Oscilator

În electronică, un oscilator este un circuit electronic care generează forme de undă de frecvență , formă și amplitudine de mai multe tipuri fără semnal de intrare . Unele sunt concepute pentru a putea genera frecvență, formă și amplitudine variabile prin intermediul sistemelor de control, cum ar fi tensiunile sau potențiometrele .

Descriere

Oscilatoarele pot fi împărțite în două categorii principale:

armonice sau sinusoidale (sau mai corect aproape sinusoidale );
la relaxare sau blocat.

Oscilatoarele în vastitatea lor sunt utilizate în nenumărate aplicații, de la sincronizarea circuitelor digitale și non- digitale , la generarea de suporturi pentru telecomunicații , la instrumente electromedicale etc.

Pentru orice oscilator, se aplică și următoarele nomenclatoare notabile:

dacă acționează o forță externă proporțională cu viteza de amortizare ( frecare ) F _S care va avea propria frecvență variabilă ω _S , vorbim despre un oscilator amortizat ; altfel este simplu;
dacă acționează o forță externă care variază sinusoidal cu timpul F _F cu o frecvență constantă ω _F , vorbim despre un oscilator forțat ; altfel este gratuit.

Oscilatoare armonice electrice

Oscilatoarele armonice produc un semnal de tendință sinusoidală (sau cât mai aproape de acesta).

În esență, este un amplificator în care ieșirea este readusă la intrare cu feedback pozitiv printr-un filtru de bandă îngust. Când circuitul este pornit, amplificatorul produce inevitabil zgomot la ieșire. Bucla de feedback alimentează componentele de zgomot ale frecvenței filtrului de trecere a benzii care sunt amplificate. Ciclul se repetă până la atingerea vitezei de funcționare.

Oscilatoarele sinusoidale pot fi împărțite în trei categorii principale pe baza elementelor de circuit utilizate.

Oscilatoare RC : folosesc, pe lângă elemente active, exclusiv rezistențe și condensatoare ( circuit RC ). Printre acestea sunt de menționat: oscilatorul de pod Wien, oscilatorul de fază , oscilatorul Double T , oscilatorul în cuadratură.
Oscilatoare LC : utilizează, pe lângă elementele active, circuite de reacție cu rezistențe, condensatori și inductori. Particularitatea lor este de a exploata un rezonator RLC pentru a asigura stabilitatea la oscilații. Merită menționat: oscilatorul Van der Pol , oscilatorul Colpitts , oscilatorul Hartley , oscilatorul Meissner .
Oscilatoare cu cuarț : această ultimă categorie de oscilatoare utilizează un cristal de cuarț piezoelectric al cărui comportament este similar cu cel al unui circuit LC . Aceste oscilatoare au calități remarcabile de stabilitate a frecvenței și stabilitate la temperatură, date de calitățile excelente ale oscilatorului mecanic al cristalelor piezoelectrice de cuarț. Cel mai cunoscut este oscilatorul Pierce .

Principalele soluții de circuite utilizate în electronică pentru a crea oscilatoare armonice sunt:

Hartley

Schema oscilatorului Hartley la FET

Oscilatorul Hartley este de tip LC în care feedback-ul este de tip cuplat inductiv printr-un transformator reglat (pentru frecvențe înalte acestea sunt două bobine înfășurate în aer). Alternativ, se folosește o singură bobină care acționează ca un autotransformator reglat, ca în exemplul din figură.

Frecvența de rezonanță poate fi variată acționând asupra condensatorului variabil, păstrând amplitudinea semnalului produs relativ constant. Dezavantajele acestei soluții sunt producerea de armonici nedorite și, prin urmare, o formă de undă care nu este perfect sinusoidală.

Este de obicei utilizat la frecvențe peste 100 MHz pentru a depăși problemele de instabilitate ale raportului de capacitate dintre cei 2 condensatori ai Colpitts.

Colpitts

Oscilatorul Colpitts poartă numele creatorului său, Edwin H. Colpitts. Este o soluție simplă și fiabilă, capabilă să genereze semnale de bună calitate fără efort de proiectare excesiv.

Circuitul Colpitts este similar circuitului Hartley cu diferența că reacția are loc printr-un filtru format dintr-un inductor și doi condensatori . Este utilizat în mod normal la frecvențe sub 100 MHz.

Seiler

Același subiect în detaliu: Oscilator Seiler .

Oscilatorul Seiler este un emițător de bază (sau catod de rețea sau sursă de poartă) Colpitts în care cuplarea la rezonatorul paralel are loc printr-un condensator mic Acest lucru face ca o amplificare a tensiunii și a impedanței pătratice să fie ^{[ nu este clară ]} , aceasta aduce o cantitate neglijabilă de energie transferată rezonatorului, iar stabilitatea (chiar mai bună decât cea a oscilatorului Vackar ) este foarte mare, dar timpul de stabilire devine foarte lung decât Echivalent Colpitts.

Vackar

Același subiect în detaliu: oscilatorul Vackar .

O versiune modificată a Colpitts a fost creată de Vackar cu simpla interpunere a unui condensator mic care crește foarte mult stabilitatea oscilatorului. Deoarece energia transferată este deosebit de mică, această îmbunătățire este în detrimentul timpului de decontare.

Clapp

Diagrama oscilatorului Clapp (polarizarea curentului continuu nu este indicată)

În oscilatorul Clapp, rețeaua de feedback este formată dintr-o singură bobină și trei condensatoare, dintre care două (C1 și C2 în figură) constituie un divizor de tensiune care determină cantitatea de feedback către componenta activă.

Oscilatorul Clapp este în esență un Colpitts plus un condensator de serie la bobină. Frecvența de oscilație în hertz pentru circuitul din figură este:

$f_{0}={1 \over 2\pi }{\sqrt {{1 \over L}\left({1 \over C_{0}}+{1 \over C_{1}}+{1 \over C_{2}}\right)}}\ .$ ${\ displaystyle f_ {0} = {1 \ over 2 \ pi} {\ sqrt {{1 \ over L} \ left ({1 \ over C_ {0}} + {1 \ over C_ {1}} + { 1 \ peste C_ {2}} \ dreapta)}} \.}$ ${\ displaystyle f_ {0} = {1 \ over 2 \ pi} {\ sqrt {{1 \ over L} \ left ({1 \ over C_ {0}} + {1 \ over C_ {1}} + { 1 \ peste C_ {2}} \ dreapta)}} \.}$

Circuitul Clapp oferă performanțe mai bune decât Colpitts în construcția oscilatoarelor de frecvență variabilă (VFO), deoarece este posibil să variați capacitatea condensatorului în serie cu bobina fără a modifica magnitudinea feedback-ului și, prin urmare, stabilitatea semnalului . În modul astabil, deplasează ieșirea cu 90 ° spre dreapta.

Meissner

Același subiect în detaliu: Oscilatorul Meissner .

Este un oscilator cu feedback obținut prin cuplarea transformatorului inventat de Alexander Meissner , utilizat în special cu tuburi de vid .

La podul Wien

Schema oscilatorului pod Wien cu amplificator operațional

Același subiect în detaliu: oscilatorul de pod Wien .

Acest oscilator își bazează funcționarea pe circuitul pod Wien dezvoltat de Max Wien în 1891 . La vremea Wienului nu se inventaseră încă dispozitive active, adică capabile de amplificare, iar oscilatorul nu putea fi realizat. Ideea modernă se datorează lui William Hewlett , cofondator al Hewlett Packard , care a prezentat-o în teza de absolvire de la Universitatea Stanford . Nu întâmplător circuitul, capabil să producă un semnal sinusoidal optim, a fost utilizat pentru prima dată în oscilatorul de precizie HP 200A.

Frecvența de oscilație este (R = R ₁ = R ₂ și C = C ₁ = C ₂ ):

$f={\frac {1}{2\pi RC}}$ ${\ displaystyle f = {\ frac {1} {2 \ pi RC}}}$ ${\ displaystyle f = {\ frac {1} {2 \ pi RC}}}$

Cheia distorsiunii limitate a oscilatorului Hewlett constă în stabilizarea amplitudinii. Amplitudinea semnalului dintr-un oscilator tinde să crească până când capetele superioare și inferioare ale sinusoidului sunt aplatizate din cauza saturației. Hewlett a folosit o lampă cu incandescență pentru a limita câștigul amplificatorului într-un mod neliniar. Rezistența filamentului crește odată cu creșterea temperaturii, la rândul său crescută de curent datorită efectului Joule . Circuitul este conceput astfel încât o creștere a rezistenței produsă de o creștere a nivelului semnalului să ducă la o reducere a câștigului.

Astăzi tranzistoarele FET sau fotocelule sunt utilizate în același scop, obținând distorsiuni mai mici de 0,0008% (8 părți pe milion ) cu variații mici în comparație cu circuitul original, în timp ce sistemele LED / fotorezistorul CdS permit distorsiuni mai mici de 3 ppm.

Oscilatoare de relaxare

Oscilatoarele de relaxare sunt anumite tipuri de oscilatoare capabile să emită impulsuri sau semnale electrice de diferite forme non-sinusoidale, de exemplu unde pătrate , unde din dinte de ferăstrău și impulsuri de scurtă durată, urmate de un timp de recuperare mai lung.

Acestea constau dintr-o componentă neliniară care descarcă periodic energia stocată într-un condensator sau inductor, provocând o schimbare bruscă a ieșirii. Printre elementele neliniare care pot fi utilizate se numără: tranzistoare de joncțiune bipolare , diac și lămpi de neon .

Pentru simplitate, ia în considerare o lampă neon. Gazul conținut rămâne izolant până când tensiunea de la capetele sale depășește o valoare critică, după care se declanșează o conducere avalanșă și tensiunea de la capetele tubului se prăbușește la valori mult mai mici. Conducerea gazului încetează când tensiunea scade sub un prag minim. Așezați un condensator în paralel cu tubul și un rezistor în serie cu cele două elemente. Prin aplicarea tensiunii, condensatorul începe să se încarce cu o perioadă τ = RC. Când tensiunea depășește valoarea de declanșare a tubului, condensatorul este descărcat imediat până la tensiunea de decuplare a tubului și ciclul se reia. Circuitul astfel constituit produce la ieșire sau la capetele condensatorului, un semnal aproximativ din dinte de ferăstrău.

Semnalele de impulsuri sau unde pătrate produse de un oscilator de relaxare pot fi utilizate pentru a conduce circuite digitale precum contoare, temporizatoare și chiar microprocesoare. Cu toate acestea, oscilatoarele cu cuarț sunt adesea preferate din motive de stabilitate a frecvenței .

Formele de undă triunghiulare și din dinte de ferăstrău sunt utilizate în devierea periei de electroni în tuburile de imagine ale osciloscoapelor și televizoarelor analogice.

Schemă multivibrator stabilă. Observați simetria circuitului.

Un anumit tip de oscilator de relaxare este astable multivibrator. La fel ca toți multivibratorii, este un circuit care poate fi într-una din cele două stări posibile. În multivibratorul astabil, nici o stare nu este stabilă, astfel încât circuitul continuă să treacă de la o condiție la alta, cu o perioadă determinată de valorile condensatorilor și rezistențelor prezente.

Multivibratorul astabil produce de obicei o undă pătrată cu un ciclu de funcționare în funcție de gradul de simetrie al circuitului.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține dicționarul lemă « oscilator »
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre oscilator

linkuri externe

( RO ) Articol despre oscilatoare , pe electronixandmore.com . Adus la 25 martie 2008 (arhivat din original la 23 august 2007) .

Controlul autorității	GND ( DE ) 4172975-4

Portal electronic : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de electronică