Wat is een Oscillator?

een oscillator is een circuit dat een continue, herhaalde, afwisselende golfvorm zonder enige input produceert. Oscillatoren zetten in principe unidirectionele stroom van een gelijkstroombron om in een wisselende golfvorm die van de gewenste frequentie is, zoals bepaald door de circuitcomponenten.

Het basisprincipe achter de werking van oscillatoren kan worden begrepen door het gedrag van een LC-tankcircuit zoals weergegeven in Figuur 1 hieronder te analyseren, waarbij een inductor L en een volledig Vooraf opgeladen condensator C als componenten worden gebruikt. Hier begint de condensator eerst te ontladen via de spoel, wat resulteert in de omzetting van de elektrische energie in het elektromagnetische veld, dat in de spoel kan worden opgeslagen. Zodra de condensator volledig ontladen, zal er geen stroom in het circuit.

tegen die tijd zou het opgeslagen elektromagnetische veld echter een back-emf hebben gegenereerd die resulteert in de stroomstroom door het circuit in dezelfde richting als voorheen. Deze stroomstroom door het circuit gaat door totdat het elektromagnetische veld instort, wat resulteert in de terug-omzetting van elektromagnetische energie in elektrische vorm, waardoor de cyclus zich herhaalt. Nu zou de condensator echter zijn opgeladen met de tegenovergestelde polariteit, waardoor men een oscillerende golfvorm krijgt als uitgang.

de oscillaties die ontstaan door de interconversie tussen de twee energievormen kunnen echter niet eeuwig blijven bestaan, omdat ze zouden worden blootgesteld aan het effect van energieverlies als gevolg van de weerstand van het circuit. Als gevolg hiervan neemt de amplitude van deze oscillaties gestaag af tot nul, waardoor ze in de natuur gedempt zijn.

Dit geeft aan dat men het energieverlies moet compenseren om continue oscillaties met een constante amplitude te verkrijgen. Niettemin dient te worden opgemerkt dat de geleverde energie nauwkeurig moet worden geregeld en gelijk moet zijn aan die van de verloren energie om de oscillaties met constante amplitude te verkrijgen.

Dit komt omdat, als de geleverde energie meer is dan de verloren energie, de amplitude van de oscillaties zal toenemen (figuur 2a) wat leidt tot een vervormde output; terwijl als de geleverde energie minder is dan de verloren energie, dan zal de amplitude van de oscillaties afnemen (figuur 2b) wat leidt tot onhoudbare oscillaties.

in de praktijk zijn de oscillatoren niets anders dan de versterkercircuits die zijn voorzien van een positieve of regeneratieve terugkoppeling waarbij een deel van het uitgangssignaal wordt teruggestuurd naar de ingang (Figuur 3). Hier bestaat de versterker uit een versterkend actief element dat een transistor of een Op-Amp kan zijn en wordt het back-fed in-phase signaal verantwoordelijk gehouden om de oscillaties bij te houden (in stand te houden) door de verliezen in het circuit goed te maken.

zodra de voeding is ingeschakeld, zullen de oscillaties in het systeem worden gestart vanwege de elektronische ruis die erin aanwezig is. Dit ruissignaal reist rond de lus, wordt versterkt en convergeert zeer snel naar een enkele frequentie sinusgolf. De uitdrukking voor de closed-loop gain van de oscillator in Figuur 3 wordt gegeven als:

waarbij A de spanningsverhoging van de versterker is en β de versterking van het feedbacknetwerk. Hier, als Aß > 1, dan zullen de oscillaties toenemen in amplitude (figuur 2a); terwijl als Aß < 1, dan zullen de oscillaties worden gedempt (figuur 2b). Aan de andere kant, Aß = 1 leidt tot de oscillaties die van constante amplitude (figuur 2c). Met andere woorden, dit geeft aan dat als de feedback lus winst klein is, dan de oscillatie dies-out, terwijl als de winst van de feedback lus groot is, dan de output zal worden vervormd; en alleen als de winst van feedback eenheid is, dan zullen de oscillaties van constante amplitude leiden tot zelf-aanhoudende oscillatoire circuit.

Type Oscillator

Er zijn vele soorten oscillatoren, maar kunnen grofweg worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: harmonische oscillatoren (ook wel Lineaire oscillatoren genoemd) en Ontspanningsoscillatoren.

in een harmonische oscillator is de energiestroom altijd van de actieve componenten naar de passieve componenten en wordt de frequentie van oscillaties bepaald door het terugkoppelingspad.

terwijl in een ontspanningsoscillator de energie wordt uitgewisseld tussen de actieve en de passieve componenten en de frequentie van oscillaties wordt bepaald door de bij het proces betrokken laad-en ontlaadtijdconstanten. Verder produceren harmonische oscillatoren laag vervormde sinusgolfuitgangen, terwijl de ontspanningsoscillatoren niet-sinusoïdale (zaagtand, driehoekig of vierkant) golfvormen genereren.

de belangrijkste typen oscillatoren zijn::

• Wien-Brug Oscillator
• RC Fase Verschuiving Oscillator
• Hartley Oscillator
• Voltage Controlled Oscillator
• Colpitts Oscillator
• Clapp Oscillatoren
• kristaloscillatoren
• Armstrong Oscillator
• Tuned Verzamelaar Oscillator
• Gunn Oscillator
• Cross-Gekoppelde Oscillatoren
• Ring Oscillatoren
• Dynatron Oscillatoren
• Meissner Oscillator
• ik Wens-Elektronische Oscillatoren
• Pierce Oscillator
• Robinson Oscillatoren
• Tri-tet Oscillatoren
• Pearson-Anson Oscillatoren
• Delay-Line oscillatoren
• Royer oscillatoren
• Elektronengekoppelde oscillatoren
• Multi-Wave oscillatoren

oscillatoren kunnen ook worden ingedeeld in verschillende typen, afhankelijk van de parameter in kwestie, d.w.z. gebaseerd op het feedbackmechanisme, de vorm van de uitgangsgolfvorm, enz.. Deze classificatietypes worden hieronder gegeven:

1. classificatie op basis van het feedbackmechanisme: positieve Feedback-oscillatoren en negatieve Feedback-oscillatoren.
2. classificatie gebaseerd op de vorm van de Uitvoergolfvorm: Sinus oscillatoren, vierkante of rechthoekige Golf oscillatoren, Sweep oscillatoren (die produceren zaagtand output golfvorm), enz.
3. classificatie op basis van de frequentie van het uitgangssignaal: laagfrequente oscillatoren, Audio-oscillatoren (waarvan de uitgangsfrequentie een audiobereik heeft), radiofrequente oscillatoren, hoogfrequente oscillatoren, zeer hoogfrequente oscillatoren, Ultra hoogfrequente oscillatoren, enz.
4. classificatie op basis van het type gebruikte frequentieregeling: RC oscillatoren, LC oscillatoren, kristal oscillatoren (die een kwartskristal gebruiken om te resulteren in een frequentie gestabiliseerde output golfvorm), enz.
5. classificatie gebaseerd op de aard van de frequentie van de uitgangsgolfvorm: oscillatoren met vaste frequentie en oscillatoren met variabele of afstembare frequentie.

Oscillatortoepassingen

oscillatoren zijn een goedkope en gemakkelijke manier om een specifieke frequentie van een signaal te genereren. Een RC oscillator wordt bijvoorbeeld gebruikt om een laagfrequent signaal te genereren, een LC oscillator wordt gebruikt om een hoogfrequent signaal te genereren en een op-Amp gebaseerde oscillator wordt gebruikt om een stabiele frequentie te genereren.

De frequentie van oscillatie kan worden gevarieerd door de componentwaarde te variëren met potentiometeropstellingen.

enkele veel voorkomende toepassingen van oscillatoren zijn::

• kwartshorloges (die gebruik maken van een kristaloscillator)
• gebruikt in verschillende audio-en videosystemen
• gebruikt in verschillende radio -, TV-en andere communicatieapparatuur
• gebruikt in computers, Metaaldetectoren, verdovingskanonnen, omvormers, ultrasone en radiofrequentietoepassingen.
• gebruikt voor het genereren van klokpulsen voor microprocessors en microcontrollers
• gebruikt in alarmen en gezoem
• gebruikt in metaaldetectors, verdovingskanonnen, omvormers en ultrasone
• gebruikt voor het bedienen van decoratieve lichten (bv. danslampen)