Was ist der Unterschied zwischen einer abgestimmten und einer nicht abgestimmten Oszillatorschaltung

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Ein abgestimmter Oszillator verwendet eine LC (Induktor-Kondensator) Tankschaltung, eine frequenzselektive RC (Widerstand-Kondensator) Schaltung oder eine Quarzkristallschaltung in ihrem Rückkopplungsweg. Im Allgemeinen ist die Ausgangswellenform von einer abgestimmten Oszillatorschaltung sinusförmig, und dazu wird eine positive Rückkopplung um eine Verstärkungsvorrichtung wie einen Transistor oder einen Operationsverstärker verwendet.

Wenn eine negative Rückkopplung an einen Verstärker angelegt wird, wird die Die Verstärkung des Verstärkers ist verringert, aber die Stabilität ist erhöht. Bei positiver Rückkopplung wird jedoch die Verstärkung erhöht, aber die Stabilität verringert. Diese Zunahme der Verstärkung erzeugt eine Situation, in der eine alternierende sinusförmige Ausgabe ohne eine Signaleingabe erhalten wird. Der Verstärker ist nun zu einem Oszillator geworden, der eine alternierende Ausgabe mit der Energie liefert, die benötigt wird, um diese Schwingung zu erhalten, die von der Gleichspannungsquelle erhalten wird.

Als Frequenzbestimmungseinheit wird ein Schwingkreis bestehend aus einer parallel abgestimmten LC-Schaltung oder RC-Schaltung verwendet, die auf Schwingungen um ihre Resonanzfrequenz "abgestimmt" ist, daher der Name Tuned Oscillator. Der Ausgang von diesem Gerät ist eine Rückkopplung zu seinem eigenen Eingang in einer solchen Weise, dass das Rückkopplungssignal die Änderung des Eingangssignals unterstützt. Es ist kein Eingangssignal erforderlich, da die Frequenzbestimmungseinheit ihr eigenes Signal über das Rückkopplungsnetzwerk derart bereitstellt, dass die Schaltung selbsterregend ist. Dann ist diese Art von Schaltung allgemein als Rückkopplungsoszillator (positive Rückkopplung) bekannt und Oszillatoren, die diese Technik verwenden, sind:

LC-Oszillatoren: Wie ihr Name sagt, bestehen LC-Oszillatoren aus einer Parallele abgestimmte Induktor-Kondensator-Schwingkreisschaltung als ihre frequenzbestimmende Einheit. Der Kondensator lädt und entlädt sich ständig durch die Induktorspule mit seiner ausgewählten Resonanzfrequenz, jedoch aufgrund der starken Verluste in dem Widerstandselement der Spule, dem Dielektrikum des Kondensators und in der Strahlung von der Schaltung. In einer praktischen LC-Schaltung nimmt daher die Amplitude der Oszillationsspannung bei jedem Halbzyklus ab und diese Oszillationen würden schließlich auf Null abfallen. Wenn zu einem geeigneten Zeitpunkt von einer Gleichspannungsquelle ausreichend Energie zugeführt wird, Um diese Verluste zu überwinden, werden die Oszillationen mit einer konstanten Frequenz und Amplitude auf unbestimmte Zeit fortgesetzt. Die Resonanzfrequenz tritt auf, wenn die induktive Reaktanz (XL) der Spule der kapazitiven Reaktanz (XC) entspricht. Oszillationen werden durch Variieren des Wertes des Kondensators (Varaktor) gesteuert.

Abgestimmte Oszillatorschaltungen, die einen LC (Inductor / Capacitor) Tankkreis verwenden, umfassen:

  • Hartley-Oszillator
  • Clapp-Oszillator
  • Colpitts-Oszillator
  • Tuned Collector Oscillator
  • Pierce-Oszillator
  • Miller-Oszillator

RC-Oszillatoren: RC-Oszillatoren werden auch als "Phasenschiebe-Oszillatoren" bezeichnet, da ihre Schwingelemente aus Widerstands-Kondensator-Schaltungen bestehen, die eine entsprechende Phasenverschiebungsschaltung erzeugen zu positivem Feedback. RC-Netzwerke sind keine natürlich oszillierenden Schaltungen, sondern werden zu oszillierenden Elementen, wenn sie um Transistor- oder Operationsverstärker herum verbunden sind.

RC-Oszillatoren verwenden keine Induktoren, sondern erzeugen Oszillationen mit einer Frequenz, bei der das RC-Netzwerk eine 180º-Phase erzeugt. Phasenverschiebung. Ein einstufiger Verstärker erzeugt 180 Grad. Phasenverschiebung zwischen seinem Eingang und Ausgang und die als eine Stufe verwendet werden kann, um die erforderliche positive Rückkopplung zu erzeugen. Der Ausgang des Verstärkers wird über das RC-Netzwerk an seinen Eingang zurückgeführt. Die Eingabe ist um 180 Grad verschoben. durch den Verstärker und 180 Grad. durch das RC-Netzwerk und 180 Grad. + 180 Grad = 360 Grad

Eine nützliche Eigenschaft des RC-Oszillators ist, dass die Ausgangsfrequenz umgekehrt proportional zur Kapazität ist, was bedeutet, dass eine Änderung der Kapazität eine viel höhere Frequenz im Vergleich zum LC-Oszillator erzeugt. Die Nachteile sind jedoch, dass die Ausgangsleistung des RC-Oszillators aufgrund der Dissipation in den Widerstandselementen niedrig ist und dass für eine positive Rückkopplung die Verstärkerverstärkung größer als 29 sein muss.

Tuned-Oszillator-Schaltungen, die eine RC verwenden (Widerstand / Kondensator) Phasenverschiebungsschaltung umfassen:

  • Leiter Phasenschieber Oszillator
  • Entspannungsoszillator
  • Quadraturoszillator
  • Weinbrückenoszillator
  • Geschalteter Kondensatoroszillator
  • Digitalgeschaltete Oszillatoren
  • Phasenvorlaufoszillator (Stromübertragung)
  • Phasenverzögerungsoszillator (Spannungsübertragung)

Kristalloszillatoren: Quarz und einige andere kristalline Substanzen weisen den "piezo-elektrischen" Effekt auf. Wenn eine mechanische Spannung oder physikalische Verformung auf zwei Oberflächen eines geeignet geschnittenen Kristalls ausgeübt wird, wird eine Spannung zwischen den Oberflächen erzeugt. Wenn eine Spannung an den Kristall angelegt wird, verursacht dies eine kleine physikalische Deformation der Kristallform.

Wenn die Spannung, die durch die mechanische Verformung erzeugt wird, auf irgendeine Weise zurückgeführt wird, wird sie selbst mechanische erzeugen Verzerrung im Kristall, die eine Spannung erzeugt, die … für immer fortdauert. Dies bildet die Grundlage für eine Anzahl von Kristalloszillatoren, da diese Rückkopplung nur bei der Eigenfrequenz der Schwingung des Kristalls auftritt, wobei dieser Eigenfrequenzwert durch den "Schnitt" des Kristalls bestimmt wird. Dann verhält sich der Kristall tatsächlich wie ein Resonanzkreis mit einer sehr schmalen Bandbreite.

Es gibt eine Grenze für die Stabilität und Frequenz, die von normalen LC- oder RC-abgestimmten Oszillatoren erhalten werden kann. Quarzkristalloszillatoren arbeiten bei sehr hohen Frequenzen von bis zu 10 MHz im Parallelbetrieb. Sie haben auch eine sehr hohe Stabilität und eine Resonanzfrequenz mit einem sehr hohen Gütefaktor, was sie ideal für den Einsatz in CPU-, Mikrocontroller- und Videoanwendungen macht.

"Nicht abgestimmte Oszillatoren"

Im Gegensatz zu den oben genannten abgestimmten Oszillatoren hat ein nicht abgestimmter Oszillator keinen LC-Schwingkreis, keine frequenzselektive RC- oder Quarzschaltung in seinem Rückkopplungspfad. Stattdessen verwendet ein nicht abgestimmter Oszillator eine nichtlineare Rückkopplung, und im Allgemeinen ist die Ausgangswellenform von einem nicht abgestimmten Oszillator nicht sinusförmig, wie beispielsweise Rechteckwelle, Dreieckswelle oder Impuls, gekennzeichnet durch einen plötzlichen Übergang von einem Zustand der Stabilität zum nächsten Zustand. Nicht abgestimmte Oszillatoren werden üblicherweise als Relaxationsoszillatoren bezeichnet. Arten von nicht abgestimmten Oszillatoren umfassen:

Ringoszillator: Ringoszillatoren bestehen aus einer "ungeraden" Anzahl von Logikgattern oder Verstärkern, die in einer Reihenkette miteinander verbunden sind, so dass der Ausgang des Letzteren verbunden ist an den Eingang der ersten eine ringförmige Schaltung erzeugen. Die Schwingungsfrequenz hängt von der Ausbreitungsverzögerung der verwendeten Komponenten und der Anzahl der ungeraden "Stufen" innerhalb des Rings ab. Oszillationsfrequenz ist sehr hoch, was den Stromverbrauch betrifft. Ringoszillatoren sind eher ein Novum, da ihre Hochfrequenz und Verwendung von Komponenten sie als Oszillator unpraktisch macht.

Relaxationsoszillatoren: Relaxationsoszillatoren werden häufiger als Multivibratoren bezeichnet. Sie sind eine Klasse von Oszillatoren, in denen die aktiven Bauelemente (normalerweise ein Transistor) in der Schaltung für eine gewisse Zeitdauer weit über ihre Abschalt- und Sättigungsbereiche hinaus getrieben werden. Relaxationsoszillatoren sind billig und einfach zu bauen, wobei die drei Haupttypen von Multivibratoren verwendet werden.

  • Astable Multivibrator: – hat keinen stabilen Zustand.
  • Monostabiler Multivibrator: – hat einen stabilen Zustand.
  • Bistabiler Multivibrator: – hat zwei stabile Zustände.

555 und Timer-Chips: Neben unserem alten Favoriten, dem NE555-Timer und seinen Variationen, gibt es eine ganze Reihe verschiedener Chips, die sowohl in TTL als auch in CMOS erhältlich sind verwendet, um eine Vielzahl von verschiedenen Wellenformen und Signalen mit einigen der beliebtesten zu generieren: 74LS121, 74LS123, 74LS221 und ihre Varianten.

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Source by Wayne Storr