Osilatör

Osilatör, sürekli, tekrarlanan, alternatif dalga formu üreten devredir. Sinüs, kare, testere ve üçgen elektrik sinyali üretir. Osilatör, temel olarak DC kaynağından gelen tek yönlü akım akışını, devre bileşenleri tarafından kararlaştırıldığı gibi istenen frekansta alternatif dalga biçimine dönüştürür.

Osilatörlerin çalışmasının arkasındaki temel ilke, bileşenleri olarak bir indüktör L ve tamamen önceden yüklenmiş bir kapasitör C kullanan, LC tank devresinin davranışını analiz ederek anlaşılabilir. Kapasitör, indüktör aracılığıyla deşarj olmaya başlar, bu da elektrik enerjisinin indüktörde depolanabilen elektromanyetik alana dönüştürülmesiyle sonuçlanır. Kondansatör tamamen boşaldığında, devrede akım akışı olmayacaktır. Bununla birlikte, o zamana kadar, depolanan elektromanyetik alan, devreden öncekiyle aynı yönde akım akışıyla sonuçlanan bir geri EMK üretmiş olacaktır. Devreden geçen bu akım akışı, elektromanyetik alan çökene kadar devam eder, bu da elektromanyetik enerjinin elektriksel forma geri dönüşmesine neden olarak döngünün tekrarlanmasına neden olur. Bununla birlikte, şimdi kapasitör, çıkış olarak salınımlı bir dalga formu elde ettiği için zıt polarite ile şarj edilmiş olur.

İki enerji formu arasındaki karşılıklı dönüşüm nedeniyle ortaya çıkan salınımlar, devrenin direncinden kaynaklanan enerji kaybının etkisine maruz kalacağı için sonsuza kadar devam edemez. Sonuç olarak, bu salınımların genliği sürekli olarak azalarak sıfır olur ve bu da onları doğada sönümlü hale getirir. Bu, sürekli ve sabit genlikli salınımları elde etmek için enerji kaybının telafi edilmesi gerektiğini gösterir. Bununla birlikte, salınımları sabit genlikle elde etmek için sağlanan enerjinin hassas bir şekilde kontrol edilmesi ve kaybedilen enerjiye eşit olması gerektiğine dikkat edilmelidir. Bunun nedeni, sağlanan enerji kaybedilen enerjiden fazlaysa, salınımların genliğinin artması ve çarpık bir çıktıya yol açmasıdır. Sağlanan enerji kaybedilen enerjiden daha azsa, salınımların genliği azalacak ve sürdürülemez salınımlara yol açacaktır.

Pratik olarak, osilatörler, çıkış sinyalinin bir kısmının girişe geri beslendiği pozitif veya rejeneratif bir geri besleme ile sağlanan amplifikatör devrelerinden başka bir şey değildir. Burada amplifikatör, bir transistör veya bir Op-Amp olabilen yükseltici bir aktif elemandan oluşur. Geri beslemeli faz içi sinyal, devredeki kayıpları telafi ederek salınımları sürdürmekten sorumludur.

Güç kaynağı açık konuma getirildiğinde, içinde bulunan elektronik gürültü nedeniyle sistemde salınımlar başlayacaktır. Bu gürültü sinyali döngü etrafında hareket eder, güçlendirilir ve çok hızlı bir şekilde tek frekanslı sinüs dalgasına yakınsar. Osilatörün kapalı döngü kazancı ifadesi şu gösterilir.

G=A/1+Aβ

Formülde A, amplifikatörün voltaj kazancıdır ve β, geri besleme ağının kazancıdır. Burada, eğer Aβ >1 ise salınımlar genlikte artacaktır. Aβ <1 ise salınımlar sönümlenecektir. Öte yandan, Aβ=1 olduğu zaman sabit genlikli salınımlar olur. Başka bir deyişle, geri besleme döngüsü kazancı küçükse, salınımın öldüğünü, geri besleme döngüsünün kazancı büyükse, çıktının bozulacağını gösterir. Sadece geri besleme kazancı eşit ise o zaman salınımlar kendi kendini idame ettiren salınım devresine yol açan sabit genlikte olacaktır.

Osilatör Çeşitleri

Osilatörler elektronik devrelerde belirli frekanslarda kare, üçgen veya testere dişi şeklinde sinyaller üretirler. Osilatörler genel olarak, sinüzoidal osilatör (harmonik osilatör) ve sinüzoidal olmayan osilatör (gevşeme osilatörü) olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Günümüzde ise çeşitli adlarla özelleştirilmiş osilatörler bulunmaktadır. Osilatör çeşitlerden bazılarını inceleyelim.

1.      RC Osilatör

RC osilatör, geri besleme sinyalinin gerektirdiği faz kaymasını sağlamak için direnç-kapasitör (RC) ağını kullanır. Mükemmel frekans kararlılığına sahiptirler ve çok çeşitli yükler için saf sinüs dalgası verebilirler.

İdeal olarak, basit bir RC ağının, girişi 90 oranında yönlendiren bir çıkışa sahip olması beklenir. Ancak gerçekte, devrede kullanılan kondansatör ideal olamayacağı için faz farkı bundan daha az olacaktır.

RC osilatörlerin, içlerindeki RC ağlarının sayısı sabit olmadığı için birçok şekilde tasarlanabileceği sonucuna varılabilir. Bununla birlikte, aşama sayısındaki bir artışın devrenin frekans kararlılığını arttırmasına rağmen, yükleme etkisinden dolayı osilatörün çıkış frekansını da olumsuz etkilediğine dikkat edilmelidir.

RC osilatörler, LC osilatörler ile karşılaştırıldığında, daha fazla sayıda devre bileşeni olarak kullanıldığı göze çarpar. Senkron alıcılar, müzik aletleri ve düşük ve/veya ses frekansı üreteçlerde kullanılırlar.

2.      Wien Köprüsü Osilatörü

Wien Köprüsü Osilatörü, köprü şeklinde birbirine bağlanmış dört koldan oluşan bir osilatör türüdür. Burada iki kol tamamen dirençlidir, diğer iki kol ise dirençler ve kapasitörlerin bir kombinasyonudur. Özellikle, bir kolda seri bağlanmış direnç ve kondansatör bulunur (R1 ve C1) diğeri ise paralel (R2 ve C2).

Wien Köprüsü Osilatörü, 20 Hz ile 20 KHz arasında değişen ses ve alt ses frekansları üretmek için kullanılan düşük frekanslı osilatörlerdir.

Ayrıca, on yıllık direnç kutuları kullanılarak seçilebilen geniş bir frekans aralığında stabilize, düşük bozuk sinüzoidal çıktı sağlarlar. Ek olarak, bu tür bir devredeki salınım frekansı, sadece C kapasitörlerinin değiştirilmesine ihtiyaç duyduğu için oldukça kolay bir şekilde değiştirilebilir.1 ve C2.

Bu osilatörler çok sayıda devre bileşeni gerektirir. Yalnızca belirli bir maksimum frekansa kadar çalıştırılabilir.

3.      Kristal Osilatör

Kristal osilatör, kristal yüzeylere uygulanan alternatif bir voltajın doğal frekansında titreşmesine neden olduğu ters piezoelektrik etki prensibine göre çalışır. Sonunda salınımlara dönüşen bu titreşimlerdir.

Bu osilatörler genellikle Kuvars kristalinden yapılır, ancak Rochelle tuzu ve Turmalin gibi diğer maddeler piezoelektrik etki gösterir, çünkü kuvars diğerlerine kıyasla ucuzdur, doğal olarak bulunur ve mekanik olarak güçlüdür.

Kristal osilatörlerin tipik çalışma aralığı 40 KHz ila 100 MHz arasındadır.

Kristal osilatörler, elektronik harp sistemlerinde, haberleşme sistemlerinde, güdüm sistemlerinde, mikroişlemcilerde, mikrodenetleyicilerde, uzay takip sistemlerinde, ölçü aletlerinde, tıbbi cihazlarda, bilgisayarlarda, dijital sistemlerde, enstrümantasyonda, faz kilitli döngü sistemlerinde, modemlerde, sensörlerde yaygın olarak kullanıldıkları için kompakt boyuttadır ve düşük maliyetlidir. Disk sürücüleri, deniz sistemleri, telekomünikasyon, motor kontrol sistemleri, saatler, küresel konumlandırma sistemleri (GPS), kablolu televizyon sistemleri, video kameralar, oyuncaklar, video oyunları, radyo sistemleri, cep telefonları, zamanlayıcılar vb. gibi birçok alanda kullanılmaktadır.

4.      Hartley Osilatörü

Hartley Osilatörü (veya RF osilatörü) bir tür harmonik osilatördür. Hartley Osilatörü için salınım frekansı, bir LC osilatörü (yani kapasitörler ve indüktörlerden oluşan bir devre) tarafından belirlenir. Hartley osilatörleri tipik olarak radyo frekansı bandında dalgalar üretecek şekilde ayarlanmıştır. Bu nedenle RF osilatörleri olarak da bilinirler.

Hartley Osilatörleri 1915 yılında Amerikalı mühendis Ralph Hartley tarafından icat edildi.

Hartley osilatörünün ayırt edici özelliği, ayar devresinin seri olarak iki indüktöre paralel olarak tek bir kapasitörden oluşması ve salınım için gereken geri besleme sinyalinin iki indüktörün merkez bağlantısından alınmasıdır.

Osilatör Kullanım Alanları

Osilatörler, bir sinyalin belirli frekansını üretmenin ucuz ve kolay yoludur. Örneğin, düşük frekans sinyali üretmek için RC osilatörü kullanılır, yüksek frekans sinyali üretmek için LC osilatörü kullanılır, kararlı frekans oluşturmak için Op-Amp tabanlı osilatör kullanılır.

Salınım frekansı, potansiyometre düzenlemeleri ile bileşen değeri değiştirilerek değiştirilebilir.

Osilatör kullanım alanları şunlardır:

  • Kuvars saatlerde kristal osilatör kullanılır.
  • Çeşitli ses sistemlerinde ve video sistemlerinde kullanılır.
  • Çeşitli radyo, TV ve diğer iletişim cihazlarında kullanılır.
  • Bilgisayarlarda, metal dedektörlerinde, şok tabancalarında, invertörlerde, ultrasonik ve radyo frekansı uygulamalarında kullanılır.
  • Mikroişlemciler ve mikro denetleyiciler için saat darbeleri oluşturmak için kullanılır.
  • Alarmlarda ve vızıltılarda kullanılır.
  • Metal dedektörlerinde, şok tabancalarında, invertörlerde ve ultrasonik cihazlarda kullanılır.
  • Dekoratif ışıkları çalıştırmak için kullanılır. Örneğin, dans eden ışıklar.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here