Pengayun relaksasi menggunakan op

Penguat operasi adalah bahagian yang tidak terpisahkan dari Elektronik, dan kami sebelumnya telah mengetahui tentang Op-amp dalam pelbagai litar berasaskan op-amp dan juga membina banyak litar pengayun menggunakan op-amp dan komponen elektronik lain.

Pengayun umumnya merujuk kepada litar yang menghasilkan output berkala dan berulang seperti gelombang sinus atau gelombang persegi. Pengayun boleh menjadi pembinaan mekanikal atau elektronik yang menghasilkan ayunan bergantung pada beberapa pemboleh ubah. Sebelum ini kita telah mengetahui mengenai banyak pengayun yang popular seperti pengayun pergeseran Fasa RC, pengayun Colpitts, pengayun jambatan wein, dan lain-lain. Hari ini kita akan belajar mengenai Pengayun Relaksasi.

A pengayun santaian adalah salah satu yang memuaskan hati semua di bawah syarat-syarat:

• Ia mesti memberikan bentuk gelombang bukan sinusoidal (sama ada parameter voltan atau arus) pada output.
• Ia mesti memberikan isyarat berkala atau isyarat berulang seperti gelombang Segitiga, Segiempat atau Segi empat tepat pada keluaran.
• Litar pengayun relaksasi mestilah tidak linier. Ini bermaksud reka bentuk litar mesti melibatkan peranti semikonduktor seperti Transistor, MOSFET atau OP-AMP.
• Reka bentuk litar juga mesti melibatkan alat menyimpan tenaga seperti Kapasitor atau Induktor yang mengecas dan melepaskan secara berterusan untuk menghasilkan kitaran. Kekerapan atau tempoh ayunan untuk pengayun seperti itu bergantung pada pemalar masa litar kapasitif atau induktif masing-masing.

Bekerja Pengayun Relaksasi

Untuk pemahaman yang lebih baik mengenai Relaxation Oscillator, mari kita lihat terlebih dahulu cara kerja mekanisme mudah yang ditunjukkan di bawah.

Mekanisme yang ditunjukkan di sini adalah penggergajian yang mungkin dialami setiap orang dalam hidup mereka. Papan bergerak berulang-alik bergantung pada daya graviti yang dialami oleh jisim di kedua-dua hujungnya. Secara sederhana, gergaji besi adalah pembanding 'Massa' dan ia membandingkan jisim objek yang diletakkan di kedua hujung papan. Oleh itu, objek mana yang mempunyai jisim yang lebih tinggi akan diratakan ke tanah sementara objek yang berjisim bawah diangkat ke udara.

Dalam penyediaan gergaji ini, kita akan mempunyai jisim tetap 'M' di satu hujung dan baldi kosong di hujung yang lain seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Pada keadaan awal ini jisim 'M' akan diratakan ke tanah dan baldi akan digantung di udara berdasarkan prinsip seeaw yang dibincangkan di atas.

Sekarang, jika hidupkan keran yang diletakkan di atas baldi kosong, air mula mengisi baldi kosong dan dengan itu meningkatkan jisim keseluruhan persediaan.

Dan setelah baldi menjadi penuh, maka keseluruhan jisim di sisi baldi akan lebih besar daripada jisim tetap 'M' yang diletakkan di hujung yang lain. Oleh itu, papan bergerak di sepanjang paksi sehingga mengangkat udara 'M' dan membumikan baldi air.

Setelah baldi menyentuh tanah, air yang diisi di dalam baldi tumpah sepenuhnya ke tanah seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Selepas tumpahan, jumlah jisim di sisi baldi akan menjadi kurang berbanding jisim tetap 'M'. Jadi sekali lagi papan bergerak di sepanjang paksi, dengan itu mengalihkan baldi ke udara sekali lagi untuk pengisian yang lain.

Kitaran pengisian dan tumpahan ini berterusan sehingga sumber air hadir untuk mengisi baldi. Dan kerana kitaran ini, papan bergerak sepanjang paksi dengan selang berkala, sehingga memberikan output ayunan.

Sekarang, jika kita membandingkan komponen mekanikal dengan komponen elektrik, maka kita mempunyai.

• Baldi boleh dianggap sebagai alat penyimpanan tenaga yang merupakan kapasitor atau induktor.
• Seesaw adalah pembanding atau op-amp yang digunakan untuk membandingkan voltan kapasitor dan rujukan.
• Voltan rujukan diambil untuk perbandingan nominal nilai kapasitor.
• Aliran air di sini boleh disebut sebagai cas elektrik.

Litar Pengayun Relaksasi

Sekiranya kita melukis litar elektrik yang setara untuk mekanisme gergaji di atas, kita akan mendapatkan Litar Pengayun Relaksasi seperti yang ditunjukkan di bawah :

Cara kerja Osilator Relaksasi Op-amp ini dapat dijelaskan seperti berikut:

• Setelah keran dihidupkan, air mengalir ke dalam baldi air, dengan itu mengisinya perlahan.
• Setelah baldi air diisi sepenuhnya, keseluruhan jisim di sisi baldi akan lebih besar daripada jisim tetap 'M' yang diletakkan di hujung yang lain. Setelah ini berlaku, papan akan menukar kedudukannya ke tempat yang lebih berkompromi.
• Setelah air tertumpah sepenuhnya, jumlah jisim di sisi baldi akan menjadi lebih sedikit berbanding dengan jisim tetap 'M'. Oleh itu, poros akan bergerak lagi ke kedudukan awalnya.
• Sekali lagi baldi dipenuhi dengan air setelah penghapusan sebelumnya dan kitaran ini berterusan selama-lamanya sehingga ada air yang mengalir dari keran.

Sekiranya kita melukis grafik untuk kes di atas, ia akan kelihatan seperti di bawah:

Di sini,

• Pada mulanya, jika kita menganggap output pembanding tinggi, maka selama ini kapasitor akan dicas. Dengan pengisian kapasitor, voltan terminalnya akan meningkat secara beransur-ansur, yang dapat dilihat pada grafik.
• Setelah voltan terminal kapasitor mencapai ambang, output pembanding akan naik dari tinggi ke rendah seperti yang ditunjukkan dalam grafik. Dan apabila output pembanding menjadi negatif, kapasitor mula habis menjadi sifar. Setelah kapasitor habis sepenuhnya kerana adanya voltan keluaran negatif, ia sekali lagi mengecas kecuali pada arah yang bertentangan. Seperti yang anda lihat dalam grafik kerana voltan keluaran negatif, voltan kapasitor juga naik ke arah negatif.
• Setelah kapasitor mengecas maksimum ke arah negatif, pembanding menukar output dari negatif ke positif. Setelah output beralih ke kitaran positif, kapasitor melepaskan di jalan negatif dan menumpuk cas di jalur positif seperti yang ditunjukkan dalam grafik.
• Oleh itu kitaran pengisian dan pelepasan kapasitor dalam jalur positif dan negatif mencetuskan pembanding menghasilkan isyarat gelombang persegi pada output yang ditunjukkan di atas.

Kekerapan Pengayun Relaksasi

Jelasnya frekuensi ayunan bergantung pada pemalar masa C1 dan R3 di litar. Nilai C1 dan R3 yang lebih tinggi akan menyebabkan kadar cas dan pelepasan yang lebih lama, sehingga menghasilkan ayunan frekuensi yang lebih rendah. Begitu juga, nilai yang lebih kecil akan menghasilkan ayunan frekuensi yang lebih tinggi.

Di sini R1 dan R2 juga memainkan peranan penting dalam menentukan kekerapan bentuk gelombang output. Ini kerana mereka mengawal had voltan yang perlu dicas oleh C1. Sebagai contoh, jika ambang ditetapkan ke 5V, maka C1 hanya perlu mengecas dan melepaskan masing-masing hingga 5V dan -5V. Sebaliknya, jika ambang ditetapkan 10V, maka C1 diperlukan untuk mengecas dan melepaskan hingga 10V dan -10V.

Jadi Formula Frekuensi Pengayun Relaksasi adalah:

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

Di sini, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Sekiranya perintang R1 dan R2 sama antara satu sama lain, maka

f = 1 / 2.2 x R ₃ x C ₁

Aplikasi Relaxation Oscillator

Relaxation Oscillator boleh digunakan dalam:

• Penjana isyarat
• Kaunter
• Litar ingatan
• Pengayun kawalan voltan
• Litar yang menyeronokkan
• Pengayun
• Pelbagai getaran.