dao động.

Do nguồn điện

Các biến thể trong công suất cung cấp cũng sẽ ảnh hưởng đến tần số. Sự thay đổi của nguồn cung cấp dẫn đến sự thay đổi về V _cc . Điều này sẽ ảnh hưởng đến tần số của các dao động được tạo ra.

Để tránh điều này, hệ thống cung cấp điện theo quy định được thực hiện. Điều này được gọi ngắn gọn là RPS. Chi tiết về nguồn điện được điều chỉnh đã được thảo luận rõ ràng trong phần cung cấp điện của hướng dẫn MẠCH ĐIỆN TỬ.

Thay đổi tải đầu ra

Các biến thể về điện trở đầu ra hoặc tải đầu ra cũng ảnh hưởng đến tần số của bộ dao động. Khi mắc một tải thì điện trở hiệu dụng của mạch bình bị thay đổi. Kết quả là, hệ số Q của mạch điều chỉnh LC bị thay đổi. Điều này dẫn đến sự thay đổi tần số đầu ra của bộ dao động.

Thay đổi điện dung giữa các phần tử

Điện dung giữa các phần tử là điện dung phát triển trong các vật liệu tiếp giáp PN như điốt và bóng bán dẫn. Chúng được phát triển do điện tích có trong chúng trong quá trình hoạt động.

Các tụ điện giữa các phần tử trải qua sự thay đổi do nhiều lý do khác nhau như nhiệt độ, điện áp, v.v. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách kết nối tụ điện đầm lầy với tụ điện liên phần tử vi phạm.

Giá trị của Q

Giá trị của Q (Hệ số chất lượng) phải cao trong bộ dao động. Giá trị của Q trong bộ dao động điều chỉnh xác định độ chọn lọc. Vì Q này tỷ lệ thuận với độ ổn định tần số của mạch điều chỉnh, nên giá trị của Q phải được duy trì ở mức cao.

Độ ổn định tần số có thể được biểu diễn bằng toán học là,

$$S_w = d\theta/dw$$

Trong đó dθ là độ dịch pha được đưa vào đối với sự thay đổi tần số nhỏ trong tần số danh định f _r . Mạch cho giá trị càng lớn của (dθ / dw) thì tần số dao động càng ổn định.

Một bộ dao động hoạt động trên đặc tính điện trở âm có thể được gọi là bộ dao động điện trở âm. Thời hạnnegative resistanceđề cập đến một điều kiện trong đó sự gia tăng điện áp trên hai điểm làm giảm dòng điện. Một số thiết bị phi tuyến tính có đặc tính điện trở âm, trong một số điều kiện nhất định.

Thuộc tính kháng tiêu cực

Chúng ta hãy quan sát hành vi khi điện áp được đặt vào một thiết bị phi tuyến tính thể hiện đặc tính điện trở âm. Để hiểu tính chất này, chúng ta hãy quan sát đồ thị dưới đây để tìm ra sự thay đổi của điện áp và dòng điện.

Khi điện áp chuyển tiếp tăng lên, dòng điện tăng nhanh và nó tăng cho đến một điểm cực đại, được gọi là Peak Current, đóng góp bởi I_P. Điện áp tại thời điểm này được gọi làPeak Voltage, đóng góp bởi V_P. Điểm này được chỉ ra bởiAtrong đồ thị trên. Quan điểmA được gọi là Peak Point.

Nếu điện áp tăng hơn nữa vượt quá V_P, sau đó dòng điện bắt đầu giảm. Nó giảm cho đến một điểm, được gọi làValley Current, đóng góp bởi I_V. Điện áp tại thời điểm này được gọi làValley Voltage, đóng góp bởi V_V. Điểm này được chỉ ra bởiBtrong đồ thị trên. Quan điểmB được gọi là Valley Point.

Do đó vùng giữa điểm A và chỉ B chỉ ra Negative resistance region. Khi đạt đến điểm thung lũng và nếu điện áp được tăng thêm nữa, thì dòng điện bắt đầu tăng. Điều này có nghĩa là vùng điện trở âm đã kết thúc và thiết bị hoạt động bình thường theo định luật Ohm. Vùng này được gọi làPositive Resistance region, được biểu thị bằng điểm B chỉ C trong đồ thị.

Rất ít bộ dao động thể hiện đặc tính kháng âm trong quá trình hoạt động của chúng. Bộ dao động một điểm nối là ví dụ tốt nhất của bộ dao động không hình sin (tạo ra dạng sóng quét như đầu ra) thể hiện đặc tính điện trở âm, trong khi bộ dao động điốt đường hầm là ví dụ tốt nhất về bộ dao động hình sin biểu hiện đặc tính điện trở âm.

Trong chương tiếp theo của hướng dẫn này, chúng ta sẽ thảo luận thêm về bộ dao động diode Tunnel.

Mạch dao động được xây dựng bằng cách sử dụng một diode đường hầm được gọi là bộ dao động diode đường hầm. Nếu nồng độ tạp chất của điểm nối PN bình thường tăng cao, điều nàyTunnel diodeđược hình thành. Nó còn được gọi làEsaki diode, theo tên người phát minh ra nó.

Diode đường hầm

Khi nồng độ tạp chất trong một diode tăng lên, độ rộng của vùng suy giảm sẽ giảm, tạo ra một lực bổ sung cho các hạt tải điện vượt qua đường giao nhau. Khi nồng độ này tăng thêm, do độ rộng của vùng suy giảm ít hơn và năng lượng của các hạt tải điện tăng lên, chúng sẽ xuyên qua hàng rào thế năng, thay vì leo qua nó. Sự thâm nhập này có thể được hiểu làTunneling và do đó có tên, Tunnel diode.

Hình ảnh sau đây cho thấy một diode đường hầm thực tế trông như thế nào.

Các ký hiệu của diode đường hầm như hình dưới đây.

Để biết thêm chi tiết về điốt đường hầm, vui lòng tham khảo hướng dẫn Điện tử Cơ bản của chúng tôi .

Bộ dao động điốt đường hầm

Diode đường hầm giúp tạo ra tín hiệu tần số rất cao gần 10GHz. Một mạch điốt đường hầm thực tế có thể bao gồm một công tắc S, một điện trở R và một nguồn cung cấp V, được kết nối với một mạch bình thông qua một điốt đường hầm D.

Đang làm việc

Giá trị của điện trở được chọn phải theo cách sao cho nó sai lệch diode đường hầm ở giữa vùng điện trở âm. Hình dưới đây mô tả mạch dao động diode đường hầm thực tế.

Trong mạch này, điện trở R ₁ đặt xu hướng thích hợp cho diode và điện trở R ₂ đặt mức dòng điện thích hợp cho mạch bình. Sự kết hợp song song của điện trở R _p cuộn cảm L và tụ điện C tạo thành một mạch điện bình, cộng hưởng ở tần số đã chọn.

Khi đóng công tắc S, dòng điện trong mạch tăng ngay lập tức theo giá trị không đổi, giá trị của nó được xác định bởi giá trị của điện trở R và điện trở điốt. Tuy nhiên, khi điện áp rơi qua diode đường hầm V _D vượt quá điện áp điểm đỉnh V _p , diode đường hầm được đưa vào vùng điện trở âm.

Trong vùng này, dòng điện bắt đầu giảm, cho đến khi điện áp V _D bằng với điện áp điểm thung lũng V _v . Tại thời điểm này, sự gia tăng thêm điện áp V _D đẩy diode vào vùng điện trở dương. Kết quả là, dòng điện mạch có xu hướng tăng lên. Tăng trong mạch này sẽ làm tăng điện áp rơi trên điện trở R sẽ làm giảm điện áp V _D .

Đường cong đặc tính VI

Biểu đồ sau đây cho thấy các đặc tính VI của một diode đường hầm:

Đường cong AB biểu thị vùng điện trở âm khi điện trở giảm trong khi hiệu điện thế tăng. Rõ ràng là điểm Q là trung điểm của đoạn thẳng AB. Điểm Q có thể di chuyển giữa các điểm A và B trong quá trình hoạt động của mạch. Điểm A được gọi làpeak point và điểm B được gọi là valley point.

Trong quá trình hoạt động, sau khi đạt điểm B, mức tăng trong mạch hiện tại sẽ làm tăng điện áp rơi trên điện trở R sẽ làm giảm điện áp V _D . Điều này đưa diode trở lại vùng kháng âm.

Sự giảm điện áp V _D bằng điện áp V _P và điều này hoàn thành một chu kỳ hoạt động. Sự tiếp tục của các chu kỳ này tạo ra các dao động liên tục tạo ra đầu ra hình sin.

Ưu điểm

Các ưu điểm của bộ dao động diode đường hầm như sau:

• Nó có tốc độ chuyển mạch cao.
• Nó có thể xử lý các tần số cao.

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ dao động diode đường hầm như sau:

• Chúng là những thiết bị tiêu thụ điện năng thấp.
• Điốt đường hầm là một chút tốn kém.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của bộ dao động diode đường hầm như sau:

• Nó được sử dụng trong bộ dao động thư giãn.
• Nó được sử dụng trong bộ dao động vi sóng.
• Nó cũng được sử dụng làm thiết bị chuyển mạch tốc độ cực cao.
• Nó được sử dụng làm thiết bị lưu trữ bộ nhớ logic.

Sau khi đã trình bày tất cả các mạch dao động hình sin chính, cần lưu ý rằng có rất nhiều bộ dao động giống như những cái đã đề cập cho đến bây giờ. Các bộ dao động tạo ra dạng sóng sin là bộ dao động hình sin như đã thảo luận.

Các bộ dao động tạo ra các dạng sóng không hình sin (chữ nhật, quét, tam giác, v.v.) là các bộ tạo dao động không hình sin mà chúng ta đã thảo luận chi tiết trong hướng dẫn Mạch xung của chúng tôi .