Oscilator de relaxare folosind op

Amplificatorul operațional este o parte integrantă a Electronicii și am aflat anterior despre amplificatoare de operare în diverse circuite bazate pe amplificatoare de operare și am construit, de asemenea, multe circuite de oscilatoare folosind amplificatoare de operare și alte componente electronice.

Oscilatorul se referă în general la circuitul care produce ieșiri periodice și repetitive ca o undă sinusoidală sau o undă pătrată. Un oscilator poate fi o construcție mecanică sau electronică care produce oscilație în funcție de câteva variabile. Anterior am aflat despre multe oscilatoare populare, cum ar fi oscilatorul RC Phase shift, oscilatorul Colpitts, oscilatorul Wein Bridge, etc. Astăzi vom afla despre un oscilator de relaxare.

Un oscilator de relaxare este cel care îndeplinește toate condițiile de mai jos:

• Trebuie să furnizeze o formă de undă non-sinusoidală (fie de parametru de tensiune, fie de curent) la ieșire.
• Trebuie să furnizeze un semnal periodic sau un semnal repetitiv, cum ar fi unda triunghiulară, pătrată sau dreptunghiulară la ieșire.
• Circuitul unui oscilator de relaxare trebuie să fie unul neliniar. Asta înseamnă că proiectarea circuitului trebuie să implice dispozitive semiconductoare precum tranzistor, MOSFET sau OP-AMP.
• Proiectarea circuitului trebuie să implice, de asemenea, un dispozitiv de stocare a energiei, cum ar fi un condensator sau un inductor, care se încarcă și se descarcă continuu pentru a produce un ciclu. Frecvența sau perioada de oscilație pentru un astfel de oscilator depinde de constanta de timp a circuitului lor capacitiv sau inductiv respectiv.

Funcționarea unui oscilator de relaxare

Pentru o mai bună înțelegere a oscilatorului de relaxare, să analizăm mai întâi funcționarea unui mecanism simplu prezentat mai jos.

Mecanismul prezentat aici este un balansoar pe care toți l-au experimentat probabil în viața lor. Plankul se mișcă înainte și înapoi în funcție de forța gravitațională experimentată de masele de la ambele capete. În termeni simpli, balansoarul este un comparator al „Masei” și compară masa obiectelor plasate pe ambele capete ale scândurii. Deci, oricare dintre obiectele cu masă mai mare se nivelează la sol, în timp ce obiectul cu masa inferioară este ridicat la aer.

În această configurare a balansoarului, vom avea o masă fixă ​​„M” la un capăt și o găleată goală la celălalt capăt, așa cum se arată în figură. În această stare inițială, masa „M” va fi nivelată la sol, iar găleata va fi spânzurată în aer pe baza principiului balansoarului discutat mai sus.

Acum, dacă porniți robinetul plasat deasupra găleată goală, atunci apa începe să umple găleată goală și astfel crește masa întregului set.

Și odată ce cupa se umple complet, atunci întreaga masă de pe partea cupei va fi mai mare decât masa fixă ​​„M” plasată pe celălalt capăt. Deci, scândura se mișcă de-a lungul axei, astfel aerul transportând masa „M” și împământând cupa de apă.

Odată ce găleata lovește pământul, apa umplută în găleată se varsă complet la pământ, așa cum se arată în figură. După vărsare, masa totală pe partea cupei va deveni din nou mai mică în comparație cu masa fixă ​​„M”. Deci, din nou, scândura se mișcă de-a lungul axei, mutând astfel găleată în aer pentru o altă umplere.

Acest ciclu de umplere și vărsare continuă să crească până când sursa de apă este prezentă pentru a umple găleată. Și din cauza acestui ciclu, scândura se mișcă de-a lungul axei cu intervale periodice, dând astfel o ieșire de oscilație.

Acum, dacă comparăm componentele mecanice cu componentele electrice, atunci avem.

• Cupa poate fi considerată ca un dispozitiv de stocare a energiei care este fie un condensator, fie un inductor.
• Seesaw este un comparator sau un amplificator operațional utilizat pentru compararea tensiunilor condensatorului și a referinței.
• Se ia tensiunea de referință pentru comparația nominală a valorii condensatorului.
• Debitul de apă aici poate fi denumit o încărcare electrică.

Circuitul oscilatorului de relaxare

Dacă desenăm circuitul electric echivalent pentru mecanismul de balansoar de mai sus, vom obține circuitul oscilatorului de relaxare așa cum se arată mai jos :

Funcționarea acestui oscilator de relaxare amplificator op poate fi explicată după cum urmează:

• Odată ce robinetul este pornit, apa curge într-o găleată de apă, umplându-o astfel încet.
• După ce găleată de apă este complet umplută, întreaga masă de pe partea găleată va fi mai mare decât masa fixă ​​„M” plasată pe celălalt capăt. Odată ce acest lucru se întâmplă, scândura își mută pozițiile într-un loc mai compromis.
• După ce apa este vărsată complet, masa totală din partea cupei va deveni din nou mai mică în comparație cu masa fixă ​​„M”. Deci arborele se va deplasa din nou în poziția sa inițială.
• Încă o dată găleată se umple cu apă după eliminarea anterioară și acest ciclu continuă pentru totdeauna până când curge apă de la robinet.

Dacă desenăm graficul pentru cazul de mai sus, va arăta cam ca mai jos:

Aici,

• Inițial, dacă considerăm că ieșirea comparatorului este mare, atunci în acest timp condensatorul se va încărca. Odată cu încărcarea condensatorului, tensiunea terminală a acestuia va crește treptat, ceea ce poate fi văzut în grafic.
• Odată ce tensiunea terminalului condensatorului atinge pragul, ieșirea comparatorului va merge de la mare la scăzut, așa cum se arată în grafic. Și când ieșirea comparatorului devine negativă, condensatorul începe să se descarce la zero. După ce condensatorul se descarcă complet din cauza prezenței unei tensiuni de ieșire negative, se încarcă din nou, cu excepția direcției opuse. După cum puteți vedea în grafic din cauza tensiunii de ieșire negative, tensiunea condensatorului crește, de asemenea, într-o direcție negativă.
• Odată ce condensatorul se încarcă la maxim într-o direcție negativă, comparatorul comută ieșirea de la negativ la pozitiv. Odată ce ieșirea trece la un ciclu pozitiv, condensatorul se descarcă în calea negativă și acumulează sarcini în calea pozitivă așa cum se arată în grafic.
• Deci, ciclul de încărcare și descărcare a condensatorului pe căi pozitive și negative declanșează comparatorul produce un semnal de undă pătrată la ieșire, care este prezentat mai sus.

Frecvența oscilatorului de relaxare

Evident, frecvența oscilației depinde de constanta de timp a lui C1 și R3 în circuit. Valorile mai mari ale C1 și R3 vor duce la rate mai mari de încărcare și descărcare, producând astfel oscilații de frecvență mai mici. În mod similar, valorile mai mici vor produce oscilații de frecvență mai mari.

Aici R1 și R2 joacă, de asemenea, un rol critic în determinarea frecvenței formei de undă de ieșire. Acest lucru se datorează faptului că controlează pragurile de tensiune pe care C1 trebuie să le încarce. De exemplu, dacă pragul este setat la 5V, atunci C1 trebuie să se încarce și să descarce doar până la 5V și respectiv -5V. Pe de altă parte, dacă pragul este setat la 10V, atunci C1 este necesar pentru încărcare și descărcare la 10V și -10V.

Deci Formula de frecvență a oscilatorului de relaxare va fi:

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

Aici, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Dacă rezistențele R1 și R2 sunt egale între ele, atunci

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Aplicarea oscilatorului de relaxare

Oscilatorul de relaxare poate fi utilizat în:

• Generatoare de semnal
• Contoare
• Circuite de memorie
• Oscilatoare de control al tensiunii
• Circuite distractive
• Oscilatoare
• Multi-vibratori.