Avslapningsoscillator ved bruk av op

Operasjonsforsterker er en integrert del av elektronikk, og vi har tidligere lært om Op-forsterkere i forskjellige op-amp-baserte kretser og bygde også mange oscillatorkretser ved hjelp av op-amp og andre elektronikkomponenter.

Oscillator refererer vanligvis til kretsen som produserer periodisk og repeterende utgang som en sinusbølge eller firkantbølge. En oscillator kan være en mekanisk eller elektronisk konstruksjon som produserer oscillasjon avhengig av noen få variabler. Tidligere har vi lært om mange populære oscillatorer som RC Phase shift oscillator, Colpitts oscillator, wein bridge oscillator, etc. I dag vil vi lære om en Relaxation Oscillator.

En avslapningsoscillator er den som tilfredsstiller alle nedenstående betingelser:

• Den må gi en ikke-sinusformet bølgeform (av enten spenning eller strømparameter) ved utgangen.
• Det må gi et periodisk signal eller repeterende signal som trekantet, firkantet eller rektangulær bølge ved utgangen.
• Kretsen til en avslapningsoscillator må være en ikke-lineær. Det betyr at utformingen av kretsen må involvere halvledere som Transistor, MOSFET eller OP-AMP.
• Kretsdesignen må også involvere en energilagringsenhet som en kondensator eller induktor som lades og tømmes kontinuerlig for å produsere en syklus. Frekvensen eller perioden for oscillasjon for en slik oscillator avhenger av tidskonstanten for deres respektive kapasitive eller induktive krets.

Arbeid av en avslapningsoscillator

For å få en bedre forståelse av Relaxation Oscillator, la oss først se på hvordan en enkel mekanisme er vist nedenfor.

Mekanismen som vises her er en vipp som alle sannsynligvis opplevde i livet sitt. Planken beveger seg frem og tilbake avhengig av tyngdekraften som massene opplever i begge ender. Enkelt sagt er vippen en komparator av 'Mass', og den sammenligner massen av gjenstander plassert i begge ender av planken. Så uansett hvilken gjenstand som har høyere masse, blir den jevnet mot bakken mens objektet med lavere masse løftes til luft.

I dette vippoppsettet vil vi ha en fast masse 'M' i den ene enden og en tom bøtte i den andre enden som vist på figuren. Ved denne opprinnelige tilstanden vil massen 'M' bli planert til bakken og bøtta vil bli hengt i luften basert på vippeprinsippet diskutert ovenfor.

Hvis du nå slår på kranen som er plassert over den tomme bøtta, begynner vannet å fylle den tomme bøtta og øker dermed massen av hele oppsettet.

Og når skuffen blir helt full, vil hele massen på skuffesiden være mer enn den faste massen 'M' plassert i den andre enden. Så planken beveger seg langs aksen og løfter dermed messen 'M' og jording av vannbøtta.

Når bøtta treffer bakken, blir vannet fylt i bøtta sølt helt over på bakken som vist på figuren. Etter søl vil den totale massen på skuffesiden igjen bli mindre sammenlignet med den faste massen 'M'. Så igjen beveger planken seg langs aksen, og skyver dermed skuffen til luften igjen for en ny fylling.

Denne syklusen med fylling og søl fortsetter å gå opp til vannkilden er tilstede for å fylle bøtta. Og på grunn av denne syklusen beveger planken seg langs aksen med periodiske intervaller, og gir dermed en svingningseffekt.

Nå, hvis vi sammenligner de mekaniske komponentene med elektriske komponenter, så har vi det.

• Skuffen kan betraktes som en energilagringsenhet som enten er en kondensator eller en induktor.
• Seesaw er en komparator eller en op-amp som brukes til å sammenligne spenningene til kondensatoren og referansen.
• Referansespenning tas for nominell sammenligning av kondensatorverdien.
• Vannføringen her kan betegnes som en elektrisk ladning.

Avslapping Oscillator Circuit

Hvis vi tegner den tilsvarende elektriske kretsen for den ovennevnte vippemekanismen, får vi Relaxation Oscillator Circuit som vist nedenfor :

Arbeidet til denne Op-amp Relaxation Oscillator kan forklares som følger:

• Når kranen er slått på, strømmer vannet inn i en vannbøtte og fyller den sakte.
• Etter at vannskuffen er fullstendig fylt, vil hele massen på skuffesiden være mer enn den faste massen 'M' plassert i den andre enden. Når dette skjer, skifter planken sine posisjoner til et mer kompromitterende sted.
• Etter at vannet er helt sølt ut, vil den totale massen på skuffesiden igjen bli mindre sammenlignet med den faste massen 'M'. Så akselen vil bevege seg igjen til utgangsposisjonen.
• Nok en gang blir bøtta fylt med vann etter forrige dispel, og denne syklusen fortsetter for alltid til det strømmer vann fra kranen.

Hvis vi tegner grafen for saken ovenfor, vil den se ut som nedenfor:

Her,

• I utgangspunktet, hvis vi anser at utgangen fra komparatoren er høy, vil kondensatoren i løpet av denne tiden lades. Ved lading av kondensatoren vil terminalspenningen gradvis øke, noe som kan sees i grafen.
• Når kondensatorens terminalspenning når terskelen, vil komparatorutgangen gå fra høy til lav som vist i grafen. Og når komparatorutgangen blir negativ, begynner kondensatoren å tømmes til null. Etter at kondensatoren er fullstendig utladet på grunn av tilstedeværelsen av en negativ utgangsspenning, lades den igjen unntatt i motsatt retning. Som du kan se i grafen på grunn av den negative utgangsspenningen, stiger kondensatorspenningen også i negativ retning.
• Når kondensatoren lades maksimalt i negativ retning, bytter komparatoren utgang fra negativ til positiv. Når utgangen bytter til en positiv syklus, utlades kondensatoren i den negative banen og bygger opp ladninger i den positive banen som vist i grafen.
• Så syklusen av kondensatorladning og utladning i positive og negative baner utløser komparatoren og produserer et firkantbølgesignal ved utgangen som er vist ovenfor.

Hyppighet av avslapningsoscillator

Åpenbart avhenger svingningsfrekvensen av tidskonstanten til C1 og R3 i kretsen. Høyere verdier av C1 og R3 vil føre til lengre lade- og utladningshastigheter, og dermed gi lavere frekvensoscillasjoner. Tilsvarende vil mindre verdier gi svingninger med høyere frekvens.

Her spiller R1 og R2 også en kritisk rolle for å bestemme frekvensen til utgangsbølgeformen. Dette er fordi de kontrollerer spenningsterskelene som C1 trenger å lade opp til. For eksempel, hvis terskelen er satt til 5V, trenger C1 bare å lade og lade ut opp til henholdsvis 5V og -5V. På den annen side, hvis terskelen er satt til 10V, er C1 nødvendig for å lade og avlaste 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 motstandene R1 og R2 er like hverandre, da

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Anvendelse av avslapningsoscillator

Avslapningsoscillator kan brukes i:

• Signalgeneratorer
• Teller
• Minnekretser
• Spenningskontrolloscillatorer
• Morsomme kretsløp
• Oscillatorer
• Multivibratorer.