Relaxation oscillator gamit ang op

Ang operational amplifier ay isang mahalagang bahagi ng Electronics, at dati naming nalaman ang tungkol sa mga Op-amp sa iba't ibang mga circuit na batay sa op-amp at nagtayo din ng maraming mga oscillator circuit gamit ang op-amp at iba pang mga sangkap ng electronics.

Ang oscillator sa pangkalahatan ay tumutukoy sa circuit na gumagawa ng pana-panahong at paulit-ulit na output tulad ng isang sine wave o square wave. Ang isang oscillator ay maaaring isang mekanikal o elektronikong konstruksyon na gumagawa ng osilasyon depende sa ilang mga variable. Dati natutunan namin ang tungkol sa maraming mga tanyag na oscillator tulad ng RC Phase shift oscillator, Colpitts oscillator, wein bridge oscillator, atbp. Ngayon ay matututunan natin ang tungkol sa isang Relaxation Oscillator.

Ang isang oscillator ng pagpapahinga ay ang isa na nagbibigay-kasiyahan sa lahat ng mga kondisyon sa ibaba:

• Dapat itong magbigay ng isang di-sinusoidal na form ng alon (ng alinman sa boltahe o kasalukuyang parameter) sa output.
• Dapat itong magbigay ng isang pana-panahong signal o paulit-ulit na signal tulad ng Triangular, Square o Rectangular na alon sa output.
• Ang circuit ng isang oscillator ng pagpapahinga ay dapat na isang hindi linya. Nangangahulugan iyon na ang disenyo ng circuit ay dapat na may kasamang mga semiconductor aparato tulad ng Transistor, MOSFET o OP-AMP.
• Dapat ding may kasamang disenyo ng circuit ang isang aparato na nag-iimbak ng enerhiya tulad ng isang Capacitor o Inductor na patuloy na naniningil at nagpapalabas upang makagawa ng isang ikot. Ang dalas o panahon ng pag-oscillation para sa naturang oscillator ay nakasalalay sa pare-pareho sa oras ng kani-kanilang capacitive o inductive circuit.

Paggawa ng isang Relaxation Oscillator

Para sa isang mas mahusay na pag-unawa sa Relaxation Oscillator, tingnan muna natin ang pagtatrabaho ng isang simpleng mekanismo na ipinakita sa ibaba.

Ang mekanismong ipinakita dito ay isang seesaw na marahil ay naranasan ng bawat isa sa kanilang buhay. Pabalik-balik ang plank depende sa puwersang gravitational na naranasan ng masa sa magkabilang dulo. Sa simpleng mga termino, ang seesaw ay isang kumpare ng 'Mass' at inihinahambing nito ang dami ng mga bagay na nakalagay sa magkabilang dulo ng plank. Kaya't alinman ang mga bagay na may mas mataas na masa ay mai-level sa lupa habang ang mas mababang object ng masa ay itinaas sa hangin.

Sa ganitong pag-setup ng seesaw, magkakaroon kami ng isang nakapirming masa na 'M' sa isang dulo at isang walang laman na balde sa kabilang dulo tulad ng ipinakita sa figure. Sa paunang estado na ito, ang masa na 'M' ay ibababa sa lupa at ang balde ay isabit sa hangin batay sa prinsipyo ng seesaw na tinalakay sa itaas.

Ngayon, kung i-on ang gripo na nakalagay sa itaas ng walang laman na timba, pagkatapos ay magsisimulang punan ng tubig ang walang laman na balde at dahil doon ay madaragdagan ang dami ng buong pag-setup.

At sa sandaling ang bucket ay ganap na puno, pagkatapos ang buong masa sa gilid ng timba ay magiging higit pa sa nakapirming masa na 'M' na inilagay sa kabilang dulo. Kaya't ang tabla ay gumagalaw kasama ang axis sa ganoong paraan ng pag-airlifting ng Mass 'M' at paglalagay ng lupa sa water bucket.

Sa sandaling maabot ng balde ang lupa, ang tubig na napuno sa timba ay tuluyan na ring natapon sa lupa tulad ng ipinakita sa pigura. Matapos ang pagbuhos, ang kabuuang masa sa gilid ng timba ay magiging mas mababa kumpara sa nakapirming masa na 'M'. Kaya't muling gumagalaw ang plank kasama ang axis, sa gayong paraan ay inililipat muli ang timba sa hangin para sa isa pang pagpuno.

Ang siklo ng pagpuno at pagbubuhos na ito ay patuloy na umaakyat hanggang sa ang mapagkukunan ng tubig ay naroroon upang punan ang timba. At dahil sa pag-ikot na ito, ang tabla ay gumagalaw kasama ang axis na may mga pana-panahong agwat, sa gayon pagbibigay ng isang output ng oscillation.

Ngayon, kung ihinahambing natin ang mga sangkap ng mekanikal sa mga sangkap na elektrikal, mayroon tayo.

• Ang bucket ay maaaring isaalang-alang bilang isang aparato na nagtatago ng enerhiya na alinman sa isang kapasitor o isang inductor.
• Ang Seesaw ay isang kumpare o isang op-amp na ginagamit para sa paghahambing ng mga voltages ng capacitor at sanggunian.
• Ang boltahe ng sanggunian ay kinuha para sa nominal na paghahambing ng halaga ng capacitor.
• Ang daloy ng tubig dito ay maaaring masabi bilang isang singil sa kuryente.

Relaxation Oscillator Circuit

Kung iguhit namin ang katumbas na de-koryenteng circuit para sa mekanismo ng seesaw sa itaas, makukuha namin ang Relaxation Oscillator Circuit tulad ng ipinakita sa ibaba :

Ang pagtatrabaho ng Op-amp Relaxation Oscillator na ito ay maaaring ipaliwanag tulad ng sumusunod:

• Kapag na-on ang gripo, ang tubig ay dumadaloy sa isang timba ng tubig, at dahil doon dahan-dahang pinupuno ito.
• Matapos ganap na mapunan ang water bucket, ang buong masa sa gilid ng timba ay magiging higit pa sa nakapirming masa na 'M' na nakalagay sa kabilang dulo. Kapag nangyari ito, inililipat ng tabla ang mga posisyon nito sa isang mas nakompromisong lugar.
• Matapos ang tubig ay ganap na natapon, ang kabuuang masa sa gilid ng timba ay magiging mas mababa kumpara sa nakapirming masa na 'M'. Kaya't ang baras ay lilipat muli sa paunang posisyon nito.
• Muli ay napuno ng tubig ang timba pagkatapos ng nakaraang pag-alis at ang pag-ikot na ito ay nagpapatuloy magpakailanman hanggang sa may tubig na dumadaloy mula sa gripo.

Kung iguhit namin ang grap para sa kaso sa itaas, magkakaroon ito ng hitsura sa ibaba:

Dito,

• Sa una, kung isasaalang-alang namin ang output ng kumpare ay mataas, pagkatapos sa oras na ito ang singil ay magsisingil. Sa pagsingil ng kapasitor, ang boltahe ng terminal nito ay unti-unting tataas, na makikita sa grap.
• Kapag naabot ng boltahe ng terminal ng capacitor ang threshold, ang output ng kumpara ay pupunta mula mataas hanggang mababa tulad ng ipinakita sa grap. At kapag ang output ng kumpara ay naging negatibo, ang capacitor ay nagsisimulang maglabas sa zero. Matapos ganap na matanggal ang kapasitor dahil sa pagkakaroon ng isang negatibong boltahe ng output, muli itong singilin maliban sa kabaligtaran na direksyon. Tulad ng nakikita mo sa grap dahil sa negatibong boltahe ng output, ang boltahe ng capacitor ay tumataas din sa isang negatibong direksyon.
• Kapag ang singil ng capacitor sa maximum sa isang negatibong direksyon, inililipat ng kumpare ang output mula sa negatibo hanggang positibo. Sa sandaling ang output ay lumipat sa isang positibong ikot, ang kapasitor ay naglalabas sa negatibong landas at nagtatayo ng mga singil sa positibong landas tulad ng ipinakita sa grap.
• Kaya't ang pag-ikot ng pagsingil ng kapasitor at pagpapalabas ng positibo at negatibong mga landas na nagpapalitaw sa kumpare ay gumagawa ng isang parisukat na signal ng alon sa output na ipinakita sa itaas.

Dalas ng Relaxation Oscillator

Malinaw na ang dalas ng pag-oscillation ay nakasalalay sa pare-pareho ng oras ng C1 at R3 sa circuit. Ang mas mataas na halaga ng C1 at R3 ay hahantong sa mas matagal na singil at paglabas ng mga rate, sa gayon ay gumagawa ng mas mababang oscillation ng dalas. Katulad nito, ang mas maliit na mga halaga ay makakapagdulot ng mas mataas na mga oscillation ng dalas.

Narito rin ang R1 at R2 ay may gampanang kritikal sa pagtukoy ng dalas ng output waveform. Ito ay sapagkat kinokontrol nila ang mga threshold ng boltahe na kailangang singilin ng C1. Halimbawa, kung ang threshold ay nakatakda sa 5V, kung gayon ang C1 ay kailangan lamang singilin at maglabas ng hanggang 5V at -5V ayon sa pagkakabanggit. Sa kabilang banda, kung ang threshold ay nakatakda sa 10V, kung gayon ang C1 ay kinakailangan upang singilin at i-debit sa 10V at -10V.

Kaya ang Relaxation Oscillator Frequency Formula ay magiging:

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

Dito, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Kung ang resistors R1 at R2 ay pantay sa bawat isa, kung gayon

f = 1 / 2.2 x R ₃ x C ₁

Paglalapat ng Relaxation Oscillator

Maaaring magamit ang Relaxation Oscillator sa:

• Mga gumagawa ng signal
• Mga counter
• Mga circuit ng memorya
• Mga oscillator ng kontrol sa boltahe
• Masayang mga circuit
• Mga Oscillator
• Mga multi-vibrator.