மின்னணுவியலில் அலைவியின் செயல்படும் கொள்கை

மின்னணுவியலில் அலைவிகளின் செயல்படும் கொள்கை

ஆஸிலேட்டர் என்பது மின்னணுவியலில் உள்ள மிக முக்கியமான மின்சுற்றுகளில் ஒன்றாகும், ஏனெனில் அது வெளிப்புற மாறுதிசை மின்னோட்ட (AC) உள்ளீடு தேவையின்றி, தன்னிச்சையாக சீரான காலமுறை சமிக்ஞைகளை உருவாக்குகிறது. டிஜிட்டல் கடிகாரங்கள் மற்றும் ரேடியோக்கள் முதல் செல்போன்கள் மற்றும் கணினிகள், செயற்கைக்கோள் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகள் வரை கிட்டத்தட்ட அனைத்து நவீன சாதனங்களும் ஆஸிலேட்டர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒரு ஆஸிலேட்டரை ஒரு மின்சுற்றின் "இதயம்" என்று கருதலாம்; அது நேரத்தை (கடிகாரம்) ஒழுங்குபடுத்துவதற்கும், தகவல்களைக் கொண்டு செல்வதற்கும், அல்லது கேரியர் அலைகளை உருவாக்குவதற்கும் தொடர்ச்சியான சமிக்ஞைத் துடிப்புகளை வழங்குகிறது. இந்தக் கட்டுரை ஆஸிலேட்டர்களின் செயல்பாட்டுக் கொள்கைகள், அவற்றின் கூறுகள் மற்றும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஆஸிலேட்டர்களின் வகைகள் பற்றி விவாதிக்கிறது.

அலைவிகளைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

சுருக்கமாகச் சொன்னால், ஆஸிலேட்டர் என்பது சைன், ஸ்கொயர், ட்ரையாங்கிள் அல்லது சாடூத் அலை போன்ற ஒரு சீரான காலமுறை மின் அலைவடிவத்தை உருவாக்கும் ஒரு மின்னணுச் சுற்று ஆகும். ஒரு ஆஸிலேட்டரின் முதன்மைப் பண்பு, ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணில் தொடர்ச்சியாக மீண்டும் மீண்டும் வரும் சிக்னலை உருவாக்கும் அதன் திறனாகும். இந்த அதிர்வெண், பயன்பாட்டுத் தேவைகளைப் பொறுத்து, மிகக் குறைவாக (உதாரணமாக, சில ஹெர்ட்ஸ்) இருந்து மிக அதிகமாக (GHz) வரை இருக்கலாம்.

அலைவுருவாக்கிகள் வழக்கமான பெருக்கிகளிலிருந்து வேறுபடுகின்றன. பெருக்கிகள் பெருக்குவதற்கு ஒரு உள்ளீட்டு சமிக்ஞையைக் கோருகின்றன, ஆனால் அலைவுருவாக்கிகள் பின்னூட்ட வழிமுறைகள் மற்றும் அலைவைத் தூண்டும் சில நிபந்தனைகள் மூலம் தங்களின் சொந்த சமிக்ஞையை 'உருவாக்குகின்றன'.

அடிப்படைக் கருத்து : நேர்மறையான பின்னூட்டம்

அலைவிகளில் உள்ள மிக அடிப்படையான கொள்கை நேர்மறை பின்னூட்டம் ஆகும். ஒரு பெருக்கிச் சுற்றில், வெளியீட்டு சமிக்ஞையின் ஒரு பகுதி எடுக்கப்பட்டு உள்ளீட்டிற்குத் திருப்பி அனுப்பப்படுகிறது. திருப்பி அனுப்பப்பட்ட சமிக்ஞை உள்ளீட்டுடன் ஒரே கட்டத்தில் இருந்தால், அந்தப் பின்னூட்டம் நேர்மறை பின்னூட்டம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. நேர்மறை பின்னூட்டம் சமிக்ஞையைப் பெருக்குகிறது, மேலும் நிபந்தனைகள் பூர்த்தி செய்யப்பட்டால், அந்த சமிக்ஞை ஒரு நிலையான அலைவாக வளரும்.

நடைமுறையில், அலைவுருவாக்கிகள் பெரும்பாலும் ஒரு பெருக்கி உறுப்பையும் (பழைய தொழில்நுட்பங்களில் டிரான்சிஸ்டர், ஆப்-ஆம்ப் அல்லது வெற்றிடக் குழாய்) மற்றும் அதிர்வெண்ணைத் தீர்மானிக்கும் ஒரு தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பின்னூட்ட வலையமைப்பையும் பயன்படுத்துகின்றன.

அலைவு ஏற்படுவதற்கான நிபந்தனைகள் (பர்காசென் அளவுகோல்)

ஒரு அலைவி அலைவுறுவதற்கு, பார்காசென் அளவுகோல்கள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அதாவது இரண்டு முக்கிய நிபந்தனைகள்:

1. வீச்சு நிபந்தனைகள் (சுற்று ஆதாயம்):
தொடக்கத்தில் லூப் கெயின் 1-க்குச் சமமாகவோ அல்லது 1-ஐ விடச் சற்றே அதிகமாகவோ இருக்க வேண்டும். கணிதரீதியாக:
\|Aβ\| ≥ 1
இங்கு A என்பது பெருக்கியின் ஆதாயம், β என்பது பின்னூட்டக் காரணி.

2. கட்டத் தேவைகள்:
சுற்றுப் பாதையில் ஏற்படும் மொத்த கட்ட மாற்றம் 0° அல்லது 360°-இன் மடங்காக இருக்க வேண்டும். இதன் பொருள், உள்ளீட்டிற்குத் திரும்பும் சமிக்ஞையானது உள்ளீட்டு சமிக்ஞையுடன் ஒரே கட்டத்தில் இருக்க வேண்டும்.

இந்த இரண்டு நிபந்தனைகளும் பூர்த்தி செய்யப்பட்டால், (பொதுவாகப் பாகத்தின் வெப்ப இரைச்சலிலிருந்து உருவாகும்) ஒரு சிறிய சமிக்ஞையானது, ஒரு நிலையான நிலையை அடையும் வரை தொடர்ந்து பெருக்கப்படும்.

அலைவியின் வேலை நிலைகள்

1. தொடக்கம் (அதிர்வுறத் தொடங்குதல்)
மின்சுற்றுக்கு முதன்முதலில் மின்சாரம் வழங்கப்படும்போது, ​​உள்ளீட்டு சமிக்ஞை எதுவும் இருக்காது. இருப்பினும், அதன் கூறுகளுக்குள் எப்போதும் சிறிதளவு இரைச்சல் இருக்கும். இந்த இரைச்சல் பெருக்கிக்குள் நுழைந்து பெருக்கப்படுகிறது. ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணில் பின்னூட்ட வலையமைப்பு, கட்டம் மற்றும் வீச்சுத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்தால், அந்த அதிர்வெண் கூறு ஆதிக்கம் செலுத்தித் தொடர்ந்து வளரும்.

2. அதிர்வெண் பெருக்கம் மற்றும் தேர்வு
பின்னூட்ட வலையமைப்புகள் பொதுவாகத் தேர்ந்தெடுக்கும் தன்மை கொண்டவை; அதாவது, அவை குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்களை மட்டுமே சரியான நேர்மறைப் பின்னூட்டத்தைப் பெற அனுமதிக்கின்றன. இதன் விளைவாக, அலைவி அந்த அதிர்வெண்களில் இயங்கும், மற்ற அதிர்வெண்கள் தணிக்கப்படும்.

3. வீச்சு நிலைப்படுத்தல் (நிலையான நிலை)
சுற்றுப் பெருக்கம் தொடர்ந்து 1-ஐ விட அதிகமாக இருந்தால், சுற்று நிறைவுற்று கடுமையான சிதைவை சந்திக்கும் வரை வீச்சு தொடர்ந்து அதிகரிக்கும். ஒரு நிலையான வெளியீட்டை உருவாக்க, அலைவிக்கு வீச்சு வரம்பிடல் அல்லது கட்டுப்பாட்டு பொறிமுறை தேவைப்படுகிறது, எடுத்துக்காட்டாக:
டிரான்சிஸ்டர்கள்/ஆப்-ஆம்ப்களின் இயல்பான நேரியலற்ற தன்மை,
– வரம்புபடுத்தும் டையோடுகளின் பயன்பாடு,
– சிறிய ஒளிரும் விளக்கு (பாரம்பரிய வைன் பிரிட்ஜ் ஆஸிலேட்டரில்),
– குறிப்பிட்ட அலைவிகளில் AGC (தானியங்கு ஆதாயக் கட்டுப்பாடு).

நிலைப்புப் புள்ளியில், சுற்றின் பயனுறு பெருக்கம் சரியாக 1 ஆகிவிடுவதால், வீச்சு அதற்கு மேல் அதிகரிக்கவோ குறையவோ செய்யாது.

அதிர்வெண் நிர்ணயிக்கும் கூறுகள்

அலைவு அதிர்வெண் பொதுவாக அதிர்வெண் நிர்ணயிக்கும் வலையமைப்பால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, எடுத்துக்காட்டாக:

1. RC (மின்தடை-மின்தேக்கி)
குறைந்த மற்றும் நடுத்தர அதிர்வெண்களுக்கு ஏற்றது (நூற்றுக்கணக்கான kHz வரையிலான ஒலி).
2. LC (மின்தூண்டி-மின்தேக்கி)
வானொலி அதிர்வெண்களுக்கு (நூற்றுக்கணக்கான கிலோஹெர்ட்ஸ் முதல் பத்து மெகாஹெர்ட்ஸ் வரை) பொதுவானது.
3. படிகம் (குவார்ட்ஸ் படிகம்)
மிக அதிக அதிர்வெண் நிலைத்தன்மையை வழங்குகிறது, பொதுவானது மைக்ரோகண்ட்ரோலர் கடிகாரத்திற்குகணினிகள் மற்றும் தகவல் தொடர்பு.

அதிர்வெண்ணை நிர்ணயிக்கும் உறுப்பு எவ்வளவு நிலையானதாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு நிலையானதாக அலைவியின் வெளியீடு வெப்பநிலை, மின்னழுத்தம் மற்றும் சுமை சீர்குலைவுகளுக்கு எதிராக இருக்கும்.

அலைவிகளின் பொதுவான வகைகள்

1. RC ஆஸிலேட்டர்
RC அலைவிகள் மின்தடையிகளின் கலவையைப் பயன்படுத்துகின்றன. மற்றும் மின்தேக்கிகள் ஒரு குறிப்பிட்ட கட்ட மாற்றத்தை உருவாக்க.

அ. RC கட்ட மாற்ற அலைவி
மொத்தமாக 180° கட்ட வேறுபாடு கொண்ட பல RC நிலைகளைப் பயன்படுத்தி, கூடுதலாக 180° கட்ட வேறுபாட்டை வழங்குவதற்காக ஒரு நேர்மாறு பெருக்கி சேர்க்கப்பட்டு, மொத்தமாக 360° ஆக்கப்படுகிறது. ஒலி அதிர்வெண்களில் சைன் அலைகளை உருவாக்குவதற்கு ஏற்றது.

b. வியன் பிரிட்ஜ் ஆஸிலேட்டர்
மிகவும் பிரபலமான சைன் அலைவுமானிகளில் ஒன்று. வீன் பிரிட்ஜைப் (RC இணைப்பு) பயன்படுத்துகிறது. தொடர் மற்றும் இணை RCஅதிர்வெண் நிர்ணயிப்பியாக. வீச்சு நன்கு சரிசெய்யப்பட்டால், குறைந்த சிதைவு ஏற்படுவதே இதன் நன்மையாகும், எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு ஒளிரும் விளக்கை ஆதாயக் கட்டுப்பாட்டுக் கூறாகப் பயன்படுத்துதல்.

2. LC அலைவி
LC அலைவி, மின்தூண்டி (L) மற்றும் மின்தேக்கி (C) சுற்றின் ஒத்ததிர்வின் அடிப்படையில் அலைவுகளை உருவாக்குகிறது. சிறந்த ஒத்ததிர்வு அதிர்வெண்:

\[
f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}
\]

பிரபலமான வகைகள்:
– ஹார்ட்லி ஆஸிலேட்டர்: ஒரு தூண்டி அல்லது தொடரிணைப்பில் உள்ள இரண்டு தூண்டிகளில் உள்ள இணைப்புகளைப் பயன்படுத்துகிறது.
– கோல்பிட்ஸ் அலைவி: ஒரு மின்தேக்கிப் பிரிப்பானைப் பயன்படுத்துகிறது (தொடரில் இரண்டு மின்தேக்கிகள்).
– கிளாப் ஆஸிலேட்டர்: இது நிலைத்தன்மைக்காக ஒரு கூடுதல் மின்தேக்கியைக் கொண்ட கோல்பிட்ஸின் ஒரு மாறுபாடு ஆகும்.

LC ஆஸிலேட்டர்கள் ரேடியோ டிரான்ஸ்மிட்டர்கள், ரிசீவர்கள், VCO-க்கள் (மின்னழுத்தக் கட்டுப்பாட்டு ஆஸிலேட்டர்கள்) மற்றும் பிற RF சுற்றுகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன .

3. ஆஸிலேட்டர் கிறிஸ்டல்
படிக அலைவிகள், மிகவும் கூர்மையான (உயர்-Q) குவார்ட்ஸ் படிகத்தின் இயந்திர அதிர்வைப் பயன்படுத்துகின்றன. எனவே, அவற்றின் அதிர்வெண் மிகவும் துல்லியமாகவும் நிலையானதாகவும் உள்ளது. பொதுவான படிகங்கள் 32.768 kHz (கடிகார அதிர்வெண்), 8 MHz, 16 MHz, 25 MHz மற்றும் பல பிற மதிப்புகளில் கிடைக்கின்றன.

மிகை:
– உயர் அதிர்வெண் நிலைத்தன்மை,
– சாதாரண RC/LC உடன் ஒப்பிடும்போது குறைந்த கட்ட இரைச்சல்.

பற்றாக்குறை:
அதிர்வெண்ணை மாற்றுவது எளிதல்ல.
– படிகம் அதிகப்படியாக இயங்காமல் இருக்க, பொருத்தமான இயக்கிச் சுற்று தேவைப்படுகிறது.

4. தளர்வு அலைவி
சைன் அலை ஆஸிலேட்டரைப் போலல்லாமல், ஒரு ரிலாக்ஸேஷன் ஆஸிலேட்டர் ஒரு மின்தேக்கியை மீண்டும் மீண்டும் மின்னேற்றம் மற்றும் மின்னிறக்கம் செய்வதன் மூலம் சைன் அல்லாத அலைகளை (சதுர, முக்கோண, ரம்பப்பல்) உருவாக்குகிறது. எடுத்துக்காட்டு:
– அஸ்டேபிள் மல்டிவைபிரேட்டர் (டிரான்சிஸ்டர் அல்லது ஐசி 555 அடிப்படையிலானது),
– ஷ்மிட் ட்ரிக்கர் அடிப்படையிலான அலைவி.

இந்த ஆஸிலேட்டர், பல்ஸ் ஜெனரேட்டர்கள், டைமர்கள், PWM மற்றும் டிஜிட்டல் சர்க்யூட்களுக்குப் பிரபலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

அலைவுரு வடிவமைப்பில் முக்கிய காரணிகள்

1. அதிர்வெண் நிலைத்தன்மை
கூறு சகிப்புத்தன்மைகள், வெப்பநிலை, காலப்போக்கு மற்றும் மின்னழுத்த மாறுபாடுகளால் பாதிக்கப்படுகிறது. துல்லியமான அமைப்புகளுக்கு, படிகங்கள் அல்லது TCXO/OCXO பெரும்பாலும் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன.

2. கட்ட இரைச்சல் மற்றும் நடுக்கம்
இது மிகவும் முக்கியமானது தகவல் தொடர்பு அமைப்பு மற்றும் டிஜிட்டல் கடிகாரம். அதிக கட்ட இரைச்சல் பண்பேற்றத் தரத்தைக் குறைத்து, BER (பிட் பிழை விகிதம்)-ஐ அதிகரித்து, அலைவரிசையைச் சீர்குலைக்கக்கூடும்.

3. அலை சிதைவு
ஒரு சைன் அலைவியானது இயல்பாகவே குறைந்த சிதைவைக் கொண்டிருக்கும். வீச்சுக் கட்டுப்பாடு மோசமாக இருந்தாலோ அல்லது பெருக்கியானது ஒரு நேரியல் அல்லாத பகுதியில் இயங்கினாலோ சிதைவு ஏற்படுகிறது.

4. சுமையின் விளைவு (சுமையேற்றம்)
வெளியீடு நேரடியாக ஏற்றப்படும்போது, ​​ஒத்ததிர்வு வலையமைப்பு மாறக்கூடும், இதனால் அதிர்வெண் இடம்பெயரும். எனவே, அதிர்வெண்ணைத் தீர்மானிக்கும் சுற்றைத் "தனிமைப்படுத்த" இடையகங்கள் (உமிழிப் பின்தொடரிகள், செயல்பாட்டு பெருக்கி இடையகங்கள்) பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

முடிவுரை

மின்னணுவியலில் ஒரு அலைவியின் செயல்பாட்டுக் கொள்கையானது, நேர்மறைப் பின்னூட்டம் மற்றும் பார்காசென் அளவுகோலின் பூர்த்தி ஆகியவற்றைச் சார்ந்துள்ளது: அதாவது, போதுமான சுற்றுப் பெருக்கம் மற்றும் 0°/360° மொத்தக் கட்ட மாற்றம். அலைவியானது அதன் உள் இரைச்சலிலிருந்து அலைவுகளைத் தொடங்குகிறது, பின்னர் ஒரு அதிர்வெண்-நிர்ணயிக்கும் வலையமைப்பு (RC, LC, அல்லது படிக அலைவி) ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணைத் தேர்ந்தெடுக்கிறது, இறுதியாக, ஒரு பெருக்க-வரையறுக்கும் பொறிமுறையால் வீச்சு நிலைப்படுத்தப்படுகிறது. அதிர்வெண், நிலைத்தன்மை, அலைவடிவம் மற்றும் பயன்பாட்டுத் தேவைகளின் அடிப்படையில் RC, LC, படிக மற்றும் தளர்வு அலைவிகள் போன்ற பல்வேறு வகையான அலைவிகள் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. இந்தக் கொள்கைகளைப் புரிந்துகொள்வது, பொறியாளர்களுக்கும் மின்னணுவியல் மாணவர்களுக்கும் நம்பகமான கடிகார அமைப்புகள், சமிக்ஞை உருவாக்கிகள் மற்றும் தகவல் தொடர்புச் சுற்றுகளை வடிவமைக்க உதவுகிறது.

நீங்கள் விரும்பினால், அடிப்படை மின்சுற்று வரைபடத்துடன், அலைவுருகி வகைகளில் ஒன்றிற்கான (எ.கா. வீன் பிரிட்ஜ் அல்லது கோல்பிட்ஸ்) அதிர்வெண் கணக்கீட்டு உதாரணத்தையும் என்னால் சேர்க்க முடியும்.