דער אַרבעט פּרינציפּ פון אָסילאַטאָרן אין עלעקטראָניק
אן אסילאטאר איז איינע פון די וויכטיגסטע קרייזן אין עלעקטראניק ווייל עס דזשענערירט פעריאדישע סיגנאלן זעלבשטענדיג אן די נויטווענדיגקייט פון עקסטערנעם וועקסלשטראם (AC) אינפוט. כמעט אלע מאדערנע דעווייסעס ניצן אסילאטארן, פון דיגיטאלע זייגערס און ראדיאס ביז צעל-טעלעפאנען און קאמפיוטערס ביז סאטעליט קאמוניקאציע סיסטעמען. מיט אנדערע ווערטער, אן אסילאטאר קען ווערן באטראכט אלס דאס "הארץ" פון א קרייז, וואס גיט איבערחזרנדיקע סיגנאל פאלסן צו רעגולירן צייט (זייגער), טראגן אינפארמאציע, אדער דזשענערירן טרעגער כוואליעס. דער ארטיקל דיסקוטירט די ארבעטס-פרינציפן פון אסילאטארן, זייערע קאמפאנענטן, און די טיפן אסילאטארן וואס ווערן געווענליך גענוצט.
פֿאַרשטיין אָסילאַטאָרן
פשוט געזאגט, אן אסילאטאר איז אן עלעקטראנישער קרייז וואס פראדוצירט א פעריאדישע עלעקטרישע כוואליע-פארעם, ווי למשל א סינוס, קוואדראט, דרייעק, אדער זעג-צאן כוואליע. די הויפט כאראקטעריסטיק פון אן אסילאטאר איז זיין מעגלעכקייט צו שאפן א קאנטינעווירלעך איבערחזרנדיקן סיגנאל ביי א ספעציפישע פרעקווענץ. די פרעקווענץ קען זיין זייער נידעריג (למשל, א פאר הערץ) ביז זייער הויך (GHz), דעפענדינג אויף די אפליקאציע באדערפענישן.
אָסילאַטאָרן אַנדערשן זיך פֿון קאַנווענשאַנעלע אַמפּליפייערז. אַמפּליפייערז דאַרפֿן אַן אינפּוט סיגנאַל צו אַמפּליפיצירן, בשעת אָסילאַטאָרן "שאַפֿן" זייער אייגענעם סיגנאַל דורך פֿידבעק מעקאַניזמען און געוויסע באַדינגונגען וואָס טריגערן אָסצילאַציע.
גרונט־קאָנצעפּט : פּאָזיטיווע פֿידבעק
דער מערסט פונדאַמענטאַלער פּרינציפּ אין אָסצילאַטאָרן איז פּאָזיטיווע פֿידבעק. אין אַן אַמפּליפֿיער קרייז, ווערט אַ טייל פֿון דעם אַרויסגאַנג סיגנאַל גענומען און צוריקגעקערט צום אַרייַנגאַנג. אויב דער צוריקגעקערטער סיגנאַל איז אין פֿאַזע מיטן אַרייַנגאַנג, ווערט דער פֿידבעק גערופֿן פּאָזיטיוו. פּאָזיטיווע פֿידבעק פֿאַרשטאַרקט דעם סיגנאַל, און אויב די באַדינגונגען ווערן דערפֿילט, וועט דער סיגנאַל וואַקסן אין אַ סטאַבילע אָסצילאַציע.
אין פּראַקטיק, נוצן אָסילאַטאָרן כּמעט שטענדיק אַן פֿאַרשטאַרקנדיק עלעמענט (טראַנזיסטאָר, אָפּ-אַמפּ, אָדער וואַקוום רער אין עלטערע טעכנאָלאָגיעס) פּלוס אַ סעלעקטיוו פֿידבעק נעץ וואָס באַשטימט די פֿרעקווענץ.
באדינגונגען פֿאַר אָסצילאַציע צו פּאַסירן (Barkhausen קריטעריאָן)
כּדי אַן אָסצילאַטאָר זאָל אָסצילירן, ווערן בכלל גענוצט די באַרקהויסן קריטעריאַ, נעמלעך צוויי הויפּט באַדינגונגען:
1. אַמפּליטוד באדינגונגען (לופּ געווינס):
די שלייף געווינס זאָל זיין גלייך צו 1 אָדער אַ ביסל גרעסער ווי 1 ביים אָנהייב. מאַטעמאַטיש:
\|Aβ\| ≥ 1
דאָ איז A דער אַמפּליפייער געווינס, בשעת β איז דער פֿידבעק פֿאַקטאָר.
2. פאַזע רעקווייערמענץ:
די גאַנצע פאַזע-פאַרשיבונג אויפן שלייף-וועג מוז זיין 0° אדער אַ קייפל פון 360°. דאָס מיינט אַז דער סיגנאַל וואָס קערט זיך צוריק צום אַרייַנגאַנג מוז זיין אין פאַזע מיטן אַרייַנגאַנג-סיגנאַל.
אויב די צוויי באדינגונגען ווערן דערפילט, וועט א קליין סיגנאל (וואס שטאמט געווענליך פון דעם טערמישן גערויש פון דעם קאמפאנענט) ווערן קאנטינעווערליך פארשטארקט ביז עס דערגרייכט א שטאבילן צושטאנד.
אָסטילאַטאָר אַרבעט סטאַגעס
1. אָנפֿאַנגען (אָנהייבן צו אָסצילירן)
ווען דער קרייז ווערט ערשט אנגעטריבן, איז נישטא קיין איינגאבע סיגנאל. אבער עס איז שטענדיג דא עפעס גערויש אין די קאמפאנענטן. דער גערויש גייט אריין אין דעם פארשטארקער און ווערט פארשטארקט. אויב ביי א געוויסער פרעקווענץ טרעפט דער צוריק-בילד נעץ די פאזע און אמפליטודע באדערפענישן, וועט יענער פרעקווענץ קאמפאנענט ווערן דאמינאנט און ווייטער וואקסן.
2. פרעקווענץ פארשטארקונג און אויסוואל
צוריקקער נעטוואָרקס זענען טיפּיש סעלעקטיוו, דאָס הייסט זיי לאָזן נאָר געוויסע פרעקווענצן באַקומען די ריכטיקע positive צוריקקער. דער רעזולטאַט איז אַז דער אָסילאַטאָר וועט אַרבעטן ביי יענע פרעקווענצן, בשעת אַנדערע פרעקווענצן וועלן זיין געdämpפט.
3. אַמפּליטוד סטאַביליזאַציע (שטאַנד-צושטאַנד)
אויב די שלייף געווינס בלייבט גרעסער ווי 1, וועט די אַמפּליטוד ווייטער וואַקסן ביז די קרייז ווערט זעטיגט און דערפאַרט שווערע דיסטאָרשאַן. כּדי צו פּראָדוצירן אַ סטאַבילן רעזולטאַט, דאַרף דער אָסילאַטאָר אַן אַמפּליטוד לימיטירנדיק אָדער קאָנטראָל מעקאַניזם, למשל:
– נאַטירלעכע נישט-לינעאַריטעט פון טראַנזיסטאָרן/אָפּ-אַמפּס,
– באַניץ פון לימיטירנדיקע דיאָדעס,
– קליינע גלייכצייטיגע לאָמפּ (אויף דעם קלאַסישן וויען בריק אָסילאַטאָר),
– AGC (אויטאמאטישע געווינס קאנטראל) אויף געוויסע אסילאטארן.
ביים סטאַבילן פּונקט ווערט דער עפעקטיווער געווינס פֿון דער שלייף פּונקט בערך 1, אַזוי אַז די אַמפּליטוד וואַקסט אָדער פארקלענערט זיך מער נישט.
אָפטקייט באַשטימענדיקע עלעמענטן
די אָסצילאַציע פרעקווענץ ווערט געוויינטלעך באַשטימט דורך אַ פרעקווענץ-באַשטימענדיק נעץ, למשל:
1. RC (רעזיסטאָר-קאַפּאַציטאָר)
פּאַסיק פֿאַר נידעריקע ביז מיטלערע פרעקווענצן (אַודיאָ ביז הונדערטער kHz).
2. LC (אינדוקטאָר-קאַפּאַציטאָר)
געוויינטלעך פֿאַר ראַדיאָ פרעקווענצן (הונדערטער קילהערץ ביז צענדליקער מגהערץ).
3. קריסטאַל (קוואַרץ קריסטאַל)
גיט זייער הויך פרעקווענץ פעסטקייט, אַלגעמיין פֿאַר מיקראָקאָנטראָללער זייגער, קאָמפּיוטערס, און קאָמוניקאַציע.
וואָס מער סטאַביל דער פרעקווענץ-באַשטימענדיקער עלעמענט, אַלץ מער סטאַביל וועט דער אָסילאַטאָר-אויסגאַנג זיין קעגן ענדערונגען אין טעמפּעראַטור, וואָולטאַזש און לאַסט-שטערונגען.
געוויינטלעכע טיפּן פון אָסילאַטאָרן
1. RC אָסילאַטאָר
RC אָסילאַטאָרן נוצן אַ קאָמבינאַציע פון רעזיסטאָרן און קאַפּאַסיטאָרן צו פּראָדוצירן אַ געוויסע פאַזע-וועקסל.
א. RC פאַזע שיפט אָסילאַטאָר
ניצנדיק קייפל RC שטאפלען מיט א גאנצער פאזע-שיפט פון 180°, ווערט אן אינווערטירנדיקער פארשטארקער צוגעגעבן צו צושטעלן נאך 180° פאר א סך הכל פון 360°. פאסיג פארן שאפן סינוס-כוואליעס ביי אודיא-פרעקווענצן.
ב. ווין בריק אָסילאַטאָר
איינער פון די מערסט בארימטע סינוס אסילאטארן. ניצן א ווין בריק (RC קאמבינאציע) סעריע און פּאַראַלעל RC) אלס א פרעקווענץ דעטערמינאנט. דער מעלה איז נידריגע פארדרייאונג אויב די אמפליטודע איז גוט איינגעשטעלט, למשל ניצן אן אינקאנדענס לאמפ אלס א פארשטארקונג קאנטראל עלעמענט.
2. LC אָסילאַטאָר
דער LC אָסצילאַטאָר דזשענערירט אָסצילאַציעס באַזירט אויף דער רעזאָנאַנץ פון דעם אינדוקטאָר (L) און קאַפּאַסיטאָר (C) קרייז. די אידעאַלע רעזאָנאַנט אָפטקייט איז:
\[
f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}
\]
פאָלקס טיפּן:
– האַרטלי אָסצילאַטאָר: ניצט טאַפּס אויף אַן אינדוקטאָר אָדער צוויי אינדוקטאָרן אין סעריע.
– קאָלפּיטס אָסצילאַטאָר: ניצט אַ קאַפּאַסיטאָר טיילער (צוויי קאַפּאַסיטאָרן אין סעריע).
– קלאַפּ אָסצילאַטאָר: אַ וואַריאַציע פֿון קאָלפּיטס מיט אַן נאָך קאַפּאַסיטאָר פֿאַר סטאַביליטעט.
LC אָססילאַטאָרן ווערן וויידלי געניצט אין ראַדיאָ טראַנסמיטערס, ריסיווערס, VCOs (וואָולטידזש קאַנטראָולד אָססילאַטאָרן), און אַנדערע RF קרייזן .
3. אָסילאַטאָר קריסטאַל
קריסטאַל אָסילאַטאָרן נוצן די מעכאַנישע רעזאָנאַנץ פון אַ זייער שאַרף (הויך-Q) קוואַרץ קריסטאַל. דעריבער, זייער אָפטקייט איז זייער פּינקטלעך און סטאַביל. געוויינטלעכע קריסטאַלן זענען בנימצא אין 32.768 kHz (קלאָק), 8 MHz, 16 MHz, 25 MHz, און פילע אנדערע ווערטן.
וידעפדיק:
– הויך-פרעקווענץ פעסטקייט,
– נידעריקע פאַזע ראַש קאַמפּערד צו געוויינטלעכע RC/LC.
פעלן:
– אָפטקייט איז נישט גרינג צו ענדערן,
– דאַרף אַ פּאַסיק דרייווער קרייַז כּדי דער קריסטאַל זאָל נישט איבערדרייווען.
4. רעלאַקסאַציע אָסילאַטאָר
אנדערש ווי א סינוס כוואַליע אָסילאַטאָר, פּראָדוצירט א רעלאַקסאַציע אָסילאַטאָר נישט-סינוס כוואַליעס (קוואַדראַטיש, דרייעקיק, זעגצאָן) דורך ריפּיטידלי לאָדן און אָפּלאָדן א קאַפּאַסיטאָר. בייַשפּיל:
– אַסטאַבילער מולטיוויבראַטאָר (טראַנזיסטאָר אָדער IC 555 באַזירט),
– שמיט טריגער-באזירטער אָסילאַטאָר.
דיזער אָסילאַטאָר איז פּאָפּולער פֿאַר פּולס דזשענעראַטאָרן, טיימערס, PWM און דיגיטאַלע קרייזן.
וויכטיקע פאַקטאָרן אין אָסילאַטאָר פּלאַן
1. אָפטקייט סטאַביליטעט
באַאיינפלוסט דורך קאָמפּאָנענט טאָלעראַנסעס, טעמפּעראַטור, אַלטערונג, און וואָולטידזש וועריאַציעס. פֿאַר פּרעציזיע סיסטעמען, קריסטאַלן אָדער TCXO/OCXO ווערן אָפט אויסגעקליבן.
2. פאַזע ראַש און דזשיטער
עס איז זייער וויכטיג צו קאָמוניקאַציע סיסטעם און דיגיטאַלע זייגער. הויך פאַזע ראַש קען פאַרערגערן די מאָדולאַציע קוואַליטעט, פאַרגרעסערן BER (ביט טעות קורס), און צעשטערן דעם ספּעקטרום.
3. כוואַליע דיסטאָרשאַן
א סינוס אסיליאַטאָר האט אידעאלערהייט נידעריקע דיסטאָרשאַן. דיסטאָרשאַן פּאַסירט אויב אַמפּליטוד קאָנטראָל איז שלעכט אָדער דער אַמפּליפייער אַרבעט אין אַ ניט-לינעאַר געגנט.
4. ווירקונג פון לאַסט (לאָודינג)
אויב דער אויסגאַנג ווערט גלייך געלאָדן, קען די רעזאָנאַנץ נעץ זיך ענדערן, וואָס פאַראורזאַכט אַז די אָפטקייט זאָל זיך פֿאַרשיבן. דעריבער, ווערן באַפֿערס (עמיטער פֿאָלגערס, אָפּ-אַמפּ באַפֿערס) אָפֿט געניצט צו "איזאָלירן" די אָפטקייט-באַשטימענדיקע קרייז.
קעסימפּולאַן
דער ארבעטס-פרינציפ פון אן אסילאטאר אין עלעקטראניק פארלאזט זיך אויף פאזיטיוון צוריק-בילד און דער ערפילונג פון דעם בארקהויזן קריטעריאָן: גענוגנדיקע שלייף-געווינס און א גאנצע פאזע-פארשיבונג פון 0°/360°. דער אסילאטאר הייבט אן אסילאציעס פון אינערליכן ראַש, דערנאך קלייבט א פרעקווענץ-באשטימענדיקע נעץ (RC, LC, אדער קריסטאל) אויס א ספעציפישע פרעקווענץ, און צום סוף ווערט די אמפליטודע סטאביליזירט דורך א געווינס-לימיטירנדיקן מעקאניזם. פארשידענע טיפן אסילאטארן - RC, LC, קריסטאל, און רעלאקסאציע - ווערן אויסגעקליבן באזירט אויף פרעקווענץ, סטאביליטעט, כוואליעפארעם, און אנווענדונג רעקווייערמענטס. פארשטיין די פרינציפן העלפט אינזשענירן און עלעקטראניק סטודענטן דיזיינען פארלעסלעכע זייגער סיסטעמען, סיגנאל דזשענעראטארן, און קאמוניקאציע קרייזן.
אויב איר ווילט, קען איך צולייגן א ביישפּיל פון פרעקווענץ קאַלקולאַציע פֿאַר איינעם פון די אָסילאַטאָר טיפּן (למשל ווין בריק אָדער קאָלפּיטס) צוזאַמען מיט דער גרונטלעכער קרייַז סכעמאַטיש.
