Avslappningsoscillator med op

Operationsförstärkare är en integrerad del av elektronik, och vi lärde oss tidigare om Op-förstärkare i olika op-amp-baserade kretsar och byggde också många oscillatorkretsar med hjälp av op-amp och andra elektronikkomponenter.

Oscillator hänför sig i allmänhet till kretsen som producerar periodisk och repetitiv utgång som en sinus- eller fyrkantvåg. En oscillator kan vara en mekanisk eller elektronisk konstruktion som producerar oscillation beroende på några variabler. Tidigare lärde vi oss om många populära oscillatorer som RC Phase shift oscillator, Colpitts oscillator, wein bridge oscillator, etc. Idag lär vi oss om en Relaxation Oscillator.

En avslappningsoscillator är den som uppfyller alla nedanstående villkor:

• Den måste tillhandahålla en icke-sinusformad vågform (antingen spänning eller strömparameter) vid utgången.
• Den måste ge en periodisk signal eller repetitiv signal som triangulär, fyrkantig eller rektangulär våg vid utgången.
• Kretsen för en avslappningsoscillator måste vara en olinjär. Det betyder att kretsens design måste involvera halvledaranordningar som Transistor, MOSFET eller OP-AMP.
• Kretsutformningen måste också innefatta en energilagringsenhet som en kondensator eller induktor som laddas och urladdas kontinuerligt för att producera en cykel. Frekvensen eller perioden för oscillation för en sådan oscillator beror på tidskonstanten för deras respektive kapacitiva eller induktiva krets.

Arbeta med en avslappningsoscillator

För en bättre förståelse av Relaxation Oscillator, låt oss först titta på hur en enkel mekanism visas nedan.

Mekanismen som visas här är en gungbräda som alla troligen upplevde i sitt liv. Plankan rör sig fram och tillbaka beroende på gravitationskraften som massorna upplever i båda ändar. Enkelt uttryckt är gungbrädet en jämförare av "Mass" och den jämför massan av föremål placerade på båda ändarna av plankan. Så vilket föremål som har högre massa planas ut mot marken medan objektet med lägre massa lyfts till luft.

I den här gungbräda installationen kommer vi att ha en fast massa 'M' i ena änden och en tom hink i den andra änden som visas i figuren. Vid detta initiala tillstånd kommer massan "M" att vara planad mot marken och skopan kommer att hängas i luften baserat på gungbräda som diskuterats ovan.

Om du sätter på kranen ovanför den tomma skopan, börjar vattnet fylla den tomma skopan och ökar därmed massan av hela installationen.

Och när skopan blir helt full, kommer hela massan på skopssidan att vara mer än den fasta massan "M" placerad i andra änden. Så planken rör sig längs axeln och lyfter därmed massan 'M' och jordar vattenhinken.

När skopan träffar marken spillts vattnet som fylls i skopan helt till marken som visas i figuren. Efter utsläppet kommer den totala massan på skopssidan igen att bli mindre jämfört med den fasta massan "M". Så igen rör sig plankan längs axeln och flyttar därmed skopan till luften igen för en ny fyllning.

Denna påfyllningscykel fortsätter att gå upp tills vattenkällan är närvarande för att fylla skopan. Och på grund av denna cykel rör sig plankan längs axeln med periodiska intervaller, vilket ger en svängningsutgång.

Nu, om vi jämför de mekaniska komponenterna med elektriska komponenter, så har vi det.

• Skopan kan betraktas som en energilagringsanordning som antingen är en kondensator eller en induktor.
• Gungbräda är en komparator eller en op-amp som används för att jämföra kondensatorns spänningar och referens.
• Referensspänning tas för nominell jämförelse av kondensatorvärdet.
• Vattenflödet här kan betecknas som en elektrisk laddning.

Relaxation Oscillator Circuit

Om vi ​​ritar motsvarande elektrisk krets för ovanstående gungbräsmekanism får vi Relaxation Oscillator Circuit som visas nedan :

Arbetet med denna Op-amp Relaxation Oscillator kan förklaras på följande sätt:

• När kranen har slagits på rinner vattnet in i en vattenhink och fyller därmed långsamt.
• När vattenskopan är helt fylld kommer hela massan på skopssidan att vara mer än den fasta massan "M" som placeras i andra änden. När detta har hänt flyttar plankan sina positioner till en mer kompromissfull plats.
• Efter att vattnet har spillts helt ut kommer den totala massan på skopssidan igen att bli mindre jämfört med den fasta massan "M". Så axeln kommer att röra sig igen till sitt ursprungliga läge.
• Återigen fylls skopan med vatten efter den föregående utmatningen och denna cykel fortsätter för alltid tills det rinner vatten från kranen.

Om vi ​​ritar grafen för ovanstående fall kommer det att se ut som nedan:

Här,

• Inledningsvis, om vi anser att komparatorns uteffekt är hög, kommer kondensatorn att laddas under denna tid. Med laddningen av kondensatorn kommer dess utgångsspänning gradvis att stiga, vilket kan ses i diagrammet.
• När kondensatorns utgångsspänning når tröskeln kommer komparatorutgången att gå från hög till låg som visas i diagrammet. Och när komparatorutgången blir negativ börjar kondensatorn att laddas ur till noll. Efter att kondensatorn helt urladdats på grund av närvaron av en negativ utspänning laddas den igen utom i motsatt riktning. Som du kan se i diagrammet på grund av den negativa utspänningen stiger kondensatorns spänning också i negativ riktning.
• När kondensatorn laddats maximalt i negativ riktning, byter komparatorn utgången från negativ till positiv. När utgången väl övergår till en positiv cykel, urladdas kondensatorn i den negativa vägen och bygger upp laddningar i den positiva vägen som visas i grafen.
• Så cykeln av kondensatorladdning och urladdning i positiva och negativa vägar utlöser komparatorn producerar en fyrkantvågssignal vid utgången som visas ovan.

Frekvens av avslappningsoscillator

Uppenbarligen beror svängningsfrekvensen på tidskonstanten för C1 och R3 i kretsen. Högre värden på C1 och R3 kommer att leda till längre laddnings- och urladdningshastigheter, vilket ger lägre frekvensoscillationer. På samma sätt kommer mindre värden att ge högre frekvenssvängningar.

Här spelar R1 och R2 också en avgörande roll för att bestämma frekvensen för utgångsvågformen. Detta beror på att de styr spänningströsklarna som C1 behöver ladda upp till. Till exempel, om tröskeln är inställd på 5V, behöver C1 bara ladda och ladda upp till 5V respektive -5V. Å andra sidan, om tröskeln är inställd på 10V, behövs C1 för att ladda och urladdas till 10V och -10V.

Så Relaxation Oscillator Frequency Formula kommer att vara:

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

Här, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Om motstånden R1 och R2 är lika med varandra, då

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Tillämpning av avslappningsoscillator

Avslappningsoscillator kan användas i:

• Signalgeneratorer
• Räknare
• Minneskretsar
• Spänningsreglerande oscillatorer
• Roliga kretsar
• Oscillatorer
• Multivibratorer.