RC Osilatörler
Kendi kendine sinyal üreten devrelere "osilatör" denir. Böyle devrelere dışarıdan herhangi bir sinyal uygulanmaz. Çıkışlarında sinüsoidal, kare, dikdörtgen, testere dişi gibi sinyaller meydana getirirler. Aslında bir osilatör, kendi giriş sinyalini kendi temin eden bir yükselteç devresidir.
Genel olarak osilatörler, sinüsoidal osilatörler ve sinüsoidal olmayan osilatörler olmak üzere 2 sınıfa ayrılırlar. Sinüsoidal osilatörler, çıkışında sinüsoidal sinyal, sinüsoidal olmayan osilatörler ise kare, dikdörtgen, üçgen ve testere dişi gibi sinyaller üretirler. Kare dalga üreten osilatörler devrelerine aynı zamanda "multivibrator" adı verilir.
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.26.gif
Şekil 3.26 - Temel Osilatör Blok DiyagramıBir osilatör devresinin meydana getirdiği sinyallerin veya osilasyonların (salınım) devam edebilmesi için Yükseltme, Geri Besleme, Freakns Tespit Edici 'ye ihtiyaç vardır. Bir osilatör devresinde çıkışın bir miktarı şekil 3.26 'da görüldüğü gibi girişe geri beslenmesi gerekir. Devre kayıplarının önüne geçebilmek için girişe geri beslenmesi gerekir. Devre kayıplarının önüne geçebilmek ve osilasyonların devamlılığı için kullanılması gereken geri besleme Pozitif geri besleme olmalıdır. Bir osilatörün önceden belirlenecek bir frekansta osilasyon yapabilmesi için bir frekans tespit ediciye ihtiyaç vardır. Bu frekans tespit edici devre, filtre devresi olup istenen sinyalleri geçilip, istenmeyenleri bastırır. Osilatör çıkışındaki sinyalin, genlik ve frekansının sabit tutulabilmesi için, osilatör devresindeki yükseltecin, çıkış yükü ve pozitif geri besleme için yeterli kazancı sağlaması gerekir. Genellikle güç kazancının büyük olması, giriş ve çıkış empedansının birbirine kolayca uydurulabileceği tertip olarak emiteri ortak bağlantı olarak kullanılır.
Geri besleme, bir sistemde yüksek seviye noktasından alçak seviye noktasına enerji transferidir. Geri besleme girişi arttırıcı yönde ise pozitif, azaltıcı yönde ise negatif geri beslemedir. Bir osilatörün ihtiyacı, pozitif geri beslemedir. Bir osilatördeki geri besleme, frekans tespit edici devredeki zayıflamayı dengeler.
Çıkışında sinüsoidal sinyal üreten osilatörler, alçak frekanslardan (birkaç hertz), yüksek frekanslara (109 Hz) kadar sinyal üretirler. Alçak frekans osilatör tiplerinde frekans tespit edici devre için direnç ve kondansatörler kullanılıyor ise bu tip osilatörlere "RC OSİLATÖRLER" adı verilir.
RC osilatörler, 20 Hz - 20KHz arasındaki ses frekans sahasında geniş uygulama alanına sahiptir.
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.27.gif
Şekil 3.27 - RC Osilatörün Blok DiyagramıŞekil 3.27 'deki blok diyagramda RC osilatörün blok diyagramı gösterilmiştir. Blok diyagramda R-C devresi hem pozitif geri beslemeyi, hem de frekans tespit edici devreyi sağlar.
Blok diyagramdaki yükselteç devresi, emiteri ortak yükselteç devresi olduğu için A noktasındaki kollektör sinyali ile beyz (base) üzerindeki sinyal 180° faz farklıdır. Sinyal, C1 üzerinden R1 üzerine (B noktası) uygulandığında bir faz kaydırma meydana gelir. (Yaklaşık 60°) Faz kayma meydana geldiği için genlikte de bir miktar azalma olur. B noktasındaki sinyal C2 üzerinden R2 'ye uygulanır. Böylece, yaklaşık 120° 'lik bir faz kayma meydana gelir ve genlikte de azalma olur. C noktasındaki sinyal C3 üzerinden R3 'e uygulanırken (D noktası) 180° faz kaydırmaya maruz kalır. 3 adet RC devresinin her biri 60° faz kaydırıp toplam 180° 'lik faz kaydırmaya neden olmuştur. D noktasındaki sinyal, transistörün beyzine uygulanan pozitif geri besleme sinyalidir.
Transistörlü Faz Kaymalı RC Osilatör
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.28.gif Şekil 3.28 'de görülen transistörlü R-C osilatör devresinde yükselteç 2N2222A NPN tipi bir transistörle, emiteri ortak bağlantı olarak tertiplenmiştir. Emiteri ortak yükselteç devresinin beyzi ile kollektörü arasında 180° faz farkı vardır. Bu devrenin osilasyon yapabilmesi için çıkış Vo gerilimini 180° faz kaydırılarak girişe yani beyze pozitif geri beslenmesi gereklidir.
Şekil 3.28 'deki devrede;
* C1-R1, C2-R2, C3-RB2: Faz çevirici devre ve frekans tespit edici tertip,
* RB1 ve RB2: Beyz polarmasını sağlayan voltaj bölücü dirençler,
* RE-CE: emiter direnci ve by-pass kondansatörü,
* RC: geri besleme genlik kontrolünü sağlayan kollektör yük direnci,
* 2N2222A: NPN tipi, yükselteç transistörüdür.
C1-R1; birinci R-C devresini, C2-R2; ikinci R-C devresini ve C3-RB2 üçüncü R-C devresini oluşturur. NPN tipi transistörün kollektöründen alınan geri besleme sinyali 180° faz kaydırılarak tekrar transistörün beyzine tatbik edilmektedir. Burada her bir R-C devresi 60° lik faz kaydırmaya neden olmaktadır. Her bir R-C osilatör devresinde 3 adet R-C devresine ihtiyaç yoktur. Toplam faz kaydırmanın 180° ye ulaşması yeterlidir. Emiteri ortak yükselteç devresinin beyzi ile kollektörü arasında 180° faz farkı olduğuna göre kollektör sinyali 180° çevrilerek ve pozitif geri besleme olarak transistörün beyzine geri verilir.
Transistörlü RC osilatör devresinin Vo çıkış sinyalinin frekansı ve genliği geri besleme hattındaki direnç ve kondansatörlerin değerlerine bağlıdır.
Her bir R-C devresinin 60° faz kaydırması istenirse R1 = R2 = RB2 = Rgr olmalıdır. Burada Rgr, emiteri ortak yükseltecin giriş empedansıdır.
Transistörlü R-C devresinin osilatör frekansı;
f = 1 / [2π.R.C.√6 + 4(Rc / R)]
formülüyle bulunur. Burada R ve C değeri, frekans tespit edici tertipteki direnç ve kondansatör değeri, Rc ise kollektör yük direncidir.
Osilasyon genliği ise RC osilatörde kullanılan yükselteç devresinin kazancına bağlıdır.
http://www.silisyum.net/pic/osilator...kil3.29(a).gif http://www.silisyum.net/pic/osilator...kil3.29(b).gif
Şekil 3.29 - Transistörlü RC Osilatörün EWB Programında UygulanmasıŞekil 3.29 'da gösterilen uygulamada, frekans tespit edici tertipte R = 10 K, C = 10 nF seçilmiştir. Devrenin çıkışından alman sinyalin frekansını formülle bulursak;
f = 1 / [2π.R.C.√6 + 4(Rc / R)] = 1 / [6,28.10.103.10.10-9√6 + 4(5,5.103 / 10.103)]
f = 1 / [ 6,28.10-4 √8,2 ] = 1 / [ 1,8.10-3 ] = 555,55 Hz
olarak bulunur.
Sinyalin bir periyodunun yatayda kapladığı yatay kare sayısı 1,8 karedir. Osilaskobun Time / div konumunun gösterdiği değer 1 ms olduğuna göre sinyalin periyodu,
T = Yatay Kare Sayısı x Time / div
T = 1,8 x 1 ms = 1,8 ms'dir.
Sinyalin frekansı ise;
f = 1 / T = 1 / 1,8.103 = 555,55 Hz 'dir.
Formülle bulunan sinyalin frekansı ile osilaskop üzerindeki sinyalin frekansı birbirine eşit çıkmıştır.
OP-AMP 'lı Faz Kaymalı RC Osilatör
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.30.gif
Şekil 3.30 - OP - AMP 'lı Faz Kaymalı R-C OsilatörYaygın olarak kullanılan 741 ve 747 gibi OP-AMP entegreleri osilatör devrelerinde de kullanılır. Şekil 3.30 'da gösterilen OP-AMP devresi inverting yükselteç yapısında olup, 3 adet R-C frekans tespit edici tertipten meydana gelmiştir. Rf direnci OP-AMP 'ın kapalı çevrim kazancını belirleyen geri besleme direnci, R1 direnci ise giriş direncidir. Bu devrede de transistörlü osilatörde olduğu gibi her bir RC 'den oluşan frekans tespit edici tertibi 60° lik faz kaymasına neden olur. Devrede 3 adet R-C 'den oluşan tertip mevcut olduğuna göre 3 x 60° = 180° lik faz kaymasına neden olur. Burada önemli olan toplam faz kaymasının 180° olmasıdır.
OP-AMP 'lı faz kaymalı RC osilatörün çalışma frekansı;
f = 1 / [2π.R.C.√6 formülü ile hasaplanır.
Devrenin osilasyon (salınım) yapabilmesi için devre kazancının 29 'dan büyük olması gerekir. Bundan dolayıdır ki [Rf >= 29 R1] olacak şekilde seçilmelidir.
OP-AMP 'lı Wien Kö
prü Osilatörü
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.31.gif
Şekil 3.31 - OP-AMP 'lı Wien Kö
prü OsilatörüŞekil 3.31 'de görüldüğü gibi R1 - C1 'den seri, R2 - C2 'den oluşan paralel R-C devreleri Wien kö
prü osilatörünü oluşturur. Devrede yükselteç olarak OP-AMP kullanılmıştır. Frekansı belirleyen elemanlar ise R3 ve R4 'tür. Çıkış sinyali, belli oranda OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişine R1 - C1 elemanları ile geri beslenmektedir.
OP-AMP 'ın çalışma frekansında R1 - C1 , R2 - C2 'den oluşan kö
prü devresi maximum geri beslemeyi yapmakta ve bu frekansta faz açısı sıfır olmaktadır.
Devrede R3 - R4 ve OP-AMP 'tan oluşan kısım yükselteci, R1 - C1 ile R2 - C2 'den oluşan kısım Wien kö
prü devresini yani frekans tespit edici tertibi meydana getirir.
Çıkıştan alınan sinüsiodal sinyalin frekansı veya devrenin çalışma frekansı;
f = 1 / [2π√R1.C1.R2.C2] formülü ile bulunur.
Eğer devrede R1 = R2 = R ve C1 = C2 = C olarak seçilirse formül;
f = 1 / 2πRC olur.
Ayrıca, devrenin istenen frekansta osilasyon yapması ve yeterli çevrim kazancını sağlayabilmesi için ( R3 / R4 ) >= 2 olmalıdır.
aysegul
09-22-2006, 12:07 AM
Kristal Osilatörler
Kristal Yapısı ve Çalışması
Osilatörlerde frekans kararlılığı çok önemlidir. Bir osilatörün sabit frekansta kalabilme özelliğine "Frekans Kararlılığı" denir. RC ve LC osilatörle de frekans kararlılığı iyi değildir. Verici devrelerinde, tahsis edilen frekans yayın yapabilmesi için frekans kararlılığı en iyi olan kristal kontrollü osilatörler kullanılır.
RC veya LC osilatörlerde, L, C ve R değerlerindeki değişkenlikler, transistörlü yükseltecin statik çalışma noktasındaki değişiklikler, sıcaklık ve nem gibi çevresel değişimlere bağlı olarak frekans kararlılığı değişir.
Kristal, piezoelektrik etkiyle çalışan bir elemandır. Piezoelektrik özellik sergileyen doğal kristal elemanlar; quartz (kuvars), Rochelle tuzu ve turmalin 'dir. Genellikle kristal mikrofonlarda Rochelle tuzu kullanılırken osilatörlerde frekans kararlılığı nedeniyle quartz kullanılır. Quartz kristalinin bir yüzüne mekanik baskı uygulandığı zaman karşıt yüzler arasında bir gerilim oluşur. Kristallerde etki iki türlüdür. Mekanik titreşimlerin elektrikli salınımlar;
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.55.gif
Şekil 3.55 - Kristalin Sembolü ve Eşdeğer Devresielektriki salınımların mekanik titreşimler üretmesine "Piezoelektrik Etki" adı verilir. Bir kristale, rezonans frekansından veya buna yakın bir frekansta AC bir sinyal uygulandığında, kristal mekanik salınımlar yapmaya başlar. Mekanik titreşimlerin büyüklüğü, uygulanan gerilimin büyüklüğü ile doğru orantılıdır.
Kristalin (xtall) sembolü ve eşdeğer devresi şekil 3.55 'de gösterilmiştir. Eşdeğer devredeki herbir eleman, kristalin mekanik bir özelliğinin karşılığıdır. Cm, kristalin mekanik montajından kaynaklanan kristalin elektrodları arasında varolan kapasitansı gösterir. Eşdeğer devredeki C, kristalin mekanik yumuşaklığına (esneklik, elastisite) eşdeğerdir. Eşdeğer devredeki L, titreşim yapan kristalin kütlesini, R ise kristal yapısının iç sürtünmesinin elektriksel eşdeğerini gösterir. R ile gösterilen kristal kayıpları çok küçük olduğundan, kristallerin Q kalite faktörü 20.000 gibi çok büyük bir değerdedir. LC tank devrelerinde elde edilemeyen yüksek kalite faktörü kristal kontrollü osilatörlerde elde edilir. Bu da kristalli osilatörlerin yüksek kararlılığını ve kesinliğini gösterir.
Bir kristalin, bir seri ve bir de paralel eşdeğer devresi olduğu için iki rezonans frekansı vardır. (Seri, paralel) Seri rezonans devresi R, L ve C 'den, paralel rezonans ise L ve Cm 'den oluşur.
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.56.gif
Şekil 3.56 - Kristal Empedansının Frekans ile DeğişmesiKristalin eşdeğer devresi seri ve paralel olmak üzere iki rezonans devresinden oluştuğuna göre şekil 3.56 'da görüldüğü gibi iki rezonans frekansı vardır. Seri rezonans devresinin de empedans R 'ye eşit olduğundan küçüktür, f1 değerindeki frekansta empedans çok küçüktür. L ve Cm, paralel rezonans devresini oluşturduğundan, f2 rezonans frekansı değerinde empedans yüksektir. Bir kristal, devre uygulamasına bağlı olarak, gerek seri gerekse de paralel rezonans frekansında çalışabilir.
Kristal Osilatör Devreleri
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.57.gif
Şekil 3.57 - Transistörlü Kristal Kontrolü OsilatörŞekil 3.57 'de kristalin seri rezonans frekansında çalışabilmesi için kristal, geri besleme yoluna seri olarak bağlanmıştır. Burada geri besleme miktarı en büyük düzeydedir. NPN tipi transistör yükselteç devresini oluştururken R1, R2 gerilim bölücü devresini oluşturur. RFC (radyo frekans şok) bobini ise kollektöre DC öngerilimi sağlar ve yüksek frekanslı sinyalleri güç kaynağından izole eder. Bobinin, DC 'de endüktif reaktansı sıfır, yüksek frekanslarda ise çok yüksektir. Cc kuplaj kondansatörü, kollektör ile beyz arasında DC bloklamayı sağlar.
Şekil 3.57 'deki devre "Kristal Kontrollü Pierce Osilatörü" olarak bilinir. Devrenin osilasyon frekansı, kristalin seri rezonans frekansıyla belirlenir.
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.58.gif
Şekil 3.58 - Paralel Rezonans Devresi Olarak Çalışan Kristal Kontrollü Osilatör DevresiBir kristalin, paralel rezonansta empedansı maximum olduğu için şekil 3.58 'de görüldüğü gibi devreye paralel bağlanır. Paralel rezonans frekansında kristal 'in empedansı yüksek olduğu için üzerindeki gerilim düşümüde maximum olur.
http://www.silisyum.net/pic/osilatorler/sekil3.59.gif
Şekil 3.59 - OP-AMP 'lı Kristal Kontrollü Osilatör DevresiŞekil 3.59 'da görüldüğü gibi kristal kontrollü osilatör devresinde işlemsel yükselteç (OP-AMP) kullanılabilir. Bu devrede kristal, geri besleme yoluna seri bağlanmıştır. Dolayısıyla kristal, seri rezonans frekansında çalışır. Bu devrenin çıkışından kare dalga alınır. Tam olarak zener geriliminde çıkış genliğini sağlamak için çıkışa bir çift zener bağlanmıştır.
aysegul
09-22-2006, 12:08 AM
LC Osilatörler
http://www.silisyum.net/pic/osilator...kil3.44(a).gif
RC osilatörlerle elde edilemeyen yüksek frekanslı osilasyonlar LC osilatörlerle elde edilir. LC osilatörlerle MHz seviyesinde yüksek frekanslı sinüsoidal sinyaller elde edilir.
Paralel bobin ve kondansatörden oluşan devreye TANK DEVRESİ adı verilir. Şimdi tank devresinden osilasyonun nasıl oluştuğunu açıklayalım.
Bir kondansatörü, DC bir bataryaya kutupları şekilde görüldüğü gibi tam olarak bağlayalım. Şu anda, devrede kondansatör kaynak görevini alır.
Kondansatör, bobin üzerinden deşarj oldukça, bobinden akan akım, bobin etrafında bir manyetik alan oluşmasına neden olur.
Bu olay, şekilde görüldüğü gibi bobinin şişme olayıdır. Çünkü, kondansatör üzerindeki potansiyeli, bobine manyetik alan oluşturarak aktarmıştır. Şu anda kondansatör tam olarak deşarj olmuştur.
Kondansatör tam olarak deşaj olduktan sonra bobin üzerindeki manyetik alan çökmeye başlar. Manyetik alan tamamen çökünceye kadar akım devamlı akacak ve kondansatör ters yönde şarj olacaktır.
Devrede, elemanları birbirine irtibatlamada kullanılan iletken tellerin az da olsa bir direnci olduğundan, şu andaki kondansatörün üzerindeki şarj miktarı, bir öncekine göre daha az miktardadır.
Şimdi kondansatör, tekrar bobin üzerinden deşarj olacaktır. Deşarj akımının yönü bir önceki akım yönüne göre terstir. Bu deşarj akımı bobinin etrafında tekrar bir manyetik alanın oluşmasına yani bobinin şişmesine neden olacaktır.
Bu kez şişen bobin çökmeye başlayacak ve kondansatörün şarj olmasına neden olacaktır. Kondansatör şarj olduğu zaman, plakalarının kutupları, DC bataryaya şarj edildiği andaki kutuplarının aynısıdır.
http://www.silisyum.net/pic/osilator...kil3.44(b).gif http://www.silisyum.net/pic/osilator...kil3.44(c).gif