Osilatörler

Osilatörler
•
Kalıcı osilasyon şartları:
1. Geribesleme döngüsü
boyunca toplam faz kayması
0o veya 360o nin katı olmalı
(pozitif geribesleme)
Av
2. Kapalı döngü kazancı
|BAv| = 1 olmalı,
Vout
B
B = geribesleme zayıflatma oranı
Av = amplifikatör açık-döngü kazancı.
Osilatörün bileşenleri
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
1
Faz-kaymalı Osilatör
Rf
_
+
C1
C2
R1
C3
R2
Her bir RC kademesi 60o faz kayması
üretir. Üç kademeli RC geribesleme
devresinin toplam zayıflatma oranı,
B = 1/29 ‘dur.
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
Vout
Acl =
Rf
R3
= 29
R3 R1 = R2 = R3 = R,
C1 = C2 = C3 = C,
seçilirse,
rezonans frekansı :
1
f0 =
2π 6 RC
2
Wien-köprü Osilatörü
Gerilim
bölücü
R3
R4
R2
R3
_
+
C1 R1
Vout
Lead-lag
C2 circuit
R1
C1
R4
R2
R1,R2,C1,C2 : frekans belirleme elemanları
R3,R4 geribesleme devresi elemanları
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
_
+
Vout
C2
3
Wien-köprü Osilatörü
•
Rezonans frekansında, lead-lag
devresi R1=R2=XC1=XC2
olduğunda 1/3 zayıflatmalı
R1 = R2 = R, ve C1 = C2 = C
İçin rezonans frekansı :
(tamamen rezistif) pozitif
geribesleme sağlar.
•
R3 R1 C 2
=
+
R 4 R 2 C1
1
f0 =
2π R1C1 R2C2
Osilasyon için, evirmeyen
amplifikatörün kapalı döngü
kazancı 3 olmalıdır. Bu değer
1
f0 =
2π RC
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
R1 = 2*R2 yapılarak elde edilebilir.
4
Colpitts Osilatörü
Geribesleme oranı :
+VDD
R2
C1
1
B=
=
C2 AV
C5
Vout Yükleme etkisi ihmal edilirse,
Rezonans frekansı
C3
R1
C4
R3
1
f0 =
2π LCT
C1C2
CT =
C1 + C2
L
C2
C1
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
5
Hartley Osilatörü
L2
1
B=
=
L1 Av
+VDD
R2
C4
C2
R1
Vout
Yükleme etkisi ihmal edilirse,
Rezonans frekansı
1
f0 =
2π LT C1
C3
R3
LT = L1 + L2
C1
L2
L1
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
6
Hartley Osilatörü
L1 + L2
B=
L1
1
f0 =
; LT = L1 + L2
2π LT C1
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
L2
B=
L1
7
Clapp Osilatörü
+VDD
R2
C5
Vout
R1
C1
R3
L
C2
C4
C3
Clapp osilatörü, Colpitts’in
diğer bir türüdür.
Rezonans devresinde L ile seri
bağlı C4 kapasitörü bulunur.
Formülleri CT hariç Colpitts
ile aynıdır.
CT =
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
1
1
1
1
+
+
C 2 C3 C 4
8
Clapp Oscillator
C2
1
B=
; fo =
C 2 + C3
2π LCT
1
CT =
1
1
1
+
+
C 2 C3 C 4
Daha kararlı çalışma için C2 ve C3 kapasitörleri, transistörün
eklem kapasitanslarını etkisiz hale getirecek şekilde büyük seçilir.
C4 << C2 veya C3 seçilir. Bu şekilde, C4 frekans belirleyici
eleman haline gelir (CT = C4 ).
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
9
Voltaj Kontrollü Osilatör (VCO)
• VCO’lar otomatik frekans kontrolü (AFC), faz
kenetleme devreleri (PLL) ve frekans akord
devrelerinde sıklıkla kullanılırlar.
• Çalışma prensibi : rezonans devresindeki bir
varaktör diyodunun kapasitansını, diyot uçlarına
uygulanan ters kutuplama voltajı ile
değiştirmektir. Diyot kapasitansının kutuplama
voltajı ile değişimi :
Co
CV =
1+ 2Vb
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
10
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
11
Kristal
• Yüksek frekans kararlılığı için osilatörün geribesleme
döngüsünde piezoelektrik kristal (örn. quartz) kullanılır.
• Piezoelektrik etki : Bir kristale değişken mekanik
deformasyon
uygulanırsa,
uçlarında
mekanik
titreşimlerle aynı frekansta bir gerilim üretilir. Tersine,
kistal uçlarına ac gerilim uygulanırsa, kristalde
uygulanan gerilimin frekansında bir titreşim üretilir. En
büyük titreşim kristalin doğal rezonans frekansında
meydana gelir.
• Dış devreler için kristal, bir elektriksel rezonans devresi
gibi davranır.
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
12
Kristalin sembolü ve elektriksel
eşdeğeri :
Ls
Cp
XTAL
Sembolü
Cs
Rs
• Kristal seri veya paralel
rezonansta çalışabilir.
• Kristaller yüksek Q
değerlerine sahiptirler.
• Rezonans frekansı :
kristalin boyutlarına,
kesim tipine, kalınlığına
ve sıcaklığa bağlıdır.
Elektriksel eşdeğeri
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
13
Kristal karakteristikleri
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
14
Kristal-Kontrollü Osilatörler
Pierce
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
Colpitts
15
Kristal-Kontrollü Osilatörler
+VCC
+VCC
R1
R3
Vo
R3
C1
Vo
C5
C2
R2
R4
Xtal
C4
R1
R2
C4
Xtal
C2
C1
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
C3
16
Üçgen dalga Osilatörler
C
−
VA
R1
+
R2
−
+
R3
Comparator
1 ⎛ R2 ⎞
⎜⎜ ⎟⎟
f0 =
4R1C ⎝ R3 ⎠
VA +Vsat
-Vsat
Vout
VUT
VLT
Integrator
⎛ R3
VUT = +Vsat ⎜⎜
R2
⎝
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
⎛ R3 ⎞
⎞
⎟⎟; VLT = −Vsat ⎜⎜ ⎟⎟
⎝ R2 ⎠17
⎠
Kare-dalga Osilatör
(Astable Multivibrator or Relaxation Oscillator)
Rf
C
VC _
Vf +
VC
VUT
Vout VLT
R1
R2
+Vsat
Vout
-Vsat
1
f0 =
2R f C
Gevşeme Osilatörü
(Relaxation oscillator)
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
18
Astable multivibrator
VUT
|+Vsat| = |-Vsat|
kabul edilirse
+ Vsat R2
− Vsat R2
=
; VLT =
R1 + R2
R1 + R2
⎛ R1 + 2 R2 ⎞ ve
⎟⎟
T = t1 + t 2 = 2τ ln⎜⎜
⎝ R1 ⎠ τ = RfC
R2 = 0.86*R1 seçilirse, T = 2RfC ve
1
f =
2R f C
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
19
Monostable (One-Shot)
Multivibrator
devre
dalgaşekilleri
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
20
LM555 Fonksiyonel Blok Diyagramı :
VCC (8)
Threshold
(6)
Control
voltage (5)
Trigger (2)
(7)
Discharge
5k
+
_
#1
5k Comparator
#2
+
_
5k
Gnd (1)
FF
R
Q
S
Buffer
Output
(3)
Qd
(4) Reset
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
21
555 ‘in Çalışması
• Gerilim bölücü, kıyaslayıcı 1 için 2VCC/3 , kıyaslayıcı 2
için Vcc/3 referans gerilim değerlerini üretir.
• Trigger gerilimi (pin 2) VCC/3’ten küçük olduğunda, FF
çıkışı LO, pin 3 çıkışı HI, ve Qd OFF olur. Bu pin 6’ya
bağlı kapasitörün şarj olmasını sağlar.
•
Threshold gerilimi (pin 6), 2VCC/3 ’ten büyük olduğunda,
kapasitörü deşarj ederek FF çıkışı HI, pin 3 çıkışı LO, ve
Qd ON olur.
• Saykıl VC < VCC/3 olduğu sürece tekrarlanır.
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
22
555 Timer/Osilatör IC
• Tek kararlı veya kararsız multivibrator olarak
kullanılır.
• 4.5 - 16 V arasında çalışabilir.
• Çıkış voltajı yaklaşık VCC - 2 V’dur.
• Max. Çıkış frekansı 10 kHz civarındadır.
• fo , VCC ile biraz değişir.
• Threshold girişi (pin 6) ve trigger girişi (pin 2),
harici zamanlama RC’si için birbirine bağlıdır.
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
23
Basit bir osilatör olarak 555
Görev saykılı (duty cycle):
tch
R1 + R2
=
D=
T R1 + 2R2
fo ve D verilirse,
2D − 1
1− D
R1 =
; R2 =
0.693 f oC1
0.693 f o C1
tch = 0.693(R1 + R2)C1
tdisch = 0.693 R2C1
T = 0.693(R1 + 2R2)C1
Daima D > 0.5 olmalıdır.
%50 görev saykılı için, R1 = 0,
VCC yi kısa devre eder.
Doç.Dr.Ahmet Altuncu
24
555 Kare-dalga Osilatör
R1
D=
R1 + R2
R1 =
D
1− D
; R2 =
0.693 f oC1
0.693 f oC1
50% görev saykılı için,
tch = 0.693 R1C1 ; tdisch = 0.693 R2C1
1
fo =
0.693( R1 + R2 )C
1
Doç.Dr.Ahmet
Altuncu
1
R1 = R2 =
1.386 f oC1
25

Download Report