Hvad er en Oscillator?

en oscillator er et kredsløb, der producerer en kontinuerlig, gentagen, vekslende bølgeform uden input. Oscillatorer konverterer dybest set ensrettet strøm fra en DC-kilde til en vekslende bølgeform, der har den ønskede frekvens, som bestemt af dens kredsløbskomponenter.

det grundlæggende princip bag oscillatorernes arbejde kan forstås ved at analysere opførslen af et LC-tankkredsløb vist i Figur 1 nedenfor, der anvender en induktor L og en fuldstændig forladet kondensator C som dens komponenter. Her begynder kondensatoren først at aflade via induktoren, hvilket resulterer i omdannelsen af dens elektriske energi til det elektromagnetiske felt, som kan opbevares i induktoren. Når kondensatoren er helt afladet, vil der ikke være nogen strøm i kredsløbet.

men da ville det lagrede elektromagnetiske felt have genereret en back-emf, som resulterer i strømmen af strøm gennem kredsløbet i samme retning som før. Denne strømstrøm gennem kredsløbet fortsætter, indtil det elektromagnetiske felt kollapser, hvilket resulterer i tilbagekonvertering af elektromagnetisk energi til elektrisk form, hvilket får cyklussen til at gentage. Men nu ville kondensatoren have ladet med den modsatte polaritet, på grund af hvilken man får en oscillerende bølgeform som output.

de svingninger, der opstår på grund af inter-konvertering mellem de to energiformer, kan imidlertid ikke fortsætte for evigt, da de ville blive udsat for effekten af energitab på grund af kredsløbets modstand. Som følge heraf falder amplituden af disse svingninger støt for at blive nul, hvilket gør dem dæmpet i naturen.

dette indikerer, at man for at opnå de oscillationer, der er kontinuerlige og med konstant amplitude, skal kompensere for energitabet. Ikke desto mindre skal det bemærkes, at den leverede energi skal styres nøjagtigt og skal være lig med den energi, der går tabt for at opnå svingningerne med konstant amplitude.

dette skyldes, at hvis den leverede energi er mere end den tabte energi, vil oscillationsamplituden stige (figur 2a), hvilket fører til en forvrænget udgang; mens hvis den leverede energi er mindre end den tabte energi, vil oscillationsamplituden falde (figur 2b), hvilket fører til uholdbare svingninger.

praktisk talt er oscillatorerne intet andet end forstærkerkredsløbene, der er forsynet med en positiv eller regenerativ feedback, hvor en del af udgangssignalet føres tilbage til indgangen (figur 3). Her består forstærkeren af et forstærkende aktivt element, der kan være en transistor eller en op-forstærker, og det bagfodrede fasesignal holdes ansvarlig for at holde op (opretholde) svingningerne ved at kompensere for tabene i kredsløbet.

når strømforsyningen er tændt, vil oscillationerne blive startet i systemet på grund af den elektroniske støj, der er til stede i den. Dette støjsignal bevæger sig rundt i løkken, bliver forstærket og konvergerer til en enkelt frekvens sinusbølge meget hurtigt. Udtrykket for oscillatorens lukkede sløjfeforstærkning vist i figur 3 er angivet som:

hvor A er forstærkerens spændingsforstærkning, og Lars er forstærkningen af feedback-netværket. Her, hvis en Pri > 1, så vil oscillationerne stige i amplitude (figur 2a); mens hvis en Krish < 1, vil oscillationerne blive dæmpet (figur 2b). På den anden side fører en kur = 1 til svingningerne, der har konstant amplitude (figur 2C). Med andre ord indikerer dette, at hvis feedback loop gain er lille, så dør oscillationen ud, mens hvis forstærkningen af feedback loop er stor, så vil udgangen blive forvrænget; og kun hvis gevinsten af feedback er enhed, så vil oscillationerne være af konstant amplitude, der fører til selvbærende oscillatorisk kredsløb.

Type Oscillator

Der er mange typer oscillatorer, men kan bredt klassificeres i to hovedkategorier – harmoniske oscillatorer (også kendt som lineære oscillatorer) og Afslapningsoscillatorer.

i en harmonisk oscillator er energistrømmen altid fra de aktive komponenter til de passive komponenter, og frekvensen af svingninger bestemmes af feedbackstien.

mens i en afslapningsoscillator udveksles energien mellem de aktive og de passive komponenter, og frekvensen af svingninger bestemmes af de opladnings-og afladningstidskonstanter, der er involveret i processen. Endvidere producerer harmoniske oscillatorer lavforvrængede sinusbølgeudgange, mens afslapningsoscillatorerne genererer ikke-sinusformede (savtand, trekantede eller firkantede) bølgeformer.

hovedtyperne af oscillatorer omfatter:RC Phase Shift Oscillator

oscillatorer kan også klassificeres i forskellige typer afhængigt af den betragtede parameter, dvs.baseret på feedbackmekanismen, formen af udgangsbølgeformen osv.. Disse klassificeringstyper er angivet nedenfor:

1. klassificering baseret på feedbackmekanismen: positive Feedback oscillatorer og Negative Feedback oscillatorer.
2. klassificering baseret på formen af Outputbølgeformen: Sinusbølgeoscillatorer, firkantede eller rektangulære Bølgeoscillatorer, Fejeoscillatorer (som producerer savtandudgangsbølgeform) osv.
3. klassificering baseret på frekvensen af udgangssignalet: lavfrekvente oscillatorer, Lydoscillatorer (hvis Udgangsfrekvens er af lydområde), Radiofrekvensoscillatorer, højfrekvente oscillatorer, meget højfrekvente oscillatorer, ultrahøjfrekvente oscillatorer osv.
4. klassificering baseret på typen af den anvendte frekvensstyring: RC-oscillatorer, LC-oscillatorer, krystaloscillatorer (som bruger en kvartskrystal til at resultere i en frekvensstabiliseret udgangsbølgeform) osv.
5. klassificering baseret på arten af frekvensen af Udgangsbølgeform: faste Frekvensoscillatorer og Variable eller indstillelige Frekvensoscillatorer.

Oscillator applikationer

oscillatorer er en billig og nem måde at generere specifik frekvens af et signal. For eksempel bruges en RC-oscillator til at generere et lavfrekvent signal, en LC-oscillator bruges til at generere et højfrekvent signal, og en op-Amp-baseret oscillator bruges til at generere en stabil frekvens.

oscillationsfrekvensen kan varieres ved at variere komponentværdien med potentiometerarrangementer.

nogle almindelige anvendelser af oscillatorer inkluderer:

• kvartsur (som bruger en krystaloscillator)
• brugt i forskellige lydsystemer og videosystemer
• brugt i forskellige radio -, TV-og andre kommunikationsenheder
• brugt i computere, metaldetektorer, stun guns, invertere, ultralyds-og radiofrekvensapplikationer.
• bruges til at generere urpulser til mikroprocessorer og mikrocontrollere
• bruges i alarmer og brummer
• bruges i metaldetektorer, stun guns, invertere og ultralyd
• bruges til at betjene dekorative lys (f. eks. danselys)