Afslapningsoscillator ved hjælp af op

Operationsforstærker er en integreret del af elektronik, og vi har tidligere lært om Op-forstærkere i forskellige op-amp-baserede kredsløb og bygget også mange oscillatorkredsløb ved hjælp af op-amp og andre elektronikkomponenter.

Oscillator refererer generelt til kredsløbet, der producerer periodisk og gentagende output som en sinus- eller firkantbølge. En oscillator kan være en mekanisk eller elektronisk konstruktion, der producerer oscillation afhængigt af nogle få variabler. Tidligere lærte vi om mange populære oscillatorer som RC Phase shift oscillator, Colpitts oscillator, wein bridge oscillator osv. I dag lærer vi om en afslapningsoscillator.

En afslapningsoscillator er den, der opfylder alle nedenstående betingelser:

• Det skal tilvejebringe en ikke-sinusformet bølgeform (af enten spændings- eller strømparameter) ved udgangen.
• Det skal give et periodisk signal eller gentaget signal som trekantet, firkantet eller rektangulær bølge ved udgangen.
• En afslapningsoscillators kredsløb skal være en ikke-lineær. Det betyder, at designet af kredsløbet skal involvere halvlederanordninger som Transistor, MOSFET eller OP-AMP.
• Kredsløbsdesignet skal også omfatte en energilagringsenhed som en kondensator eller induktor, der oplades og aflades kontinuerligt for at producere en cyklus. Frekvensen eller perioden for oscillation for en sådan oscillator afhænger af tidskonstanten for deres respektive kapacitive eller induktive kredsløb.

Arbejde af en afslapningsoscillator

For at få en bedre forståelse af Relaxation Oscillator, lad os først se på, hvordan en simpel mekanisme er vist nedenfor.

Den mekanisme, der vises her, er en vippe, som alle sandsynligvis har oplevet i deres liv. Planken bevæger sig frem og tilbage afhængigt af tyngdekraften, som masserne oplever i begge ender. Enkelt sagt er vippen en komparator af 'Mass', og den sammenligner massen af ​​objekter placeret i begge ender af planken. Så uanset hvilken genstand der har højere masse, bliver den udjævnet med jorden, mens den lavere masse genstand løftes til luft.

I denne opsavningsopsætning vil vi have en fast masse 'M' i den ene ende og en tom spand i den anden ende som vist i figuren. Ved denne indledende tilstand vil massen 'M' blive udrettet mod jorden, og skovlen vil blive hængt i luften baseret på vippeprincippet, der er diskuteret ovenfor.

Hvis du nu åbner vandhanen over den tomme spand, begynder vandet at fylde den tomme spand og derved øge massen af ​​hele opsætningen.

Og når skovlen bliver helt fuld, så vil hele massen på skovlesiden være mere end den faste masse 'M' placeret i den anden ende. Så planken bevæger sig langs aksen og løfter dermed massen 'M' og jorder vandspanden.

Når skovlen rammer jorden, spildes vandet, der er fyldt i skovlen, helt ned til jorden som vist på figuren. Efter spildet bliver den samlede masse på skovlesiden igen mindre sammenlignet med den faste masse 'M'. Så igen bevæger planken sig langs aksen og skifter derved skovlen til luften igen for at få endnu en påfyldning.

Denne cyklus med påfyldning og spildning fortsætter, indtil vandkilden er til stede for at fylde spanden. Og på grund af denne cyklus bevæger planken sig langs aksen med periodiske intervaller, hvilket giver en oscillationsoutput.

Hvis vi sammenligner de mekaniske komponenter med elektriske komponenter, har vi det nu.

• Skovlen kan betragtes som en energilagringsenhed, som enten er en kondensator eller en induktor.
• Vippesav er en komparator eller en op-forstærker, der bruges til at sammenligne kondensatorens spændinger og reference.
• Reference spænding tages til nominel sammenligning af kondensatorværdi.
• Vandstrømmen her kan betegnes som en elektrisk ladning.

Afslapningsoscillator kredsløb

Hvis vi tegner det ækvivalente elektriske kredsløb til ovenstående vippemekanisme, får vi Relaxation Oscillator Circuit som vist nedenfor :

Funktionen af ​​denne Op-amp Relaxation Oscillator kan forklares som følger:

• Når hanen er tændt, strømmer vandet ned i en vandspand og fylder den langsomt op.
• Når vandspanden er fyldt helt op, vil hele massen på spandesiden være mere end den faste masse 'M', der er placeret i den anden ende. Når dette sker, skifter planken sine positioner til et mere kompromisfuldt sted.
• Når vandet er spildt helt ud, bliver den samlede masse på skovnsiden igen mindre sammenlignet med den faste masse 'M'. Så akslen bevæger sig igen til sin oprindelige position.
• Igen fyldes spanden med vand efter den forrige dispel, og denne cyklus fortsætter for evigt, indtil der strømmer vand fra vandhanen.

Hvis vi tegner grafen for ovenstående tilfælde, vil det se ud som nedenfor:

Her,

• Oprindeligt, hvis vi betragter output fra komparatoren er høj, vil kondensatoren i løbet af denne tid oplades. Ved opladning af kondensatoren vil dens terminalspænding gradvist stige, hvilket kan ses i grafen.
• Når kondensatorens terminalspænding når tærsklen, vil komparatorudgangen gå fra høj til lav som vist i grafen. Og når komparatorudgangen bliver negativ, begynder kondensatoren at aflade til nul. Når kondensatoren helt aflades på grund af tilstedeværelsen af ​​en negativ udgangsspænding, oplades den igen undtagen i den modsatte retning. Som du kan se i grafen på grund af den negative udgangsspænding, stiger kondensatorspændingen også i en negativ retning.
• Når kondensatoren oplades maksimalt i negativ retning, skifter komparatoren output fra negativ til positiv. Når udgangen skifter til en positiv cyklus, aflades kondensatoren i den negative sti og opbygger ladninger i den positive sti som vist i grafen.
• Så cyklussen af ​​kondensatoropladning og afladning i positive og negative veje udløser komparatoren et firkantbølgesignal ved udgangen, der er vist ovenfor.

Hyppighed af afslapningsoscillator

Naturligvis afhænger svingningsfrekvensen af ​​tidskonstanten for C1 og R3 i kredsløbet. Højere værdier af C1 og R3 vil føre til længere opladnings- og afladningshastigheder og derved producere svingninger med lavere frekvens. Tilsvarende vil mindre værdier producere svingninger med højere frekvens.

Her spiller R1 og R2 også en kritisk rolle i bestemmelsen af ​​frekvensen af ​​outputbølgeformen. Dette skyldes, at de styrer spændingstærsklerne, som C1 skal oplade op til. For eksempel, hvis tærsklen er sat til 5V, behøver C1 kun at oplade og aflade op til henholdsvis 5V og -5V. På den anden side, hvis tærsklen er indstillet til 10V, er C1 nødvendig for at oplade og aflade til 10V og -10V.

Så Relaxation Oscillator Frequency Formula vil være:

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

Her, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Hvis modstandene R1 og R2 er lig med hinanden, så

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Anvendelse af afslapningsoscillator

Afslapningsoscillator kan bruges i:

• Signalgeneratorer
• Tællere
• Hukommelseskredsløb
• Spændingsreguleringsoscillatorer
• Sjove kredsløb
• Oscillatorer
• Multi-vibratorer.