-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 1
/
Copy pathoskillaattori.tex
185 lines (145 loc) · 4.7 KB
/
oskillaattori.tex
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
\frame{
\frametitle{Oskillaattori}
\begin{itemize}
\item Oskillaattori = värähtelijä.
\item Esimerkiksi heilurikellon heiluri on oskillaattori.
\item Elektroniikassa oskillattorilla tarkoitetaan värähtelypiiriä, joka tuottaa halutuntaajuista vaihtosähköä tasasähköstä.
\item Oskillaattori tuottaa digitaalipiirien niin kutsutun kellosignaalin. Esimerkiksi 3,2 GHz:n taajuinen tietokoneen suoritin
saa kellosignaalinsa 3,2 GHz:n suorakaideaalto-oskillaattorilta.
\item Oskillaattorin lähtösignaali on sovelluksesta riippuen yleensä sini-, suorakaide-, kolmio-, tai sahahammasaaltoa.
\end{itemize}
}
\frame{
\frametitle{Toteutustapoja}
Oskillaattori voidaan toteuttaa usealla eri tavalla. Käytetyimmät tekniikat ovat:
\begin{itemize}
\item Ladataan ja puretaan kondensaattoria vuorotellen. Tällaista oskillaattoria kutsutaan relaksaatio-oskillaattoriksi.
\item Suunnitellaan negatiivisesti takaisinkytketyn vahvistimen takaisinkytkentäpiiri niin, että sopivalla taajuudella (= halutulla
värähtelytaajuudella) termi $AB$ eli silmukkavahvistus saa arvon -1. Tällöin piiri värähtelee, vaikka sinne ei syötetä signaalia.
\item Värähtelyehto $AB=-1$ tunnetaan nimellä {\bf Barkhausenin kriteeri}.
\item Tulo $AB$ voi olla pienempikin kuin $AB=-1$, esimerkiksi piiri värähtelee myös jos $AB=-1,2$ tai $AB=-2,5$. Tällöin kuitenkin lähtöjännite säröytyy. Olennaista värähtelyn kannalta on, että takaisinkytkennän vaihesiirto on -180 astetta, eli $AB$ on pienempi kuin -1 ja reaalinen.
\end{itemize}
}
\frame{
\frametitle{Toteutustapoja}
\begin{itemize}
\item Käyttämällä takaisinkytkentäpiirissä tarkoin leikattua kvartsikidettä, saadaan erittäin tarkka oskillaattori. Tällaisia tarvitaan esimerkiksi rannekelloissa, tietoliikennesovelluksissa ja tarkkuusmittaustekniikassa.
\item Oskillaattori tarvitsee yleensä säätöpiirin, joka pitää lähtöjännitteen amplitudin sopivissa rajoissa.
\item Esimerkiksi siniaalto-oskillaattorin tuottama siniaalto säröytyy, mikäli amplitudi kasvaa liian suureksi.
\end{itemize}
}
\frame{
\frametitle{Esimerkki relaksaatio-oskillaattorista}
Ei-portin on oltava Schmitt-liipaisintulolla varustettu. Tämä tarkoittaa sitä, että lähtö vaihtuu nollaksi, kun tulo nousee (esim.) 2/3:aan
käyttöjännitteestä ja ykköseksi, kun tulo laskee (esim.) alle 1/3:aan käyttöjännitteestä. Lähtöjännitteen taajuus riippuu edellä mainituista
liipaisurajoista sekä RC-piirin aikavakiosta. Lähtöjännite on suorakaideaaltoa.
\begin{center}
\begin{picture}(100,100)(0,0)
\hnot{25,38}{}
\vc{0,0}{C}
\hgp{0,0}
\hln{0,50}{25}
\hz{0,85}{R}
\vln{0,50}{35}
\hln{50,50}{50}
\hln{50,85}{30}
\vln{80,50}{35}
\out{100,50}
\out{100,00}
\hgp{100,0}
\du{100,0}{\Uout}
\end{picture}
\end{center}
}
\frame{
\frametitle{Schmitt-liipaisimen toiminta}
\begin{center}
\includegraphics[height=7.5cm]{oskillaattori_pics/1000px-Smitt_hysteresis_graph.png}
%LÄHDE http://en.wikipedia.org/wiki/File:Smitt_hysteresis_graph.svg
\end{center}
}
\frame{
\frametitle{555-ajastinpiiri}
\begin{center}
\includegraphics[height=6.5cm]{oskillaattori_pics/1000px-NE555_Bloc_Diagram.png}\\
%LÄHDE: http://en.wikipedia.org/wiki/File:NE555_Bloc_Diagram.svg
\end{center}
}
\frame {
\frametitle{Wienin siltaoskillaattori}
\begin{center}
\begin{picture}(150,200)(50,0)
\ho{50,125}{}
\hz{50,175}{}
\hz{0,175}{\rm PTC}
\hgp{0,175}
\hgp{100,0}
\vz{100,100}{R}
\vc{100,50}{C}
\vc{75,0}{C}
\vz{125,0}{R}
\hln{75,0}{50}
\hln{75,50}{50}
\hln{50,60}{50}
\vln{50,60}{65}
\vln{100,150}{25}
\cn{100,150}
\hln{100,150}{25}
\out{125,150}
\hgp{125,100}
\out{125,100}
\du{125,100}{\Uout}
\dcru{130,0}{U_+=\frac{1}{3+\jj(RC\omega-\frac{1}{RC\omega})}\Uout}
\end{picture}
\end{center}
}
\frame{
\frametitle{Vaihesiirto-oskillaattori}
\begin{center}
\begin{picture}(250,120)(0,0)
\hc{0,50}{C}
\hc{50,50}{C}
\hc{100,50}{C}
\hz{150,50}{R}
\vz{50,0}{R}
\vz{100,0}{R}
\hg{50,0}
\hg{100,0}
\vo{200,30}{}{15}
\hgp{200,30}{}
\hz{200,90}{R_1}
\vln{200,50}{40}
\vln{250,40}{70}
\du{250,-10}{\Uout}
\hg{250,-10}
\hln{0,110}{250}
\vln{0,50}{60}
\end{picture}
\end{center}
}
\frame{
\frametitle{Yhdenlainen relaksaatio-oskillaattori}
\begin{center}
\begin{picture}(110,130)(50,-50)
\hz{0,20}{R_1\ 1\kohm}
\voi{50,0}{}{15}
\hz{50,60}{R_2\ 15\kohm}
\hgp{50,0}
\hz{100,10}{R_3\ 150 \kohm}
\vo{150,-10}{}{15}
\hgp{150,-10}
\hc{150,50}{C\ 100\ \mbox{nF}}
\vln{200,0}{75}
\hln{100,75}{100}
\vln{150,10}{40}
\vln{0,20}{55}
\hln{0,75}{100}
\vln{50,20}{40}
\vln{100,10}{50}
\hln{200,0}{10}
\du{210,-50}{\Uout}
\hg{210,-50}
\end{picture}
\end{center}
Vasemmalla puolella on Schmitt-liipaisintulolla varustettu komparaattori ja oikealla puolella on integraattori. Yhdessä piirit muodostavat kokonaisuuden, jossa kondensaattori latautuu ja purkautuu jatkuvasti.
}