క్రియాశీల మూలకం వలె ఆప్ ఆంప్ ఉపయోగించి ఓసిలేటర్ బిల్డ్ను ఆప్ ఆంప్ ఓసిలేటర్ అంటారు.
ఈ పోస్ట్లో ఓపాంప్ ఆధారిత ఓసిలేటర్లను ఎలా రూపొందించాలో నేర్చుకుంటాము మరియు స్థిరమైన ఓసిలేటర్ డిజైన్ను రూపొందించడానికి అవసరమైన అనేక క్లిష్టమైన కారకాల గురించి.
ఒప్ ఆంప్ ఆధారిత ఓసిలేటర్లను సాధారణంగా చదరపు, సాటూత్, త్రిభుజాకార మరియు సైనూసోయిడల్ వంటి ఖచ్చితమైన, ఆవర్తన తరంగ రూపాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.
సాధారణంగా అవి ఒకే క్రియాశీల పరికరం, లేదా దీపం లేదా క్రిస్టల్ ఉపయోగించి పనిచేస్తాయి మరియు ఉత్పత్తిని ఉత్పత్తి చేయడానికి రెసిస్టర్లు, కెపాసిటర్లు మరియు ప్రేరకాలు వంటి కొన్ని నిష్క్రియాత్మక పరికరాలతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి.
Op-amp ఓసిలేటర్ వర్గాలు
మీరు ఓసిలేటర్ల యొక్క ప్రాధమిక సమూహాలను కనుగొంటారు: విశ్రాంతి మరియు సైనూసోయిడల్.
రిలాక్సేషన్ ఓసిలేటర్లు త్రిభుజాకార, సాటూత్ మరియు ఇతర నాన్సిన్యూయిడల్ తరంగ రూపాలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
సైనూసోయిడల్ ఓసిలేటర్లు ఆప్సిలేషన్లను సృష్టించడానికి అలవాటుపడిన అదనపు భాగాలను ఉపయోగించి ఆప్-ఆంప్స్ను కలిగి ఉంటాయి లేదా అంతర్నిర్మిత డోలనం జనరేటర్లను కలిగి ఉన్న స్ఫటికాలను కలిగి ఉంటాయి.
సైన్ వేవ్ ఓసిలేటర్లను అనేక సర్క్యూట్ అనువర్తనాలలో మూలాలు లేదా పరీక్ష తరంగ రూపాలుగా ఉపయోగిస్తారు.
స్వచ్ఛమైన సైనూసోయిడల్ ఓసిలేటర్ కేవలం ఒక వ్యక్తి లేదా ప్రాథమిక పౌన frequency పున్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది: ఆదర్శంగా ఎటువంటి హార్మోనిక్స్ లేకుండా.
తత్ఫలితంగా, సైనోసోయిడల్ వేవ్ సర్క్యూట్కు ఇన్పుట్ కావచ్చు, వక్రీకరణ స్థాయిని పరిష్కరించడానికి లెక్కించిన అవుట్పుట్ హార్మోనిక్స్ ఉపయోగించి.
సడలింపు ఓసిలేటర్లలోని తరంగ రూపాలు సైనూసోయిడల్ తరంగాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి, ఇవి నిర్ణీత ఆకారాన్ని అందించడానికి సంగ్రహించబడతాయి.
ఆడియో, ఫంక్షన్ జనరేటర్లు, డిజిటల్ సిస్టమ్స్ మరియు కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్స్ వంటి అనువర్తనాల్లో సూచనగా ఉపయోగించబడే స్థిరమైన ప్రేరణలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఆసిలేటర్లు సహాయపడతాయి.
సైన్ వేవ్ ఆసిలేటర్లు
సైనూసోయిడల్ ఓసిలేటర్లు సర్దుబాటు చేయగల డోలనం పౌన encies పున్యాలు లేదా ముందుగా నిర్ణయించిన డోలనం పౌన .పున్యాన్ని కలిగి ఉన్న స్ఫటికాలను కలిగి ఉన్న RC లేదా LC సర్క్యూట్లను ఉపయోగించి ఆప్-ఆంప్స్ను కలిగి ఉంటాయి.
సెంట్రల్ ఆప్-ఆంప్తో కట్టిపడేసిన నిష్క్రియాత్మక మరియు క్రియాశీల భాగాల ఎంపిక ద్వారా డోలనం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వ్యాప్తి స్థాపించబడతాయి.
Op-amp ఆధారిత ఓసిలేటర్లు అస్థిరంగా ఉండటానికి సృష్టించబడిన సర్క్యూట్లు. కొన్ని సమయాల్లో unexpected హించని విధంగా అభివృద్ధి చేయబడిన లేదా ప్రయోగశాలలో రూపొందించబడిన రకం కాదు, బదులుగా అస్థిర లేదా ఓసిలేటరీ స్థితిలో కొనసాగడానికి ఉద్దేశపూర్వకంగా నిర్మించిన రకాలు.
అధిక-పౌన .పున్యాల వద్ద తక్కువ దశ మార్పును అమలు చేయడానికి ఓపాంప్లకు అవసరమైన బ్యాండ్విడ్త్ లేనందున ఆప్-ఆంప్ ఓసిలేటర్లు ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి యొక్క దిగువ చివరతో ముడిపడి ఉన్నాయి.
వోల్టేజ్-ఫీడ్బ్యాక్ ఓపాంప్స్ తక్కువ kHz పరిధికి పరిమితం చేయబడ్డాయి, ఎందుకంటే వాటి ప్రధాన, ఓపెన్-లూప్ పోల్ తరచుగా 10 Hz వరకు తక్కువగా ఉంటుంది.
ఆధునిక ప్రస్తుత-ఫీడ్బ్యాక్ ఒపాంప్లు గణనీయంగా విస్తృత బ్యాండ్విడ్త్తో రూపొందించబడ్డాయి, అయితే ఇవి ఫీడ్బ్యాక్ కెపాసిటెన్స్కు సున్నితంగా ఉన్నందున ఓసిలేటర్ సర్క్యూట్లలో అమలు చేయడం చాలా కష్టం.
వందల MHz పరిధిలో హై-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాలలో క్రిస్టల్ ఓసిలేటర్లను సిఫార్సు చేస్తారు.
ప్రాథమిక అవసరాలు
కానానికల్ రకం అని కూడా పిలువబడే అత్యంత ప్రాధమిక రకంలో ప్రతికూల అభిప్రాయ పద్ధతి ఉపయోగించబడుతుంది.
మూర్తి 1 లో చూపిన విధంగా డోలనాన్ని ప్రారంభించడానికి ఇది అవసరం. ఇక్కడ VIN ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ వలె పరిష్కరించబడిన అటువంటి పద్ధతి కోసం బ్లాక్ రేఖాచిత్రాన్ని చూస్తాము.
Vout బ్లాక్ A నుండి అవుట్పుట్ను సూచిస్తుంది.
the సిగ్నల్ను సూచిస్తుంది, దీనిని ఫీడ్బ్యాక్ కారకం అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది సమ్మింగ్ జంక్షన్కు తిరిగి సరఫరా చేయబడుతుంది.
ఫీడ్బ్యాక్ కారకం మరియు ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ మొత్తానికి సమానమైన లోపం మూలకాన్ని E సూచిస్తుంది.
ఓసిలేటర్ సర్క్యూట్ యొక్క ఫలిత సమీకరణాలు క్రింద చూడవచ్చు. మొదటి సమీకరణం అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను నిర్వచించే ముఖ్యమైనది. సమీకరణం 2 లోపం కారకాన్ని ఇస్తుంది.
Vout = E x A. ------------------------------ (1)
E = విన్ + outVout -------------------------- (రెండు)
పై సమీకరణాల నుండి లోపం కారకాన్ని తొలగించడం ఇస్తుంది
Vout / A = విన్ - outVout ----------------- (3)
Vout లోని మూలకాలను సంగ్రహించడం ఇస్తుంది
విన్ = వౌట్ (1 / ఎ + β) --------------------- (4)
పై సమీకరణంలోని నిబంధనలను పునర్వ్యవస్థీకరించడం # 5 సమీకరణం ద్వారా ఈ క్రింది శాస్త్రీయ అభిప్రాయ సూత్రాన్ని అందిస్తుంది
Vout / Vin = A / (1 + Aβ) ---------------- (5)
బాహ్య సిగ్నల్ సహాయం లేకుండా ఆసిలేటర్లు పని చేయగలవు. బదులుగా, అవుట్పుట్ పల్స్ యొక్క ఒక భాగం ఫీడ్బ్యాక్ నెట్వర్క్ ద్వారా ఇన్పుట్గా ఉపయోగించబడుతుంది.
అభిప్రాయం స్థిరమైన స్థితిని సాధించడంలో విఫలమైనప్పుడు డోలనం ప్రారంభించబడుతుంది. బదిలీ చర్య నెరవేరనందున ఇది జరుగుతుంది.
దిగువ చూపిన విధంగా, సమీకరణం # 5 యొక్క హారం సున్నా అయినప్పుడు ఈ అస్థిరత సంభవిస్తుంది:
1 + Aβ = 0, లేదా Aβ = -1.
ఓసిలేటర్ సర్క్యూట్ రూపకల్పన చేసేటప్పుడు కీలకమైన విషయం ఏమిటంటే Aβ = -1. ఈ పరిస్థితిని అంటారు బర్ఖౌసేన్ ప్రమాణం .
ఈ పరిస్థితిని సంతృప్తి పరచడానికి, 180 డిగ్రీల దశ మార్పు ద్వారా లూప్ లాభం విలువ ఐక్యతతో ఉండటం చాలా అవసరం. సమీకరణంలోని ప్రతికూల సంకేతం ద్వారా ఇది గ్రహించబడుతుంది.
సంక్లిష్ట బీజగణితం నుండి చిహ్నాలను ఉపయోగించి క్రింద చూపిన విధంగా పై ఫలితాలను ప్రత్యామ్నాయంగా వ్యక్తీకరించవచ్చు:
Aβ = 1 ㄥ -180 °
సానుకూల స్పందన ఓసిలేటర్ రూపకల్పన చేసేటప్పుడు పై సమీకరణాన్ని ఇలా వ్రాయవచ్చు:
Aβ = 1 ㄥ 0 ° ఇది Aβ అనే పదాన్ని # 5 సమీకరణంలో ప్రతికూలంగా చేస్తుంది.
Aβ = -1 ఉన్నప్పుడు చూడు అవుట్పుట్ అనంత వోల్టేజ్ వైపు కదులుతుంది.
ఇది గరిష్ట + లేదా - సరఫరా స్థాయిలను చేరుకున్నప్పుడు, సర్క్యూట్లలోని లాభం స్థాయి క్రియాశీల పరికరాలు మారుతాయి.
ఇది A యొక్క విలువ Aβ ≠ -1 గా మారుతుంది, ఫీడ్బ్యాక్ అనంత వోల్టేజ్ విధానాన్ని నెమ్మదిస్తుంది, చివరికి దానిని నిలిపివేస్తుంది.
ఇక్కడ మూడు అవకాశాలలో ఒకటి కనుగొనవచ్చు:
- నాన్-లీనియర్ సంతృప్తత లేదా కట్-ఆఫ్ వల్ల ఓసిలేటర్ స్థిరీకరించబడుతుంది మరియు లాక్ అవుతుంది.
- ప్రారంభ ఛార్జ్ వ్యవస్థను సరళంగా మార్చడానికి ముందు చాలా కాలం పాటు సంతృప్తపరచమని బలవంతం చేస్తుంది మరియు వ్యతిరేక సరఫరా రైలుకు చేరుకోవడం ప్రారంభిస్తుంది.
- ఈ వ్యవస్థ సరళ ప్రాంతంలో కొనసాగుతుంది మరియు వ్యతిరేక సరఫరా రైలు వైపు తిరిగిపోతుంది.
రెండవ అవకాశం విషయంలో, మేము అపారమైన వక్రీకృత డోలనాలను పొందుతాము, సాధారణంగా పాక్షిక చదరపు తరంగాల రూపంలో.
Aβ = 1 ㄥ -180 the సమీకరణంలో 180 ° దశ మార్పు క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియాత్మక భాగాల ద్వారా సృష్టించబడుతుంది.
సరిగ్గా రూపొందించిన ఫీడ్బ్యాక్ సర్క్యూట్ మాదిరిగానే, నిష్క్రియాత్మక భాగాల దశ మార్పు ఆధారంగా ఓసిలేటర్లు నిర్మించబడతాయి.
నిష్క్రియాత్మక భాగాల ఫలితాలు ఖచ్చితమైనవి మరియు ఆచరణాత్మకంగా డ్రిఫ్ట్-ఫ్రీగా ఉండటమే దీనికి కారణం. క్రియాశీల భాగాల నుండి పొందిన దశ మార్పు చాలా కారణాల వల్ల ఎక్కువగా సరికాదు.
ఇది ఉష్ణోగ్రత మార్పులతో మళ్లవచ్చు, విస్తృత ప్రారంభ సహనాన్ని చూపవచ్చు మరియు ఫలితాలు పరికర లక్షణంపై ఆధారపడి ఉండవచ్చు.
డోలనం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీకి కనీస దశ మార్పును తీసుకువచ్చేలా చూడటానికి ఆప్ ఆంప్స్ ఎంపిక చేయబడతాయి.
ఒకే ధ్రువం RL (రెసిస్టర్-ఇండక్టర్) లేదా RC (రెసిస్టర్-క్యాప్సిటర్) సర్క్యూట్ ధ్రువానికి సుమారు 90 ° దశ మార్పును తెస్తుంది.
డోలనం కోసం 180 ° అవసరం కాబట్టి, ఓసిలేటర్ రూపకల్పన చేసేటప్పుడు కనీసం రెండు స్తంభాలు ఉపయోగించబడతాయి.
ఒక LC సర్క్యూట్ 2 ధ్రువాలను కలిగి ఉంది, కాబట్టి ఇది ప్రతి ధ్రువ జతకి 180 ° దశ మార్పును అందిస్తుంది.
అయినప్పటికీ ఖరీదైన, స్థూలమైన మరియు అవాంఛనీయమైన తక్కువ పౌన frequency పున్య ప్రేరకాల ప్రమేయం కారణంగా మేము ఇక్కడ LC ఆధారిత డిజైన్లను చర్చించము.
LC ఓసిలేటర్లు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాల కోసం ఉద్దేశించబడ్డాయి, అవి వోల్టేజ్ ఫీడ్బ్యాక్ సూత్రం ఆధారంగా ఒపాంప్ల యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధికి మించి ఉండవచ్చు.
ఇక్కడ మీరు ఇండక్టర్ పరిమాణం, బరువు మరియు ఖర్చుకు ఎక్కువ ప్రాముఖ్యత లేదని కనుగొనవచ్చు.
180 షిఫ్ట్ యొక్క దశ మార్పును పొందే ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద సర్క్యూట్ పప్పుల నుండి దశ షిఫ్ట్ డోలనం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీని నిర్ధారిస్తుంది. Df / dt లేదా దశ మార్పు ఫ్రీక్వెన్సీతో మారే రేటు, ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరత్వాన్ని నిర్ణయిస్తుంది.
క్యాస్కేడ్ బఫర్డ్ RC విభాగాలు ఒపాంప్స్ రూపంలో ఉపయోగించినప్పుడు, హైఇన్పుట్ మరియు తక్కువ-అవుట్పుట్ ఇంపెడెన్స్ను అందిస్తున్నప్పుడు, దశ షిఫ్ట్ విభాగాల సంఖ్యతో గుణించబడుతుంది, n (క్రింద ఉన్న మూర్తి చూడండి).
రెండు క్యాస్కేడ్ RC విభాగాలు 180 ° దశ మార్పును కలిగి ఉన్నప్పటికీ, మీరు ఓసిలేటర్ పౌన .పున్యంలో dФ / dt కనిష్టంగా ఉన్నట్లు కనుగొనవచ్చు.
ఫలితంగా రెండు క్యాస్కేడ్ RC విభాగాలను ఉపయోగించి నిర్మించిన ఓసిలేటర్లు అందిస్తున్నాయి సరిపోని ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరత్వం.
మూడు ఒకేలా క్యాస్కేడ్ చేయబడిన RC ఫిల్టర్ విభాగాలు పెరిగిన dФ / dt ను అందిస్తాయి, ఓసిలేటర్ను మెరుగైన ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరత్వంతో అనుమతిస్తుంది.
ఏదేమైనా, నాల్గవ RC విభాగాన్ని పరిచయం చేయడం వలన ఒక ఓసిలేటర్ను సృష్టిస్తుంది అసాధారణ dФ / dt.
అందువల్ల ఇది చాలా స్థిరమైన ఓసిలేటర్ సెటప్ అవుతుంది.
క్వాడ్ ప్యాకేజీలలో ఒపాంప్స్ అందుబాటులో ఉన్నందున నాలుగు విభాగాలు ఇష్టపడే పరిధిగా ఉంటాయి.
అలాగే, నాలుగు-విభాగాల ఓసిలేటర్ 4 సైన్ తరంగాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇవి 45 ° దశ ఒకదానితో ఒకటి సూచించబడతాయి, అంటే ఈ ఓసిలేటర్ సైన్ / కొసైన్ లేదా క్వాడ్రేచర్ సైన్ తరంగాలను పట్టుకోవటానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది.
స్ఫటికాలు మరియు సిరామిక్ రెసొనేటర్లను ఉపయోగించడం
క్రిస్టల్ లేదా సిరామిక్ రెసొనేటర్లు మాకు అత్యంత స్థిరమైన ఓసిలేటర్లను అందిస్తాయి. ఎందుకంటే ప్రతిధ్వని యంత్రాలు వాటి సరళ లక్షణాల ఫలితంగా చాలా ఎక్కువ dФ / dt తో వస్తాయి.
అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ఓసిలేటర్లలో రెసొనేటర్లు వర్తించబడతాయి, అయినప్పటికీ, తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ ఓసిలేటర్లు సాధారణంగా పరిమాణం, బరువు మరియు వ్యయ పరిమితుల కారణంగా ప్రతిధ్వని యంత్రాలతో పనిచేయవు.
సిరామిక్ రెసొనేటర్ ఓసిలేటర్లతో ఆప్-ఆంప్స్ ఉపయోగించబడవని మీరు కనుగొంటారు, ఎందుకంటే ఒపాంప్స్లో తగ్గిన బ్యాండ్విడ్త్ ఉంటుంది.
హై-ఫ్రీక్వెన్సీ క్రిస్టల్ ఓసిలేటర్ను నిర్మించడం తక్కువ ఖర్చుతో కూడుకున్నదని అధ్యయనాలు చెబుతున్నాయి మరియు తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ రెసొనేటర్ను చేర్చడానికి బదులుగా తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీని పొందటానికి అవుట్పుట్ను తగ్గించండి.
ఓసిలేటర్లలో లాభం
ఓసిలేటర్ యొక్క లాభం సరిపోలాలి ఒకటి డోలనం పౌన .పున్యంలో. 1 కంటే ఎక్కువ లాభం మరియు డోలనాలు ఆగిపోయిన తర్వాత డిజైన్ స్థిరంగా ఉంటుంది.
–180 of యొక్క దశ మార్పుతో పాటు లాభం 1 కి చేరుకున్న వెంటనే, క్రియాశీల పరికరం (ఓపాంప్) యొక్క నాన్ లీనియర్ ప్రాపర్టీ లాభం 1 కి పడిపోతుంది.
నాన్-లీనియారిటీ సంభవించినప్పుడు, క్రియాశీల పరికరం (ట్రాన్సిస్టర్) లాభం యొక్క కట్-ఆఫ్ లేదా సంతృప్తిని తగ్గించడం వలన (+/-) సరఫరా స్థాయిల దగ్గర ఓపాంప్ స్వింగ్ అవుతుంది.
ఒక విచిత్రమైన విషయం ఏమిటంటే, చెడుగా రూపొందించిన సర్క్యూట్లు వాస్తవానికి వాటి ఉత్పత్తి సమయంలో 1 కంటే ఎక్కువ ఉపాంత లాభాలను కోరుతాయి.
మరోవైపు, అధిక లాభం అవుట్పుట్ సైన్ వేవ్ కోసం ఎక్కువ మొత్తంలో వక్రీకరణకు దారితీస్తుంది.
లాభం తక్కువగా ఉన్న సందర్భాల్లో, తీవ్రమైన అననుకూల పరిస్థితులలో డోలనాలు ఆగిపోతాయి.
లాభం చాలా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, అవుట్పుట్ తరంగ రూపం సైన్ వేవ్కు బదులుగా చదరపు తరంగంతో సమానంగా కనిపిస్తుంది.
వక్రీకరణ సాధారణంగా యాంప్లిఫైయర్ను అధికంగా నడపడం యొక్క తక్షణ పరిణామం.
అందువల్ల, తక్కువ వక్రీకరణ ఓసిలేటర్లను సాధించడానికి లాభం జాగ్రత్తగా నిర్వహించాలి.
దశ-షిఫ్ట్ ఓసిలేటర్లు వక్రీకరణలను చూపించగలవు, అయినప్పటికీ అవి బఫర్డ్ క్యాస్కేడ్ RC విభాగాలను ఉపయోగించి తక్కువ-వక్రీకరణ అవుట్పుట్ వోల్టేజ్లను పొందగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండవచ్చు.
ఎందుకంటే క్యాస్కేడ్ RC విభాగాలు వక్రీకరణ ఫిల్టర్లుగా ప్రవర్తిస్తాయి. ఇంకా, బఫర్డ్ ఫేజ్-షిఫ్ట్ ఓసిలేటర్లు తక్కువ వక్రీకరణను అనుభవిస్తాయి, ఎందుకంటే లాభం నిర్వహించబడుతుంది మరియు బఫర్ల మధ్య సమానంగా ఉంటుంది.
ముగింపు
పై చర్చ నుండి మేము ఓపాంప్ ఓసిలేటర్ల యొక్క ప్రాథమిక పని సూత్రాన్ని నేర్చుకున్నాము మరియు నిరంతర డోలనాలను సాధించడానికి ప్రాథమిక ప్రమాణాలకు సంబంధించి అర్థం చేసుకున్నాము. తదుపరి పోస్ట్లో మనం నేర్చుకుంటాం వీన్-బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్లు .
మునుపటి: ట్రాన్సిస్టర్ (బిజెటి) సర్క్యూట్లను సరిగ్గా ట్రబుల్షూట్ చేయడం ఎలా తర్వాత: దశ షిఫ్ట్ ఆసిలేటర్ - వీన్-బ్రిడ్జ్, బఫర్డ్, క్వాడ్రేచర్, బుబ్బా