Osilator relaksasi menggunakan op

Penguat operasional merupakan bagian integral dari Elektronika, dan sebelumnya kita telah belajar tentang Op-amp di berbagai rangkaian berbasis op-amp dan juga membangun banyak rangkaian osilator menggunakan op-amp dan komponen elektronika lainnya.

Osilator umumnya mengacu pada rangkaian yang menghasilkan keluaran periodik dan berulang seperti gelombang sinus atau gelombang persegi. Osilator dapat berupa konstruksi mekanis atau elektronik yang menghasilkan osilasi bergantung pada beberapa variabel. Sebelumnya kita telah mempelajari banyak osilator populer seperti osilator pergeseran fasa RC, osilator Colpitts, osilator jembatan wein, dll. Hari ini kita akan belajar tentang Osilator Relaksasi.

Sebuah osilator relaksasi adalah salah satu yang memenuhi semua di bawah kondisi:

• Ini harus memberikan bentuk gelombang non-sinusoidal (dari parameter tegangan atau arus) pada output.
• Ini harus memberikan sinyal periodik atau sinyal berulang seperti gelombang Segitiga, Persegi atau Persegi Panjang pada output.
• Sirkuit osilator relaksasi harus nonlinier. Itu artinya desain rangkaian harus melibatkan perangkat semikonduktor seperti Transistor, MOSFET atau OP-AMP.
• Rancangan sirkuit juga harus melibatkan perangkat penyimpan energi seperti Kapasitor atau Induktor yang mengisi dan melepaskan secara terus menerus untuk menghasilkan suatu siklus. Frekuensi atau periode osilasi untuk osilator semacam itu bergantung pada konstanta waktu dari rangkaian kapasitif atau induktif masing-masing.

Bekerja dari Osilator Relaksasi

Untuk pemahaman yang lebih baik tentang Osilator Relaksasi, pertama-tama mari kita lihat cara kerja mekanisme sederhana yang ditunjukkan di bawah ini.

Mekanisme yang ditunjukkan di sini adalah jungkat - jungkit yang mungkin dialami setiap orang dalam hidup mereka. Papan bergerak maju mundur tergantung gaya gravitasi yang dialami oleh massa di kedua ujungnya. Secara sederhana, jungkat - jungkit adalah pembanding 'Massa' dan membandingkan massa benda yang diletakkan di kedua ujung papan. Jadi, benda bermassa lebih tinggi diratakan ke tanah sementara benda bermassa lebih rendah diangkat ke udara.

Dalam pengaturan jungkat-jungkit ini, kita akan memiliki massa tetap 'M' di satu ujung dan ember kosong di ujung lainnya seperti yang ditunjukkan pada gambar. Pada keadaan awal ini massa 'M' akan diratakan ke tanah dan ember akan digantung di udara berdasarkan prinsip jungkat-jungkit yang dibahas di atas.

Sekarang, jika nyalakan keran yang ditempatkan di atas ember kosong, maka air mulai mengisi ember kosong dan dengan demikian meningkatkan massa keseluruhan pengaturan.

Dan begitu ember sudah penuh, maka seluruh massa di sisi ember akan lebih dari massa tetap 'M' yang ditempatkan di ujung lainnya. Jadi papan bergerak di sepanjang sumbu sehingga mengangkat Massa 'M' dan membumikan ember air dengan udara.

Setelah ember menyentuh tanah, air yang terisi ember tumpah seluruhnya ke tanah seperti yang ditunjukkan pada gambar. Setelah tumpahan, massa total pada sisi ember akan kembali menjadi lebih sedikit dibandingkan dengan massa tetap 'M'. Jadi sekali lagi papan bergerak di sepanjang sumbu, dengan demikian menggeser ember ke udara lagi untuk pengisian lain.

Siklus pengisian dan penumpahan ini terus dilakukan hingga ada sumber air untuk mengisi ember. Dan karena siklus ini, papan bergerak sepanjang sumbu dengan interval periodik, sehingga menghasilkan keluaran osilasi.

Sekarang, jika kita membandingkan komponen mekanis dengan komponen listrik, maka kita punya.

• Ember dapat dianggap sebagai perangkat penyimpan energi yang merupakan kapasitor atau induktor.
• Jungkat-jungkit adalah pembanding atau op-amp yang digunakan untuk membandingkan tegangan kapasitor dan referensi.
• Tegangan referensi diambil untuk perbandingan nominal nilai kapasitor.
• Aliran air di sini bisa disebut sebagai muatan listrik.

Sirkuit Osilator Relaksasi

Jika kita menggambar rangkaian listrik ekuivalen untuk mekanisme jungkat-jungkit di atas, kita akan mendapatkan Rangkaian Osilator Relaksasi seperti gambar di bawah ini :

Cara kerja Osilator Relaksasi Op-amp ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Setelah keran dinyalakan, air mengalir ke ember air, sehingga terisi perlahan.
• Setelah ember air terisi penuh, seluruh massa pada sisi ember akan melebihi massa tetap 'M' yang ditempatkan di ujung lainnya. Setelah ini terjadi, papan tersebut menggeser posisinya ke tempat yang lebih berbahaya.
• Setelah air benar-benar tumpah, massa total pada sisi ember akan kembali berkurang dibandingkan dengan massa tetap 'M'. Sehingga poros akan bergerak kembali ke posisi semula.
• Sekali lagi ember terisi air setelah pembuangan sebelumnya dan siklus ini berlanjut selamanya sampai ada air yang mengalir dari kran.

Jika kita menggambar grafik untuk kasus di atas, maka akan terlihat seperti di bawah ini:

Sini,

• Awalnya, jika kita menganggap output komparator tinggi, maka selama ini kapasitor akan melakukan pengisian. Dengan pengisian kapasitor, tegangan terminalnya secara bertahap akan naik, yang dapat dilihat pada grafik.
• Setelah tegangan terminal kapasitor mencapai ambang, keluaran komparator akan berubah dari tinggi ke rendah seperti yang ditunjukkan pada grafik. Dan ketika keluaran komparator menjadi negatif, kapasitor mulai mengosongkan daya ke nol. Setelah kapasitor benar-benar habis karena adanya tegangan keluaran negatif, ia kembali mengisi daya kecuali ke arah yang berlawanan. Seperti yang Anda lihat pada grafik karena tegangan keluaran negatif, tegangan kapasitor juga naik ke arah negatif.
• Setelah kapasitor mengisi ke maksimum ke arah negatif, komparator mengalihkan keluaran dari negatif ke positif. Setelah output beralih ke siklus positif, kapasitor dilepaskan di jalur negatif dan membangun muatan di jalur positif seperti yang ditunjukkan pada grafik.
• Jadi siklus pengisian dan pengosongan kapasitor di jalur positif dan negatif memicu komparator menghasilkan sinyal gelombang persegi pada keluaran yang ditunjukkan di atas.

Frekuensi Osilator Relaksasi

Jelas frekuensi osilasi tergantung pada konstanta waktu C1 dan R3 di rangkaian. Nilai C1 dan R3 yang lebih tinggi akan menyebabkan laju pengisian dan pengosongan yang lebih lama, sehingga menghasilkan osilasi frekuensi yang lebih rendah. Demikian pula, nilai yang lebih kecil akan menghasilkan osilasi frekuensi yang lebih tinggi.

Di sini R1 dan R2 juga memainkan peran penting dalam menentukan frekuensi bentuk gelombang keluaran. Ini karena mereka mengontrol ambang tegangan yang perlu diisi oleh C1. Misalnya, jika ambang batas disetel ke 5V, maka C1 hanya perlu mengisi dan melepaskan masing-masing hingga 5V dan -5V. Di sisi lain, jika ambang batas disetel ke 10V, maka C1 diperlukan untuk mengisi daya dan melepaskan ke 10V dan -10V.

Jadi Rumus Frekuensi Osilator Relaksasi adalah:

f = 1/2 x R ₃ x C ₁ x ln (1 + k / 1 - k)

Di sini, K = R ₂ / R ₁ + R ₂

Jika resistor R1 dan R2 sama satu sama lain, maka

f = 1 / 2,2 x R ₃ x C ₁

Penerapan Osilator Relaksasi

Relaxation Oscillator dapat digunakan di:

• Generator sinyal
• Penghitung
• Sirkuit memori
• Osilator kontrol tegangan
• Sirkuit yang menyenangkan
• Osilator
• Multi-vibrator.