Osilatör çeşitleri

Osilatör çeşitleri

Osilatör çeşitleri

Osilatörler; elektronik devreler de belli frekanslarda kare, üçgen, sinüs  veya testere dişi şeklinde elektrik sinyalleri üreten, geri beslemeli amplifikatör (yükseltici) devreleridir. Diğer bir ifade ile kendi kendine sinyal üretebilen elektronik elemana “osilatör” denir.

Osilatör çeşitleri, sinüzoidal osilatörler (harmonik osilatör) ve sinüzoidal olmayan (gevşeme osilatörü) osilatörler olmak üzere iki gruba ayrılır. Sinüzoidal osilatörler, çıkışında sinüzoidal sinyal üretirken, sinüzoidal olmayan osilatörler ise kare, dikdörtgen, üçgen ve testere dişi gibi sinyaller üretirler. Kare dalga üreten osilatör devrelerine aynı zamanda “multivibratör” denir.

Günümüzde çeşitli adlarla özel osilatör çeşitleri vardır. Örneğin, LC Armstrong osilatör, Colpits osilatör, Hartley osilatör, RC faz kaymalı osilatör, Wien köprü osilatör, kristal osilatör verilebilir. Bütün osilatör çeşitlerinde kondansatörün şarj ve deşarj olma prensibi vardır. Şarj ve deşarjın devamlılığı kararlı biçimde sağlandığında osilasyon meydana gelir.

Osilatör seçimi yapılırken kullanılacak devreye uyumu önemlidir. Örnek olarak, yüksek frekanslı sinyal üretilip bu frekans sabit isteniyorsa kristal osilatörler tercih edilir. Daha basit devrelerde RC osilatör veya LC osilatör yeterlidir. Bu farkta maliyeti etkilemektedir.

Osilatör Çeşitleri

Harmonik Osilatör (Harmonik Salıngaç) 

Harmonik osilatör, sinüzoid dalgalar üretir. Harmonik osilatörleri oluşturmanın çeşitli şekilleri vardır. Bunlar;

• Armstrong osilatöru
• Hartley osilatöru
• Colpitts osilatöru
• Clapp osilatöru
• Gecikmeli hat osilatöru
• Pierce osilatöru (kristal osilatör)
• Faz kaymalı osilatör
• RC osilatör (Viyana köprüsü (wien köprü) ve “ikiz-T”)
• Çapraz bağlı LC osilatörü
• Vackar osilatöru
• Opto-Elektronik osilatör

Gevşeme Osilatörü

Kare veya testere dişi gibi, sinüs olmayan dalga şekilleri üretmek için gevşeme osilatörü kullanılır. Bu tip osilatörler, bir kondansatörü periyodik olarak deşarj eden transistör gibi doğrusal olmayan bir eleman kullanır. Bu tip osilatörler mikroişlemci ve benzeri lojik sistemlerde saat sinyali üretmek için kullanılır.

Sinüs Dalga Osilatör 

Yüksek frekansta sinyallerin üretildiği osilatörler, paralel kondansatör ve bobinden meydana gelir. Kondansatör şarj edilip bobine paralel bağlandığında, kondansatör bobin üzerine boşalır (deşarj). Bobin çevresinde manyetik alan oluşturur. Kondansatör deşarj akım ile ters yönde şarj olarak manyetik alanı söndürür. Şarj olan kondansatör yeniden boşalarak bobin çevresinde manyetik alan meydana getirir. Kondansatörün bobin üzerine şarj ve deşarjı bobin ve kondansatörün değeri ile orantılı olarak bir sinüs eğrisi şeklinde sinyal üretir. Rezonans devresinde bir miktar direnç bulunduğu için sinüs dalgası yavaş yavaş küçülecektir. Bu küçülmenin önüne pozitif geri besleme ile geçilir.

Sinus Dalga Osilatör Devresi

RC faz kaymalı osilatör olarak çalışan ve çıkışında 1 KHz’ lik sinüs dalga formunda sinyal üreten devre görülmektedir. RC faz kaymalı osilatörde, transistörün kollektöründeki sinyalin fazı, her bir RC hücresi ile kaydırılır. Bu işlemin sonucu olarak da osilatörde geri besleme ile çıkıştan girişe gönderilen sinyaller ile çıkış sinyalinin sürekliliğini sağlanıyor. Devre P1 trimpotu çıkış frekansını, P2’de çıkış sinyalinin genliğini ayarlar.

Kare Dalga Osilatör

Kare dalga, sinüs dalgasından sonra en çok karşılaştığımız sinyal çeşididir. Kare dalga dijital devrelerde,   elektrik sayaçlarında, saat devrelerinde kullanılmaktadır. Aşağıdaki şekilde 555 entegresi ile 555 osilatör devresinde kare dalganın çıkışı gösterilmektedir.

Kare Dalga Osilatör Devresi

Şekildeki devre kare dalga osilatör devresidir. 50 K ohm ayarlı direnç ile 3 numaralı uçtaki çıkış sinyalinin frekansı ayarlanır. Çıkış sinyali, 2Vp-p genliğe ve 1KHz frekansa sahip kare dalga üretir. Devre iki kısımdan meydana gelmektedir. Birinci kısım NAND kapıları ile yapılmış flip-floptur. İkinci kısım ise yine NAND kapıları ile yapılan tetiklemeli flip-floptur. Devrede kullanılan 100 K ohm’luk ayarlı direnç yardımı ile çıkış sinyalinin frekansı ayarlanabilir. Lojik devreleri kullanarak kare dalga üreten osilatör devreleri de vardır. “Multivibratör” olarak da bilir. Bir osilatör çeşididir.

Üçgen Dalga Osilatör

Kullanım oranına göre üçgen dalga, sinüs ve kare dalgadan sonra gelir. Sinüsoidal bir dalga biçimi olmamakla birlikte periyodik olup, kare dalgada olduğu gibi tek harmoniklere sahiptir. Üçgen dalganın artan dereceli harmoniklerinde düşüş, kare dalgadan daha hızlıdır.

Üçgen Dalga Osilatör Devresi

Devrede, U1 ile gösterilen OP 1 schmitt tetikleyici 1. (op- amp tetikleyici)  olarak çalışırken, U2 ile gösterilen 2. op-amp ise integral alıcı olarak çalışmaktadır. U1 çıkışından kare dalga edilirken ve bu kare dalganın U2’de ki İntegral alıcı olarak çalışan OP2 girişine uygulanan kare dalga sinyalleri, üçgen dalga sinyale çevrilir. Devredeki P1 potansiyometresi (ayarlı direnç) ile çıkış sinyalinin frekansı ayarlanabilir.

Sinüs – Kare – Üçgen Dalga Osilatör

Değişik sinyal çeşitleri üretmek için bu özel osilatörler, 4 adet 741 op-amp ile yapılmış ve değişik dalga şeklinde sinyal üreten osilatordür. U1 ile gösterilen 1. op-amp  multivibratör olarak çalışır ve çıkışında kare dalga sinyal alınır. U2 ile gösterilen op-amp ise kazancı 10 olan bir integral alıcıdır. OP-AMP’ lı multivibratör çıkışından aldığı kare dalga sinyali, çıkışında üçgen dalga sinyaline çevirir.

Sinüs-Kare-Üçgen Dalga Osilatör Devresi

U3 ile gösterilen op-amp ise kazancı 1 olan integral alıcıdır. Girişindeki üçgen dalga sinyalinin şeklini sinüs dalga şekline yaklaştırır. Fakat çıkışındaki sinyal tam sinüs formunda değildir. A4 ise faz çeviren yükselteçtir. Sinüs dalga şeklindeki sinyal bu devre çıkışından alınır.

Wien Köprü Osilatör Devresi

Wien köprü osilatör devresi, negatif ve pozitif geri besleme kullanan bir RC faz kaydırma osilatördür. Bu osilatör kolay bir şekilde akort edilebilen ve 5 Hz ile 1 MHz arasındaki frekansları üretmek için sinyal üreteçlerinde yaygın olarak kullanılan kararlı alçak-frekans osilatör çeşididir.

Op-Amp’lı Wien Köprü Osilatörü

Şekildeki devrede  R₁-C₁’ den seri ve R₂-C₂ meydana gelen paralel R-C devreleri wien köprü osilatörünü meydana getirir. Devrede op-amp yükseltgeç  olarak kullanılmıştır. 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 meydana gelen köprü devresi maksimum geri beslemeyi yapmakta ve bu frekansta faz açısı sıfır olmaktadır. Devrede R₃ – R₄ ve OP-AMP’ tan meydana gelen kısım yükselteci, R₁ – C₁ ile R₂ – C₂ ‘den meydana gelen kısım wien köprü devresini yani frekans belirtici durumu oluşturur.

Çıkıştan alınan sinüsiodal sinyalin frekansı veya devrenin çalışma frekansı,

Devrede R1=R2=R ve C1=C2=C olarak seçilirse formül,

Ayrıca, devrenin istenen frekansta osilasyon yapması ve yeterli çevrim kazancını sağlayabilmesi için R3/R4 olmalıdır.

RC Osilatör

Alçak frekans osilatör çeşitlerinde frekans tespit edici devre için direnç ve kondansatörler kullanılıyor ise bu tip osilatörlere “RC osilatörler” denir. RC osilatörler, 20 Hz – 20KHz arasındaki ses frekans alanında geniş uygulama alanına sahiptir.

R-C devresi hem pozitif geri beslemeyi hem de frekans belirleyici 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) tatbik edildiğinde bir faz kaydırma oluşur (yaklaşık 60°). Faz kayma oluştuğu için genlikte de bir miktar azalma olur. B noktasındaki sinyal C2 üzerinden R2 ‘ye uygulanır. Böylece, yaklaşık 120°lik bir faz kayma oluşur ve genlikte de azalma olur. C noktasındaki sinyal C3 üzerinden R3e uygulanırken (D noktası) 180° faz kaydırmaya maruz kalır. Üç adet RC devresinin her biri 60° faz kaydırıp toplam 180°lik faz kaydırmaya sebep olmuştur. D noktasındaki sinyal, transistörün beyzine uygulanan pozitif geri besleme sinyalidir.

LC Osilatör 

LC osilatörler ile MHz seviyesinde yüksek frekanslı sinüsoidal sinyaller elde edilebilir. Paralel kondansatör ve bobinden meydana gelen devreye “tank devresi” denir.

Çeşitli amaçlar için geliştirilen LC osilatör çeşitleri vardır. En sık kullanılan LC osilatör çeşitleri arasında kolpits osilatör ve hartley osilatörleri gelmektedir.

Kolpits (Colpitts) Osilatör 

LC osilatörün en yaygın kullanılan çeşidi kolpits (colpitts) osilatörlerdir. Bu tip osilatör devresinde C1 ve C2 gibi iki ayrı kapasitör bulunur.

Op-Amp’lı Kolpits Osilatörü

Kolpits osilatörün en önemli özelliği bu iki kapasitörünün olmasıdır. Bundan dolayı tank devresinin eşdeğer kapasite değeri ve çıkıştan alınan sinyal frekansı tamamen değişiklik gösterir. Yukarıdaki şekilde op-amplı kolpits osilatör devresi görülmektedir. Bu devrenin transistör kullanılarak sinüsoidal çıkış elde edilen çeşidi de vardır.

Hartley Osilatör 

LC osilatör çeşitlerinden biride Hartley osilatörler seri ve paralel olarak ikiye ayrılır.

Yukarıda şekildeki seri hartley devresi ve kolpits osilatör çeşidinde olduğu gibi LC tank devresi vardır. Tank devresi, yükselteç ile gerilim kaynağı arasına seri bağlandığından “seri hartley” denmektedir. Bu bağlantı paralel yapılırsa “paralel hartley” denir.

Armstrong Osilatör (Armstrong Osillator)

Meissner osillator da denilen armstrong osilatör, bi LC osilatör çeşididir. İlk defa radyo alıcı-verici devrelerinde  bu osilatör kullanılmıştır.

Faz Kaydırmalı Osilatör (Phase Shift)

RC osilatör çeşidi olan ve yükseltici olarak  op-amp yada transistör kullanan faz kaydırmalı osilatörlerdir. 180º’ lik bir faz farkı isteyen devre, yüksek frekanslarda 270º’ lik bir faz farkı da yaratabilmektedir.

Op-Amp’ lı Faz Kaydırmalı Osilatör Devresi

op-amp’ lı faz kaydırmalı osilatör devresinde 3 kondansatör  ve 4 direnç kullanılmıştır. Her RC hücresinin her birinde çıkış sinyali için aşama aşama geri besleme sinyali meydana getiriliyor.