연산 증폭기는 전자 제품의 필수 부분이며 이전에 다양한 연산 증폭기 기반 회로의 연산 증폭기에 대해 배웠으며 연산 증폭기 및 기타 전자 부품을 사용하여 많은 발진기 회로를 구축했습니다.
발진기는 일반적으로 사인파 또는 구형파와 같이주기적이고 반복적 인 출력을 생성하는 회로를 말합니다. 발진기는 몇 가지 변수에 따라 진동을 생성하는 기계적 또는 전자적 구조 일 수 있습니다. 이전에 우리는 RC Phase shift oscillator, Colpitts oscillator, wein bridge oscillator 등과 같은 많은 인기있는 오실레이터에 대해 배웠습니다. 오늘은 Relaxation Oscillator에 대해 배웁니다.
이완 발진기는 하나의 만족 모든 조건 다음과 같습니다:
- 출력에서 정현파가 아닌 파형 (전압 또는 전류 매개 변수)을 제공해야합니다.
- 출력에서 주기적 신호 또는 삼각파, 사각 파 또는 직사각형 파와 같은 반복 신호를 제공해야합니다.
- 이완 발진기의 회로는 비선형이어야합니다. 즉, 회로 설계에는 트랜지스터, MOSFET 또는 OP-AMP와 같은 반도체 장치가 포함되어야합니다.
- 또한 회로 설계에는주기를 생성하기 위해 지속적으로 충전 및 방전하는 커패시터 또는 인덕터와 같은 에너지 저장 장치가 포함되어야합니다. 이러한 발진기의 발진 주파수 또는주기는 각각의 용량 성 또는 유도 성 회로의 시간 상수에 따라 달라집니다.
이완 발진기의 작동
Relaxation Oscillator를 더 잘 이해하기 위해 먼저 아래에 표시된 간단한 메커니즘의 작동을 살펴 보겠습니다.
여기에 표시된 메커니즘은 모든 사람이 인생에서 경험 한 시소 입니다. 판자는 양쪽 끝에서 질량이 경험하는 중력에 따라 앞뒤로 움직입니다. 간단히 말해서 시소는 '질량'의 비교기이며 판자의 양 끝에 놓인 물체의 질량을 비교합니다. 따라서 질량이 더 높은 물체는 땅에 수평을 이루고 질량이 낮은 물체는 공중으로 들어 올려집니다.
이 시소 설정에서는 그림과 같이 한쪽 끝에 고정 된 질량 'M'이 있고 다른 쪽 끝에는 빈 버킷이 있습니다. 이 초기 상태에서 질량 'M'은지면에 수평이되고 버킷은 위에서 설명한 시소 원리에 따라 공중에 매달려 있습니다.
이제 빈 양동이 위에 놓인 수돗물을 켜면 물이 빈 양동이를 채우기 시작하여 전체 설정의 질량이 증가합니다.
버킷이 완전히 가득 차면 버킷 쪽의 전체 질량이 다른 쪽 끝에 놓인 고정 질량 'M'보다 커집니다. 따라서 판자는 축을 따라 이동하여 질량 'M'을 공중 들어 올리고 물통을 접지합니다.
물통이 땅에 떨어지면 그림과 같이 물통에 채워진 물이 완전히 땅에 쏟아집니다. 유출 후 버킷 측의 총 질량은 고정 질량 'M'에 비해 다시 작아집니다. 그래서 다시 판자가 축을 따라 움직여서 또 다른 채우기를 위해 양동이를 공기로 다시 이동시킵니다.
물통을 채우기 위해 물 공급원이 존재할 때까지 채우고 흘리는이주기는 계속 올라 갑니다. 그리고이주기 때문에 판자는주기적인 간격으로 축을 따라 이동하여 진동 출력을 제공합니다.
이제 기계 구성 요소와 전기 구성 요소를 비교하면 다음 과 같습니다.
- 버킷은 커패시터 또는 인덕터 인 에너지 저장 장치로 간주 할 수 있습니다.
- Seesaw는 커패시터와 기준 전압을 비교하는 데 사용되는 비교기 또는 연산 증폭기입니다.
- 커패시터 값의 공칭 비교를 위해 기준 전압이 사용됩니다.
- 여기서 물의 흐름은 전하라고 할 수 있습니다.
이완 발진기 회로
위의 시소 메커니즘에 대한 등가 전기 회로를 그리면 아래와 같이 Relaxation Oscillator Circuit 을 얻을 수 있습니다 .
이 연산 증폭기 완화 발진기 의 작동은 다음과 같이 설명 할 수 있습니다.
- 수돗물을 켜면 물이 물통으로 흘러 천천히 채워집니다.
- 물통이 완전히 채워지면 버킷 쪽의 전체 질량이 다른 쪽 끝에 놓인 고정 질량 'M'보다 커집니다. 이런 일이 발생하면 판자는 위치를 더 타협하는 곳으로 이동합니다.
- 물이 완전히 흘러 나오면 버킷 측의 총 질량은 고정 질량 'M'에 비해 다시 줄어 듭니다. 따라서 샤프트는 다시 초기 위치로 이동합니다.
- 다시 한 번 버킷은 이전 해제 후 물로 채워지며이 사이클은 수도꼭지에서 물이 흘러 나올 때까지 영원히 계속됩니다.
위의 경우 그래프를 그리면 아래와 같이 보일 것입니다.
여기,
- 처음에 비교기의 출력이 높다고 생각하면이 시간 동안 커패시터가 충전됩니다. 커패시터가 충전되면 단자 전압이 점차 상승하여 그래프에서 볼 수 있습니다.
- 커패시터 단자 전압이 임계 값에 도달하면 비교기 출력이 그래프와 같이 높음에서 낮음으로 바뀝니다. 그리고 비교기 출력이 음이되면 커패시터가 0으로 방전되기 시작합니다. 음극 출력 전압의 존재로 인해 커패시터가 완전히 방전 된 후 반대 방향을 제외하고 다시 충전됩니다. 음의 출력 전압 때문에 그래프에서 볼 수 있듯이 커패시터 전압도 음의 방향으로 상승합니다.
- 커패시터가 음의 방향으로 최대로 충전되면 비교기는 출력을 음에서 양으로 전환합니다. 출력이 양의 주기로 전환되면 커패시터는 음의 경로에서 방전되고 그래프에 표시된 것처럼 양의 경로에 전하를 축적합니다.
- 따라서 양극 및 음극 경로의 커패시터 충전 및 방전주기는 비교기가 위에 표시된 출력에서 구형파 신호를 생성합니다.
이완 발진기의 주파수
분명히 발진 주파수는 회로에서 C1과 R3의 시간 상수에 따라 달라집니다. C1 및 R3의 값이 높을수록 충전 및 방전 속도가 길어 지므로 주파수 진동이 낮아집니다. 마찬가지로 값이 작을수록 더 높은 주파수 진동이 생성됩니다.
여기서 R1과 R2는 출력 파형의 주파수를 결정하는데도 중요한 역할을합니다. 이는 C1이 충전해야하는 전압 임계 값을 제어하기 때문입니다. 예를 들어 임계 값이 5V로 설정된 경우 C1은 각각 최대 5V 및 -5V까지만 충전 및 방전하면됩니다. 반면 임계 값을 10V로 설정하면 10V 및 -10V로 충전 및 방전하기 위해 C1이 필요합니다.
따라서 Relaxation Oscillator Frequency 공식 은 다음과 같습니다.
f = 1/2 x R 3 x C 1 x ln (1 + k / 1-k)
여기에서 K = R 2 / R 1 + R 2
저항 R1과 R2가 서로 같으면
f = 1/2 x R 3 x C 1
이완 발진기의 적용
Relaxation Oscillator는 다음에서 사용할 수 있습니다.
- 신호 발생기
- 카운터
- 메모리 회로
- 전압 제어 발진기
- 재미있는 회로
- 발진기
- 다중 진동기.