ce este un oscilator?

un oscilator este un circuit care produce o formă de undă continuă, repetată, alternantă, fără nicio intrare. Oscilatoarele convertesc practic fluxul de curent unidirecțional dintr-o sursă de curent continuu într-o formă de undă alternativă care are frecvența dorită, așa cum este decisă de componentele sale de circuit.

principiul de bază din spatele funcționării oscilatoarelor poate fi înțeles prin analizarea comportamentului unui circuit de rezervor LC prezentat în Figura 1 de mai jos, care folosește un inductor L și un condensator C complet preîncărcat ca componente. Aici, la început, condensatorul începe să se descarce prin inductor, ceea ce duce la conversia energiei sale electrice în câmpul electromagnetic, care poate fi stocat în inductor. Odată ce condensatorul se descarcă complet, nu va exista flux de curent în circuit.

cu toate acestea, până atunci, câmpul electromagnetic stocat ar fi generat un back-emf care are ca rezultat curgerea curentului prin circuit în aceeași direcție ca cea anterioară. Acest flux de curent prin circuit continuă până când câmpul electromagnetic se prăbușește, ceea ce duce la conversia înapoi a energiei electromagnetice în formă electrică, determinând repetarea ciclului. Cu toate acestea, acum condensatorul s-ar fi încărcat cu polaritatea opusă, datorită căreia se obține o formă de undă oscilantă ca ieșire.cu toate acestea, oscilațiile care apar datorită inter-conversiei dintre cele două forme de energie nu pot continua pentru totdeauna, deoarece ar fi supuse efectului pierderii de energie datorită rezistenței circuitului. Ca urmare, amplitudinea acestor oscilații scade constant pentru a deveni zero, ceea ce le face amortizate în natură.

aceasta indică faptul că, pentru a obține oscilațiile care sunt continue și de amplitudine constantă, trebuie compensată pierderea de energie. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că energia furnizată trebuie controlată cu precizie și trebuie să fie egală cu cea a energiei pierdute pentru a obține oscilațiile cu amplitudine constantă.

acest lucru se datorează faptului că, dacă energia furnizată este mai mare decât energia pierdută, atunci amplitudinea oscilațiilor va crește (figura 2a) ducând la o ieșire distorsionată; în timp ce dacă energia furnizată este mai mică decât energia pierdută, atunci amplitudinea oscilațiilor va scădea (figura 2b) ducând la oscilații nesustenabile.

practic, oscilatoarele nu sunt altceva decât circuitele amplificatorului care sunt prevăzute cu un feedback pozitiv sau regenerativ în care o parte a semnalului de ieșire este alimentată înapoi la intrare (Figura 3). Aici amplificatorul constă dintr-un element activ de amplificare care poate fi un tranzistor sau un Op-Amp și semnalul în fază alimentat înapoi este considerat responsabil pentru a menține (susține) oscilațiile prin compensarea pierderilor din circuit.

odată ce sursa de alimentare este pornită, oscilațiile vor fi inițiate în sistem datorită zgomotului electronic prezent în acesta. Acest semnal de zgomot se deplasează în jurul buclei, se amplifică și Converge foarte repede la o singură undă sinusoidală de frecvență. Expresia pentru câștigul în buclă închisă al oscilatorului prezentat în Figura 3 este dată ca:

unde A este câștigul de tensiune al amplificatorului și iar pentru rețeaua de feedback-ul este necesar. Aici, dacă un > 1, atunci oscilațiile vor crește în amplitudine (figura 2a); în timp ce dacă un < 1, atunci oscilațiile vor fi amortizate (figura 2b). Pe de altă parte, un 0XT = 1 conduce la oscilațiile de amplitudine constantă (figura 2c). Cu alte cuvinte, acest lucru indică faptul că, dacă câștigul buclei de feedback este mic, atunci oscilația se stinge, în timp ce dacă câștigul buclei de feedback este mare, atunci ieșirea va fi distorsionată; și numai dacă câștigul de feedback este unitate, atunci oscilațiile vor avea o amplitudine constantă care va duce la circuitul oscilator auto-susținut.

tip de oscilator

există mai multe tipuri de oscilatoare, dar în linii mari pot fi clasificate în două categorii principale – oscilatoare armonice (de asemenea, cunoscut sub numele de oscilatoare liniare) și oscilatoare de relaxare.

într-un oscilator armonic, fluxul de energie este întotdeauna de la componentele active la componentele pasive, iar frecvența oscilațiilor este decisă de calea de feedback.

în timp ce într-un oscilator de relaxare, energia este schimbată între componentele active și cele pasive, iar frecvența oscilațiilor este determinată de constantele de timp de încărcare și descărcare implicate în proces. Mai mult, oscilatoarele armonice produc ieșiri sinusoidale distorsionate, în timp ce oscilatoarele de relaxare generează forme de undă non-sinusoidale (dinți de ferăstrău, triunghiulare sau pătrate).

principalele tipuri de oscilatoare includ:

• Wien Podul oscilator
• RC Faza Shift oscilator
• Hartley oscilator
• tensiune controlată oscilator
• Colpitts oscilator
• Clapp oscilatoare
• cristal oscilator
• Armstrong oscilator
• reglat colector oscilator
• Gunn oscilator
• Cross-cuplat oscilatoare
• inel oscilatoare
• Dynatron oscilatoare
• Meissner oscilatoare
• Doresc-oscilatoare electronice
• Pierce oscilatoare
• Robinson oscilatoare
• tri-Tet oscilatoare
• Pearson-Anson oscilatoare
• oscilatoare cu linie de întârziere
• oscilatoare Royer
• oscilatoare cuplate cu electroni
• oscilatoare cu mai multe unde

oscilatoarele pot fi, de asemenea, clasificate în diferite tipuri, în funcție de parametrul considerat, adică pe baza mecanismului de feedback, a formei de undă de ieșire etc.. Aceste tipuri de clasificări au fost prezentate mai jos:

1. clasificare bazată pe mecanismul de Feedback: oscilatoare cu Feedback pozitiv și oscilatoare cu Feedback negativ.
2. clasificarea pe baza formei de undă de ieșire: Oscilatoare de undă sinusoidală, oscilatoare de undă pătrate sau dreptunghiulare, oscilatoare de măturare (care produc formă de undă de ieșire a dinților de ferăstrău) etc.
3. clasificare bazată pe frecvența semnalului de ieșire: oscilatoare de joasă frecvență, oscilatoare Audio (a căror frecvență de ieșire este de gamă audio), oscilatoare de frecvență Radio, oscilatoare de înaltă frecvență, oscilatoare de foarte înaltă frecvență, oscilatoare de înaltă frecvență etc.
4. clasificare pe baza tipului de Control al frecvenței utilizat: Oscilatoare RC, oscilatoare LC, oscilatoare de cristal (care utilizează un cristal de cuarț pentru a avea ca rezultat o formă de undă de ieșire stabilizată în frecvență) etc.
5. clasificare bazată pe natura frecvenței formei de undă de ieșire: oscilatoare de frecvență fixă și oscilatoare de frecvență variabile sau acordabile.

Aplicații oscilator

oscilatoare sunt un mod ieftin și ușor de a genera frecvență specifică a unui semnal. De exemplu, un oscilator RC este utilizat pentru a genera un semnal de joasă frecvență, un oscilator LC este utilizat pentru a genera un semnal de înaltă frecvență și un oscilator bazat pe Op-Amp este utilizat pentru a genera o frecvență stabilă.

frecvența oscilației poate fi variată prin variația valorii componentei cu aranjamentele potențiometrului.

unele aplicații comune ale oscilatoarelor includ:

• Ceasuri de cuarț (care utilizează un oscilator de cristal)
• utilizate în diverse sisteme audio și sisteme video
• utilizate în diverse dispozitive de radio, TV și alte dispozitive de comunicare
• utilizate în computere, detectoare de metale, arme de asomare, invertoare, aplicații cu ultrasunete și frecvență radio.
• utilizate pentru a genera impulsuri de ceas pentru microprocesoare și micro-controlere
• utilizate în alarme și buzzes
• utilizate în detectoare de metale, pistoale paralizante, invertoare, și cu ultrasunete
• utilizate pentru a opera lumini decorative (de exemplu, lumini de dans)