ทรานซิสเตอร์ออสซิลเลเตอร์ : วงจร การทำงานและการใช้งาน

โดยทั่วไป ออสซิลเลเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการเปลี่ยนพลังงาน DC เป็นพลังงาน AC ที่มีความถี่สูง โดยที่ความถี่อยู่ในช่วงตั้งแต่ Hz ถึง MHz บางตัว ออสซิลเลเตอร์ไม่ต้องการแหล่งสัญญาณภายนอก เช่น แอมพลิฟายเออร์ โดยทั่วไป, ออสซิลเลเตอร์ มีให้เลือก 2 แบบ คือ ไซนัส และ แบบไม่มีไซน์ การสั่นที่เกิดจากออสซิลเลเตอร์ไซน์คือคลื่นไซน์ที่เกิดขึ้นที่ความถี่และแอมพลิจูดที่เสถียรในขณะที่การสั่นที่เกิดจากที่ไม่ใช่ไซนัสนั้นเป็นรูปคลื่นที่ซับซ้อนเช่นสามเหลี่ยมคลื่นสี่เหลี่ยมและฟันเลื่อย บทความนี้จึงกล่าวถึงภาพรวมของทรานซิสเตอร์ในฐานะออสซิลเลเตอร์หรือ ออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์ - การทำงานกับแอพพลิเคชั่น

กำหนดออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์

เมื่อทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นออสซิลเลเตอร์ที่มีการตอบรับเชิงบวกอย่างเหมาะสม ทรานซิสเตอร์จะเรียกว่าออสซิลเลเตอร์ ออสซิลเลเตอร์นี้สร้างการสั่นแบบไม่แดมป์อย่างต่อเนื่องสำหรับความถี่ที่ต้องการ หากวงจรของแทงค์และฟีดแบ็คเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง

ไดอะแกรมวงจรออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์

แผนภาพวงจรของออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์แสดงอยู่ด้านล่าง โดยใช้วงจรนี้ เราสามารถอธิบายวิธีใช้ทรานซิสเตอร์เป็นออสซิลเลเตอร์ได้ง่ายๆ วงจรนี้แบ่งออกเป็นสามส่วนดังนี้

วงจรถัง

วงจรของถังสร้างการแกว่งที่เปลี่ยนด้วยทรานซิสเตอร์และสร้างเอาต์พุตที่ขยายภายในฝั่งตัวสะสม

วงจรเครื่องขยายเสียง

วงจรนี้ใช้เพื่อขยายการแกว่งไซน์ขนาดเล็กที่มีอยู่ภายในวงจรเบส-อิมิตเตอร์และเอาต์พุตถูกผลิตขึ้นในรูปแบบที่ขยาย

วงจรตอบรับ

วงจรป้อนกลับเป็นส่วนที่สำคัญมากในวงจรนี้ เนื่องจากสำหรับเครื่องขยายเสียง ต้องใช้พลังงานบางส่วนเพื่อขยายที่วงจรถัง ดังนั้นพลังงานของวงจรสะสมจะถูกป้อนกลับไปที่วงจรฐานโดยใช้ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำร่วม โดยใช้วงจรนี้ พลังงานจะถูกป้อนกลับจากเอาต์พุตไปยังอินพุต

การทำงานของทรานซิสเตอร์เป็นออสซิลเลเตอร์

ในวงจรออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์ข้างต้น ทรานซิสเตอร์ถูกใช้เป็นวงจร CE (อีซีแอลทั่วไป) โดยที่อีซีแอลใช้ร่วมกันกับทั้งขั้วฐานและขั้วสะสม ระหว่างขั้วอีซีแอลและอินพุตฐาน วงจรถังเชื่อมต่ออยู่ ในวงจรถัง ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนานเพื่อสร้างการแกว่งภายในวงจร

เนื่องจากความผันผวนของแรงดันและประจุภายในวงจรของถัง การไหลของกระแสที่ขั้วฐานจะผันผวน ดังนั้นการให้น้ำหนักไปข้างหน้าของกระแสฐานจะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ จากนั้นกระแสของตัวสะสมก็จะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะเช่นกัน

LC oscillations มีลักษณะเป็นไซน์ ดังนั้นทั้งกระแสเบสและตัวสะสมจะแปรผันตามไซน์ ดังที่แสดงในแผนภาพ ถ้ากระแสที่ขั้วสะสมมีการเปลี่ยนแปลงแบบไซน์ แรงดันไฟขาออกที่ได้มาสามารถเขียนได้ง่ายๆ เป็น Ic RL เอาต์พุตนี้ถือเป็นเอาต์พุตไซน์

เมื่อเราวาดกราฟระหว่างเวลาและแรงดันเอาต์พุต เส้นโค้งจะเป็นไซน์ เพื่อให้เกิดการแกว่งอย่างต่อเนื่องภายในวงจรของถัง  เราต้องการพลังงานบางส่วน แต่ในวงจรนี้ไม่มีแหล่งจ่ายกระแสตรงหรือแบตเตอรี่

ดังนั้นเราจึงเชื่อมต่อ L1 & L2 ตัวเหนี่ยวนำ ภายในวงจรสะสมและฐานโดยใช้แท่งเหล็กอ่อน ดังนั้นแกนนี้จะเชื่อมต่อตัวเหนี่ยวนำ L2 กับตัวเหนี่ยวนำ L1 เนื่องจากการเหนี่ยวนำร่วมกัน ส่วนหนึ่งของพลังงานภายในวงจรสะสมจะเชื่อมต่อกับด้านฐานของวงจร ดังนั้นการแกว่งภายในวงจรถังจึงคงอยู่และขยายอย่างต่อเนื่อง

เงื่อนไขการสั่น

วงจรออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์ต้องเป็นไปตามต่อไปนี้

• การเปลี่ยนเฟสของลูปควรเป็น 0 & 360 องศา
• การเพิ่มของลูปจะต้องเป็น >1
• หากสัญญาณไซน์เป็นเอาต์พุตที่ต้องการ การขยายลูป > 1 จะทำให้ o/p อิ่มตัวอย่างรวดเร็วที่จุดสูงสุดของรูปคลื่นทั้งสองและสร้างความผิดเพี้ยนที่ยอมรับไม่ได้
• หากเกนของแอมพลิฟายเออร์ >100 จะทำให้ออสซิลเลเตอร์จำกัดทั้งพีคของรูปคลื่น เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขข้างต้น วงจรออสซิลเลเตอร์ควรมีแอมพลิฟายเออร์บางประเภทรวมถึงส่วนหนึ่งของเอาต์พุตซึ่งควรป้อนกลับไปยังอินพุต เพื่อเอาชนะความสูญเสียภายในวงจรอินพุต เราใช้วงจรป้อนกลับ ถ้าเกนของแอมพลิฟายเออร์คือ <1 วงจรออสซิลเลเตอร์จะไม่แกว่ง และถ้าเป็น > 1 วงจรจะสั่นและสร้างสัญญาณที่บิดเบี้ยว

ประเภทของออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์

มีออสซิลเลเตอร์หลายประเภท แต่ออสซิลเลเตอร์แต่ละตัวมีหน้าที่เหมือนกัน ดังนั้นพวกเขาจึงสร้างเอาต์พุตที่ไม่ จำกัด อย่างต่อเนื่อง แต่จะเปลี่ยนการจ่ายพลังงานให้กับวงจรออสซิลเลเตอร์หรือวงจรถังเพื่อให้ตรงกับช่วงความถี่และความสูญเสียที่ถูกใช้ไป

ออสซิลเลเตอร์ของทรานซิสเตอร์ซึ่งใช้วงจร LC เป็นวงจรออสซิลเลเตอร์หรือวงจรในถังเป็นที่นิยมอย่างมากสำหรับการผลิตเอาต์พุตความถี่สูง ออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์ประเภทต่างๆ ได้อธิบายไว้ด้านล่าง

Hartley Oscillator

Hartley oscillator เป็นออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่ใช้ในการกำหนดความถี่การสั่นผ่านวงจรปรับ คุณสมบัติหลักของออสซิลเลเตอร์นี้คือวงจรที่ปรับแล้วประกอบด้วยตัวเก็บประจุตัวเดียวที่เชื่อมต่อแบบขนานผ่านตัวเหนี่ยวนำสองตัวในซีรีย์ & สัญญาณตอบรับที่จำเป็นสำหรับการสั่นนั้นได้มาจากการเชื่อมต่อศูนย์กลางของตัวเหนี่ยวนำสองตัว Hartley oscillator เหมาะสำหรับการแกว่งในช่วง RF สูงถึง 30MHz หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับออสซิลเลเตอร์นี้ คลิกที่นี่ – Hartley ออสซิลเลเตอร์

คริสตัลออสซิลเลเตอร์

ออสซิลเลเตอร์คริสตัลทรานซิสเตอร์สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวิทยุต่างๆ ออสซิลเลเตอร์ประเภทนี้มีบทบาทสำคัญในการให้สัญญาณ CLK ราคาถูกเพื่อใช้ในวงจรลอจิกหรือวงจรดิจิทัล ในตัวอย่างอื่นๆ ออสซิลเลเตอร์นี้อาจใช้สำหรับการจัดหาแหล่งสัญญาณ RF ที่คงที่และแม่นยำ ดังนั้นออสซิลเลเตอร์เหล่านี้จึงมักถูกใช้โดยนักวิทยุสมัครเล่นหรือแฮมเตอร์วิทยุภายในวงจรเครื่องส่งวิทยุ ทุกที่ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับออสซิลเลเตอร์นี้ คลิกที่นี่ – คริสตัลออสซิลเลเตอร์

ออสซิลเลเตอร์ของ Colpitt

ออสซิลเลเตอร์ Colpitts ค่อนข้างตรงข้ามกับ Hartley Oscillator ยกเว้นตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุจะถูกแทนที่ด้วยกันและกันภายในวงจรของถัง ประโยชน์หลักของออสซิลเลเตอร์ประเภทนี้ก็คือการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันและตัวเหนี่ยวนำในวงจรของถังน้อยลง ความเสถียรของความถี่ของออสซิลเลเตอร์จะดีขึ้น ออสซิลเลเตอร์นี้สร้างความถี่ที่สูงมากตามสัญญาณไซน์ ออสซิลเลเตอร์เหล่านี้มีเสถียรภาพในความถี่สูงและสามารถทนต่ออุณหภูมิต่ำและสูงได้ หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับออสซิลเลเตอร์นี้ คลิกที่นี่ – Colpitts ออสซิลเลเตอร์

Wien Bridge Oscillator

Wien bridge oscillator เป็นออสซิลเลเตอร์ความถี่เสียงที่ใช้บ่อยเนื่องจากคุณสมบัติที่สำคัญ ออสซิลเลเตอร์ประเภทนี้ปราศจากความผันผวนตลอดจนอุณหภูมิแวดล้อมของวงจร ประโยชน์หลักของออสซิลเลเตอร์ประเภทนี้คือความถี่เปลี่ยนจากช่วง 10Hz เป็น 1MHz ดังนั้นวงจรออสซิลเลเตอร์นี้จึงให้ความเสถียรของความถี่ที่ดี หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับออสซิลเลเตอร์นี้ คลิกที่นี่ – ออสซิลเลเตอร์สะพานเวียน

เฟสกะ Oscillator

RC phase shift oscillator เป็นออสซิลเลเตอร์ชนิดหนึ่งทุกที่ที่มีการใช้เครือข่าย RC แบบง่ายเพื่อให้การเปลี่ยนเฟสที่จำเป็นไปสู่สัญญาณตอบรับ ออสซิลเลเตอร์นี้คล้ายกับออสซิลเลเตอร์ Hartley & Colpitts ออสซิลเลเตอร์นี้ใช้เครือข่าย LC เพื่อให้ผลตอบรับเชิงบวกที่จำเป็น ออสซิลเลเตอร์นี้มีความเสถียรของความถี่ที่โดดเด่นและสร้างคลื่นไซน์บริสุทธิ์ในช่วงโหลดที่หลากหลาย หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับออสซิลเลเตอร์นี้ คลิกที่นี่ – RC ออสซิลเลเตอร์กะเฟส

ช่วงความถี่ของออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์ต่างๆ เป็น:

• สะพานเวียน (1Hz ถึง 1MHz),
• ออสซิลเลเตอร์เปลี่ยนเฟส (1Hz ถึง 10MHz),
• Hartley oscillator (10kHz ถึง 100MHz),
• Colpitts (10kHz ถึง 100MHz) &
• ออสซิลเลเตอร์ความต้านทานเชิงลบ >100MHz

ทรานซิสเตอร์ออสซิลเลเตอร์โดยใช้วงจรเรโซแนนซ์

ออสซิลเลเตอร์ทรานซิสเตอร์ที่ใช้วงจรเรโซแนนซ์รวมถึงตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุภายในอนุกรมจะสร้างการสั่นของความถี่ หากตัวเหนี่ยวนำเป็นสองเท่า & ตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนเป็น 4C ความถี่จะได้รับโดย

นิพจน์ความถี่ข้างต้นใช้สำหรับความถี่ของการแกว่ง LC ภายในวงจร LC แบบอนุกรม หลังจากนั้น ค้นหาความถี่ทั้งสองเช่นอัตราส่วน f1 & f2 และแทนที่การเปลี่ยนแปลงภายในค่าการเหนี่ยวนำและค่าความจุ ความถี่ 'f2' สามารถพบได้ในรูปของ 'f1'

อัตราส่วนความถี่สองความถี่ (f1&f2)

ที่นี่ 'L' เป็นสองเท่า & 'C' เปลี่ยนเป็น 4C

แทนค่าเหล่านี้ในสมการข้างบน แล้วเราจะได้

หากเราพบความถี่ 'f2' ในแง่ของความถี่ 'f1' เราก็จะได้สมการต่อไปนี้

แอปพลิเคชั่น

ดิ การประยุกต์ใช้ทรานซิสเตอร์เป็นออสซิลเลเตอร์ รวมสิ่งต่อไปนี้

• ออสซิลเลเตอร์ของทรานซิสเตอร์ใช้เพื่อสร้างการสั่นแบบคงที่สำหรับความถี่ที่ต้องการหากมีการเชื่อมต่อวงจรออสซิลเลเตอร์และฟีดแบ็คอย่างถูกต้อง
• Wien bridge oscillator ถูกใช้อย่างสูงในการทดสอบเสียง การทดสอบการบิดเบือนของเพาเวอร์แอมป์ และยังใช้สำหรับการกระตุ้นด้วย AC bridge
• Hartley oscillator ใช้ในเครื่องรับวิทยุ
• ออสซิลเลเตอร์ของ Colpitt ใช้เพื่อสร้างสัญญาณเอาต์พุตไซน์ที่มีความถี่สูงมาก
• สิ่งเหล่านี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในเครื่องมือวัด คอมพิวเตอร์ โมเด็ม ระบบดิจิตอล ทางทะเล ในระบบลูปล็อกเฟส เซ็นเซอร์ ดิสก์ไดรฟ์ และโทรคมนาคม

ดังนั้น ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับ ภาพรวมของทรานซิสเตอร์ ออสซิลเลเตอร์ – ประเภทและการใช้งาน นี่คือคำถามสำหรับคุณ อะไรคือหน้าที่ของออสซิลเลเตอร์?