ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງ Oscillators ໃນເອເລັກໂຕຣນິກ
ເຄື່ອງອອດຊີເດເຕີແມ່ນໜຶ່ງໃນວົງຈອນທີ່ສຳຄັນທີ່ສຸດໃນເອເລັກໂຕຣນິກ ເພາະມັນສ້າງສັນຍານແບບເປັນໄລຍະຢ່າງເປັນອິດສະຫຼະໂດຍບໍ່ຕ້ອງໃຊ້ກະແສໄຟຟ້າສະຫຼັບພາຍນອກ (AC). ເກືອບທຸກອຸປະກອນທີ່ທັນສະໄໝໃຊ້ເຄື່ອງອອດຊີເດເຕີ, ຕັ້ງແຕ່ໂມງດິຈິຕອນ ແລະ ວິທະຍຸ ຈົນເຖິງໂທລະສັບມືຖື ແລະ ຄອມພິວເຕີ ຈົນເຖິງລະບົບການສື່ສານຜ່ານດາວທຽມ. ເວົ້າອີກຢ່າງໜຶ່ງ, ເຄື່ອງອອດຊີເດເຕີສາມາດຖືກຄິດວ່າເປັນ "ຫົວໃຈ" ຂອງວົງຈອນ, ສະໜອງກຳມະຈອນສັນຍານຊ້ຳໆເພື່ອຄວບຄຸມເວລາ (ໂມງ), ນຳຂໍ້ມູນ, ຫຼື ສ້າງຄື້ນພາຫະນະ. ບົດຄວາມນີ້ສົນທະນາກ່ຽວກັບຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງອອດຊີເດເຕີ, ອົງປະກອບຂອງມັນ, ແລະ ປະເພດຂອງເຄື່ອງອອດຊີເດເຕີທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປ.
ເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບ Oscillators
ເວົ້າງ່າຍໆ, ເຄື່ອງອອດຊີເດເຕີ ແມ່ນວົງຈອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຜະລິດຮູບແບບຄື້ນໄຟຟ້າເປັນໄລຍະ, ເຊັ່ນ: ຄື້ນໄຊນ໌, ຄື້ນສີ່ຫຼ່ຽມ, ຄື້ນສາມຫຼ່ຽມ, ຫຼື ຄື້ນແຂ້ວເລື່ອຍ. ລັກສະນະຕົ້ນຕໍຂອງເຄື່ອງອອດຊີເດເຕີ ແມ່ນຄວາມສາມາດໃນການສ້າງສັນຍານຊ້ຳໆຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນຄວາມຖີ່ສະເພາະ. ຄວາມຖີ່ນີ້ສາມາດຕໍ່າຫຼາຍ (ຕົວຢ່າງ, ສອງສາມເຮີດຊ໌) ຈົນເຖິງສູງຫຼາຍ (GHz), ຂຶ້ນກັບຄວາມຕ້ອງການຂອງການນຳໃຊ້.
ເຄື່ອງອອດຊິວເລເຕີແຕກຕ່າງຈາກເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແບບດັ້ງເດີມ. ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຕ້ອງການສັນຍານປ້ອນຂໍ້ມູນເພື່ອຂະຫຍາຍສຽງ, ໃນຂະນະທີ່ເຄື່ອງອອດຊິວເລເຕີ "ສ້າງ" ສັນຍານຂອງຕົວມັນເອງຜ່ານກົນໄກການປ້ອນກັບ ແລະ ເງື່ອນໄຂສະເພາະໃດໜຶ່ງທີ່ກະຕຸ້ນການອອດຊິວ.
ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານ: ຄຳຕິຊົມໃນທາງບວກ
ຫຼັກການພື້ນຖານທີ່ສຸດໃນອອດຊີເລດເຕີແມ່ນການຕອບສະໜອງໃນທາງບວກ. ໃນວົງຈອນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ, ສ່ວນໜຶ່ງຂອງສັນຍານຜົນຜະລິດຈະຖືກນຳໄປສົ່ງຄືນໄປຫາອິນພຸດ. ຖ້າສັນຍານທີ່ສົ່ງຄືນນັ້ນຢູ່ໃນເຟສກັບອິນພຸດ, ການສົ່ງຄືນນັ້ນຈະຖືກເອີ້ນວ່າເປັນບວກ. ການຕອບສະໜອງໃນທາງບວກຈະຂະຫຍາຍສັນຍານ, ແລະ ຖ້າເງື່ອນໄຂຖືກຕອບສະໜອງ, ສັນຍານຈະເຕີບໃຫຍ່ເປັນການສັ່ນທີ່ໝັ້ນຄົງ.
ໃນການປະຕິບັດ, ອອດຊິວເດີເກືອບທຸກຄັ້ງໃຊ້ອົງປະກອບຂະຫຍາຍສຽງ (ທຣານຊິສເຕີ, ອອບແອມ, ຫຼື ຫຼອດສູນຍາກາດໃນເຕັກໂນໂລຊີເກົ່າ) ບວກກັບເຄືອຂ່າຍຄຳຕິຊົມແບບເລືອກເຟັ້ນທີ່ກຳນົດຄວາມຖີ່.
ເງື່ອນໄຂສຳລັບການສັ່ນສະເທືອນທີ່ຈະເກີດຂຶ້ນ (ເງື່ອນໄຂ Barkhausen)
ເພື່ອໃຫ້ຕົວສັ່ນສະເທືອນມີການສັ່ນສະເທືອນ, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວແມ່ນໃຊ້ເກນ Barkhausen, ຄືສອງເງື່ອນໄຂຫຼັກ:
1. ເງື່ອນໄຂແອມພລິຈູດ (ການເພີ່ມວົງ):
ການເພີ່ມກຳລັງຂອງວົງແຫວນຄວນຈະເທົ່າກັບ 1 ຫຼື ຫຼາຍກວ່າ 1 ເລັກນ້ອຍໃນເວລາເລີ່ມຕົ້ນ. ໃນທາງຄະນິດສາດ:
\|Aβ\| ≥ 1
ໃນທີ່ນີ້ A ແມ່ນອັດຕາເພີ່ມຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ, ໃນຂະນະທີ່ β ແມ່ນຕົວຄູນຄຳຕິຊົມ.
2. ຄວາມຕ້ອງການຂອງໄລຍະ:
ການປ່ຽນເຟສທັງໝົດຕາມເສັ້ນທາງວົງວຽນຕ້ອງເປັນ 0° ຫຼື ຕົວຄູນຂອງ 360°. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າສັນຍານທີ່ກັບຄືນສູ່ອິນພຸດຕ້ອງຢູ່ໃນເຟສກັບສັນຍານອິນພຸດ.
ຖ້າເງື່ອນໄຂສອງຢ່າງນີ້ຖືກຕອບສະໜອງ, ສັນຍານຂະໜາດນ້ອຍ (ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວມີຕົ້ນກຳເນີດມາຈາກສຽງລົບກວນຄວາມຮ້ອນຂອງອົງປະກອບ) ຈະຖືກຂະຫຍາຍຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຈົນກວ່າມັນຈະຮອດສະພາບທີ່ໝັ້ນຄົງ.
ຂັ້ນຕອນການເຮັດວຽກຂອງ Oscillator
1. ການເລີ່ມຕົ້ນ (ເລີ່ມສັ່ນ)
ເມື່ອວົງຈອນຖືກເປີດເຄື່ອງຄັ້ງທຳອິດ, ຈະບໍ່ມີສັນຍານເຂົ້າ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ມັນມີສຽງລົບກວນບາງຢ່າງພາຍໃນອົງປະກອບຕ່າງໆສະເໝີ. ສຽງລົບກວນນີ້ເຂົ້າໄປໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ແລະ ຈະຖືກຂະຫຍາຍ. ຖ້າຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ທີ່ແນ່ນອນ ເຄືອຂ່າຍຄຳຕິຊົມຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການຂອງເຟສ ແລະ ຄວາມກວ້າງຂອງຄື້ນ, ອົງປະກອບຄວາມຖີ່ນັ້ນຈະກາຍເປັນທີ່ໂດດເດັ່ນ ແລະ ສືບຕໍ່ເຕີບໂຕ.
2. ການຂະຫຍາຍຄວາມຖີ່ ແລະ ການເລືອກ
ເຄືອຂ່າຍຄຳຕິຊົມໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນເລືອກເຟັ້ນ, ຊຶ່ງໝາຍຄວາມວ່າພວກມັນອະນຸຍາດໃຫ້ພຽງແຕ່ຄວາມຖີ່ສະເພາະໃດໜຶ່ງເທົ່ານັ້ນທີ່ຈະໄດ້ຮັບຄຳຕິຊົມໃນທາງບວກທີ່ຖືກຕ້ອງ. ດັ່ງນັ້ນ, ຕົວສັ່ນຈະເຮັດວຽກຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ເຫຼົ່ານັ້ນ, ໃນຂະນະທີ່ຄວາມຖີ່ອື່ນໆຈະຖືກຫຼຸດຜ່ອນລົງ.
3. ການຮັກສາສະຖຽນລະພາບຂອງແອມພລິຈູດ (ສະຖານະຄົງທີ່)
ຖ້າການເພີ່ມກຳລັງຂອງວົງແຫວນຍັງສືບຕໍ່ຫຼາຍກວ່າ 1, ແອມພລິຈູດຈະສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນຈົນກວ່າວົງຈອນຈະອີ່ມຕົວ ແລະ ມີການບິດເບືອນຢ່າງຮຸນແຮງ. ເພື່ອສ້າງຜົນຜະລິດທີ່ໝັ້ນຄົງ, ຕົວສັ່ນຕ້ອງການກົນໄກການຈຳກັດແອມພລິຈູດ ຫຼື ການຄວບຄຸມ, ຕົວຢ່າງ:
- ຄວາມບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່ທຳມະຊາດຂອງທຣານຊິດເຕີ/ອອບແອມ,
- ການໃຊ້ໄດໂອດຈຳກັດ
- ໂຄມໄຟ incandescent ຂະໜາດນ້ອຍ (ຢູ່ເທິງຕົວສັ່ນສະເທືອນ Wien Bridge ແບບຄລາສສິກ),
- AGC (ການຄວບຄຸມການເພີ່ມຂຶ້ນອັດຕະໂນມັດ) ໃນ oscillators ທີ່ແນ່ນອນ.
ໃນຈຸດທີ່ໝັ້ນຄົງ, ອັດຕາເພີ່ມທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງວົງແຫວນຈະກາຍເປັນປະມານ 1 ຢ່າງແນ່ນອນ ດັ່ງນັ້ນແອມພລິຈູດຈຶ່ງບໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນ ຫຼື ຫຼຸດລົງອີກຕໍ່ໄປ.
ອົງປະກອບກຳນົດຄວາມຖີ່
ຄວາມຖີ່ຂອງການສັ່ນສະເທືອນມັກຈະຖືກກຳນົດໂດຍເຄືອຂ່າຍກຳນົດຄວາມຖີ່, ຕົວຢ່າງ:
1. RC (ຕົວຕ້ານທານ-ຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ)
ເໝາະສຳລັບຄວາມຖີ່ຕ່ຳຫາກາງ (ສຽງສູງເຖິງຫຼາຍຮ້ອຍ kHz).
2. LC (ຕົວນຳ-ຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ)
ເປັນເລື່ອງທຳມະດາສຳລັບຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ (ຫຼາຍຮ້ອຍ kHz ຫາ ຫຼາຍສິບ MHz).
3. ຜລຶກ (ຜລຶກຄວດສ໌)
ໃຫ້ຄວາມໝັ້ນຄົງຄວາມຖີ່ສູງຫຼາຍ, ເຊິ່ງພົບເລື້ອຍໃນໂມງໄມໂຄຣຄອນໂທຣເລີ, ຄອມພິວເຕີ ແລະ ການສື່ສານ.
ອົງປະກອບກຳນົດຄວາມຖີ່ທີ່ໝັ້ນຄົງຫຼາຍເທົ່າໃດ, ຜົນຜະລິດຂອງຕົວສັ່ນຈະໝັ້ນຄົງຫຼາຍຂຶ້ນຕໍ່ກັບການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ, ແຮງດັນ ແລະ ການລົບກວນການໂຫຼດ.
ປະເພດທົ່ວໄປຂອງ Oscillators
1. RC Oscillator
ຕົວສັ່ນສະເທືອນ RC ໃຊ້ການລວມກັນຂອງຕົວຕ້ານທານ ແລະ ຕົວເກັບປະຈຸເພື່ອສ້າງການປ່ຽນໄລຍະສະເພາະ.
ກ. ຕົວສັ່ນສະເທືອນການປ່ຽນໄລຍະ RC
ໂດຍການໃຊ້ RC stage ຫຼາຍອັນທີ່ມີການປ່ຽນ phase ທັງໝົດ 180°, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແບບປີ້ນກັບຈະຖືກເພີ່ມເຂົ້າມາເພື່ອໃຫ້ໄດ້ອີກ 180° ລວມທັງໝົດ 360°. ເໝາະສົມສຳລັບການສ້າງຄື້ນ sine ທີ່ຄວາມຖີ່ສຽງ.
ຂ. ຕົວສັ່ນສະເທືອນຂົວວຽນ
ໜຶ່ງໃນຕົວສັ່ນໄຊນ໌ທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີທີ່ສຸດ. ມັນໃຊ້ຂົວ Wien (ການລວມກັນຂອງວົງຈອນ RC ແບບອະນຸກົມ ແລະ ຂະໜານ) ເພື່ອກຳນົດຄວາມຖີ່. ຂໍ້ດີຂອງມັນແມ່ນການບິດເບືອນຕ່ຳຖ້າແອມພລິຈູດຖືກຄວບຄຸມໄດ້ດີ, ຕົວຢ່າງ, ໂດຍການໃຊ້ໂຄມໄຟ incandescent ເປັນອົງປະກອບຄວບຄຸມການເພີ່ມກຳລັງ.
2. ຕົວສັ່ນ LC
ຕົວສັ່ນ LC ສ້າງການສັ່ນໂດຍອີງໃສ່ການສະທ້ອນຂອງວົງຈອນອິນດັກເຕີ (L) ແລະ ຕົວເກັບປະຈຸ (C). ຄວາມຖີ່ສະທ້ອນທີ່ເໝາະສົມແມ່ນ:
\[
f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}
\]
ປະເພດທີ່ນິຍົມ:
- Hartley Oscillator: ໃຊ້ການແຕະໃສ່ຕົວນຳໄຟຟ້າ ຫຼື ສອງຕົວນຳໄຟຟ້າຕໍ່ກັນເປັນຊຸດ.
- Colpitts Oscillator: ໃຊ້ຕົວແບ່ງຕົວເກັບປະຈຸ (ຕົວເກັບປະຈຸສອງຕົວຕໍ່ຊຸດ).
- Clapp Oscillator: ການປ່ຽນແປງຂອງ Colpitts ທີ່ມີຕົວເກັບປະຈຸເພີ່ມເຕີມເພື່ອຄວາມໝັ້ນຄົງ.
ຕົວສັ່ນ LC ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນເຄື່ອງສົ່ງສັນຍານວິທະຍຸ, ເຄື່ອງຮັບ, VCOs (ຕົວສັ່ນທີ່ຄວບຄຸມດ້ວຍແຮງດັນ), ແລະວົງຈອນ RF ອື່ນໆ.
3. Osilator Kristal
ເຄື່ອງສັ່ນສະເທືອນຂອງຜລຶກໃຊ້ສຽງສະທ້ອນທາງກົນຈັກຂອງຜລຶກຄວດສ໌ທີ່ຄົມຫຼາຍ (Q ສູງ). ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມຖີ່ຂອງມັນຈຶ່ງມີຄວາມແມ່ນຍຳ ແລະ ໝັ້ນຄົງຫຼາຍ. ຜລຶກທົ່ວໄປມີຢູ່ໃນ 32.768 kHz (ໂມງ), 8 MHz, 16 MHz, 25 MHz, ແລະ ຄ່າອື່ນໆອີກຫຼາຍຢ່າງ.
ຂໍ້ດີ:
- ສະຖຽນລະພາບຄວາມຖີ່ສູງ,
- ສຽງລົບກວນລະດັບຕ່ຳເມື່ອທຽບກັບ RC/LC ທຳມະດາ.
ຂາດ:
- ຄວາມຖີ່ບໍ່ງ່າຍທີ່ຈະປ່ຽນແປງ,
- ຕ້ອງການວົງຈອນໄດຣເວີທີ່ເໝາະສົມ ເພື່ອບໍ່ໃຫ້ຄຣິສຕັນເຮັດວຽກເກີນກຳນົດ.
4. ຕົວສັ່ນຜ່ອນຄາຍ
ບໍ່ເຫມືອນກັບຕົວສັ່ນຄື້ນໄຊນ໌, ຕົວສັ່ນຜ່ອນຄາຍຈະຜະລິດຄື້ນທີ່ບໍ່ແມ່ນໄຊນ໌ (ສີ່ຫຼ່ຽມ, ສາມຫຼ່ຽມ, ແຂ້ວເລື່ອຍ) ໂດຍການສາກໄຟ ແລະ ປ່ອຍປະຈຸໄຟຟ້າຊ້ຳໆ. ຕົວຢ່າງ:
- ເຄື່ອງສັ່ນສະເທືອນ Astable (ອີງໃສ່ທຣານຊິສເຕີ ຫຼື IC 555),
- ຕົວສັ່ນສະເທືອນໂດຍອີງໃສ່ຕົວກະຕຸ້ນ Schmitt.
ຕົວສັ່ນສະເທືອນນີ້ເປັນທີ່ນິຍົມສຳລັບເຄື່ອງກຳເນີດກຳມະຈອນ, ໂມງຈັບເວລາ, PWM, ແລະ ວົງຈອນດິຈິຕອນ.
ປັດໄຈສຳຄັນໃນການອອກແບບ Oscillator
1. ສະຖຽນລະພາບຄວາມຖີ່
ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກຄວາມທົນທານຂອງອົງປະກອບ, ອຸນຫະພູມ, ການເກົ່າ, ແລະ ການປ່ຽນແປງຂອງແຮງດັນ. ສຳລັບລະບົບຄວາມແມ່ນຍໍາ, ຜລຶກ ຫຼື TCXO/OCXO ມັກຈະຖືກເລືອກ.
2. ສຽງລົບກວນ ແລະ ການກະວົນກະວາຍໃນເຟສ
ມັນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນການສື່ສານດິຈິຕອນ ແລະ ລະບົບໂມງ. ສຽງລົບກວນໄລຍະສູງສາມາດເຮັດໃຫ້ຄຸນນະພາບການມອດູເລດຫຼຸດລົງ, ເພີ່ມ BER (ອັດຕາຄວາມຜິດພາດຂອງບິດ) ແລະ ບິດເບືອນສະເປກຕຣຳ.
3. ການບິດເບືອນຂອງຄື້ນ
ຕົວສັ່ນຂອງໄຊນ໌ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວມີການບິດເບືອນຕ່ຳ. ການບິດເບືອນເກີດຂຶ້ນຖ້າການຄວບຄຸມແອມພິລິຈູນບໍ່ດີ ຫຼື ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງເຮັດວຽກຢູ່ໃນພາກພື້ນທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນຊື່.
4. ຜົນກະທົບຂອງການໂຫຼດ (ການໂຫຼດ)
ຖ້າຜົນຜະລິດຖືກໂຫຼດໂດຍກົງ, ເຄືອຂ່າຍການສະທ້ອນສາມາດປ່ຽນແປງໄດ້, ເຮັດໃຫ້ຄວາມຖີ່ປ່ຽນໄປ. ດັ່ງນັ້ນ, ບັຟເຟີ (ຕົວຕິດຕາມອີມິເຕີ, ບັຟເຟີ op-amp) ມັກຖືກໃຊ້ເພື່ອ "ແຍກ" ວົງຈອນກຳນົດຄວາມຖີ່.
ສະຫຼຸບ
ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງຕົວສັ່ນໃນເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນຂຶ້ນກັບການຕອບສະໜອງໃນທາງບວກ ແລະ ການຕອບສະໜອງເງື່ອນໄຂຂອງ Barkhausen: ການເພີ່ມກຳລັງຂອງວົງແຫວນທີ່ພຽງພໍ ແລະ ການປ່ຽນເຟສທັງໝົດ 0°/360°. ຕົວສັ່ນເລີ່ມການສັ່ນຈາກສຽງລົບກວນພາຍໃນ, ຫຼັງຈາກນັ້ນເຄືອຂ່າຍກຳນົດຄວາມຖີ່ (RC, LC, ຫຼື ຜລຶກ) ເລືອກຄວາມຖີ່ສະເພາະ, ແລະ ສຸດທ້າຍຄວາມກວ້າງຂອງຄື້ນຈະຖືກສະຖຽນລະພາບໂດຍກົນໄກຈຳກັດການເພີ່ມກຳລັງ. ຕົວສັ່ນຫຼາຍປະເພດ - RC, LC, ຜລຶກ, ແລະ ການຜ່ອນຄາຍ - ຖືກເລືອກໂດຍອີງໃສ່ຄວາມຖີ່, ຄວາມໝັ້ນຄົງ, ຮູບແບບຄື້ນ, ແລະ ຄວາມຕ້ອງການຂອງການນຳໃຊ້. ການເຂົ້າໃຈຫຼັກການເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍໃຫ້ວິສະວະກອນ ແລະ ນັກສຶກສາເອເລັກໂຕຣນິກອອກແບບລະບົບໂມງ, ເຄື່ອງກຳເນີດສັນຍານ, ແລະ ວົງຈອນການສື່ສານທີ່ເຊື່ອຖືໄດ້.
ຖ້າທ່ານຕ້ອງການ, ຂ້ອຍສາມາດເພີ່ມຕົວຢ່າງຂອງການຄິດໄລ່ຄວາມຖີ່ສຳລັບໜຶ່ງໃນປະເພດ oscillator (ເຊັ່ນ Wien Bridge ຫຼື Colpitts) ພ້ອມກັບແຜນວາດວົງຈອນພື້ນຖານ.
