Osilatörlerde çıkış olarak neden sadece bir frekans alıyoruz?

Salınımları olumlu geribildirimde sürdürdüğüm için sadece $AB=1$ öğrendiğim osilatörlerdeyim. Bu yana $A$ ve $B$ frekansa bağımlı hem de vardır $AB=1$ , yalnızca belirli bir frekans için de geçerlidir.

1. $AB>1$ tuttuğu frekanslara ne olur ?

2. Bu frekanslar, sınırlayıcı devre onları sınırlayana kadar amplifiye olmaya devam edecek mi?

3. Öyleyse neden bu frekansları çıkışımıza almıyoruz?

Osilatörlerde çıkış olarak neden sadece bir frekans alıyoruz?

Osilatörler iki şeyi sağlayarak bir frekansta çalışır: -

• Salınımları sürdürmek için geri beslenen sinyal, sürdürmeye çalıştığı sinyal ile tam olarak faz halindedir. Sallanan bir sarkacın tam olarak doğru yerde ve doğru yönde hafifçe vurmayı düşünün.
• Döngü kazancı birlikten biraz daha fazladır. Bu, bir sinüs dalgasının çok fazla bozulma olmadan üretilmesini ve "sürdürülmesini" sağlar. Döngü kazancı 1'den küçükse, bir salınımı "sürdüremez".

Bu nedenle, işlediği her frekans için benzersiz bir faz kayması olan bir faz kaydırmalı ağ tasarlarsak, bir osilatör elde ederiz, ancak yalnızca geri beslenen sinyal salınımı sürdürmek için genlikte yeterli olduğunda.

Bununla birlikte, bazı faz kaydırma ağları, temel salınım frekansının bir katı olan bir faz kayması üretebilir. Başka bir deyişle, 1 MHz 360 derecelik bir faz kayması üretirse, belki daha yüksek bir frekans 720 dereceye (2 x 360) neden olabilir. Bu potansiyel olarak iki frekansta (genellikle istenemez olarak kabul edilir) sürekli bir salınım meydana getirebilir.

Bu nedenle, faz değiştiren ağı, daha yüksek frekanslı "faz içi" adayın genlikte "temel" adaydan çok daha düşük olmasını sağlamak için tasarlıyoruz ve yalnızca kazancın birlik veya biraz daha yüksek olmasına izin vermek ( faz kayması ağındaki kayıpları barındırır), daha yüksek frekanslı aday salınmaya neden olmaz.

Yukarıdakilere Barkhausen kriterleri de denir .

Peki AB> 1 olan frekanslara ne olur?

Doyma.

$AB \ge 1$$n2\pi$$f_x$$f_x$$AB > 1$

$f_x$$AB=1$$AB \ge 1$$f_x$$AB < 1$

Yanımdan kısa bir cevap:

Sadece büyüklük açısından düşünmemelisiniz. Aşamayı unutma. AB ürünü GERÇEK bir ürün olmalıdır. Frekans seçici bir devre, frekansın bir fonksiyonu olan bir fazın yanı sıra bir büyüklüğe sahiptir. Ve - doğru bir tasarım için - her iki koşulu da aynı anda yerine getirebilecek tek bir frekans olacaktır ( AB = 1 döngü kazancı ile Barkhausens salınım kriteri ):

• | A * B | = 1 (pratik nedenlerle "1" den biraz daha büyük, örneğin "1.2") ve

• phaseshift exp (j * phi) = 1 (phi = 0).

Bu amaçla, en çok bilinen osilatörler geri besleme elemanları olarak alçakgeçiş, yüksekgeçiş veya bant geçiren filtreler kullanır. Ancak başka (daha gelişmiş) topolojiler de vardır.

• Kare dalga çıkışlı (seri veya paralel mod) klasik bir kristal osilatör (XO) anlamına geldiğinizi varsayarsak.

Doygunluk meydana geldiğinde, çıkışın doğrusal geçişi dışında döngü kazancı (GH veya AB) sıfıra düşer . Kristal da harmonikler içerebilir girişindeki bir sinüs dalgası üretmek için bir bant geçiş filtresi gibi davranır, ancak bu kare dalga çıkış yetişme hızı, daha hızlı bir sinüs dalga girişinin daha genel olarak harmonik enerji zaman doğrusal yetersiz anahat için doymamış ve kazanç sıfır olduğunda yükselir, böylece bastırılır.

Daha fazla bilgi

• Bununla birlikte, doğrusal osilatörlerde harmonik içerik faz gürültüsüne katkıda bulunabilir, bu nedenle en düşük faz gürültüsüne sahip olanlar temelde en yüksek Q değerine sahiptir, örneğin SC kesme kristalleri, örneğin 10 MHz fırın kontrollü kristal osilatörler (OCXO) ve standart AT kesimleri yaygın olarak kullanılır. Şimdilik bu konuda söyleyeceğim tek şey bu.

Bununla birlikte, daha küçük kristal yapılar> = 33 MHz rezonans için harmoniklerin kazancı temelden daha yüksek olma eğilimindedir. Böylece bunları "taş kristaller" olarak sınıflandırılmış bulacaksınız.

CMOS geri besleme osilatörleri için, genellikle çıkıştan gelen bir R serisi (3 kΩ ~ 10 kΩ), mikroslice kristallerde uW güç dağılımını sınırlamak için kullanılır ve yüksek frekansta >> 10 MHz de ilk olarak RC efektlerinden harmoniklerin ek zayıflamasını oluşturur yük kapasitörü. En yaygın olanı üçüncü harmonik veya "aşırı ton" dur, ancak daha yüksek tonlar >> 150 MHz kullanılır.

Ancak, salınım için seçici harmonikler istendiğinde (3, 5, 7, vb.) Ya kristalin nasıl işlendiği ya da ek pasif LC ayarı tercih edilen harmoniği arttırmaya yardımcı olur.

XO tasarımları için en yaygın uyarı Sahte harmoniklerin amplifikasyonundan kaçınmak için "Asla tamponlu invertör kullanmayın" (bire karşı üç lineer kazanç aşaması). İnvertörü doyurduklarında ve kazanç sıfıra düştüklerinde, kısa bir geçiş aralığı hariç temel frekansı bastırırlar. Göreceli kazançlara ve başlatma koşullarına bağlı olarak temel veya harmonikte rasgele salınabildikleri enjeksiyon kilitli bir halka (ILL) gibi davranabilirler. Ancak tamponlu bir invertör ile çıkış geçiş süresi boyunca geçişlerde sahte harmonik aksaklıklara neden olma ve harmoniklere kilitlenme şansı daha yüksektir.

Bununla birlikte, bir XO için başarılı bir şekilde tamponlanmış bir invertör (kendim dahil) kullanan kişiler, armonik kristal tipinin ve göreceli olarak daha düşük kazancın, XO'nun istenen temel frekansa kilitlenmesini koruduğunu anlayabilirler. Bazı durumlarda, bu bir avantaj olabilir, ancak bu farklı bir soru.

Tüm cevaplar doğru olmasına rağmen, bunların hepsinin sorunuzun ruhunu kaçırdığına inanıyorum.

"Osilatör" terimi genellikle belirli bir frekansta bir AC dalga formu üretmek için özel olarak tasarlanmış bir devre için geçerlidir. Bu, istenmeyen etkileri en aza indirmeyi amaçlayan bazı tasarım seçenekleri gerektirir. Bu özellikle lineer osilatörler için geçerlidir (bu, sorunuzda belirtilen loop-kazanç durumu).

Kazanımı belirli bir frekansta 1'den biraz daha büyük olacak şekilde tasarlarsınız ve salınımı sabit tutmak için sistemdeki doğrusal olmama durumlarını tasarlarsınız. Kazancın 1'den daha büyük olmasına izin verirseniz, doğrusal bir osilatöre sahip olmayı bırakırsınız .

Bununla birlikte, bu kullanışlı mühendislik basitleştirmesi, döngü kazancının , gerçekte olmadığında, doğrusal bir osilatör olarak ele almanıza izin veren birinden biraz daha büyük olması ile elde edilir. Aslında sahip olduğunuz, sinüsoid yaklaşan kararlı periyodik yörüngeye sahip doğrusal olmayan dinamik bir sistemin basitleştirilmiş sınır durumudur.

Eğer daha fazla başka aşırı, çok doğrusal olmayan ama kararlı ulaşabilir (AB >> 1 yaparak örneğin) o dinamik bir sistem geliştirmek durumunda gevşeme osilatör veya ara durumlarda bir yaratan bir dönem iki katına dizisi bulacaksınız kaotik osilatör gibi Chua devresi veya Van Der Pol osilatörü .

Bu görüntü, Chua'nın devresinin bir uygulamasından, bir kombinasyon gevşeme osilatörü / doğrusal osilatör gibi davrandığını görebilirsiniz. Ancak "gevşeme bileşeni" periyodik değildir ve uzun vadede tahmin edilemez.

Tüm bu alternatiflerin kullanımı vardır, ancak doğrusal osilatör teorisi özellikle bu koşullardan uzak durur.

$|A\ \beta| = 1$$\angle A\ \beta = 0$

$A$

$\beta$

$|A\ \beta| = 1$$v_o$$v_f$$v_f$$v_o$

$|A\ \beta| > 1$$\pm$

Kazanç ve zayıflama sabit değildir ve amplifikatör çıkışı, amplifikatörün güç raylarına yükselir. Bir sinüs dalgası osilatörü ise, amplifikatör doyuncaya kadar çıkış artar ve artık bir sinüs dalgası değildir. Üstler kırpılır.

$|A\ \beta| < 1$

$|A\ \beta| = 1$$\angle A\ \beta = 0$$^\circ$

Sorunuzun özü şu: Osilatörler neden diğer frekanslarda salınmıyor? Bu, kullanılan bileşenler (dirençler, kapasitörler, indüktörler ve amplifikatörler) tarafından yönetilir.