Osilatör nedir?

Osilatör

Osilatör nedir?

Elektronik iletişim sistemlerinde ve otomasyon sistemlerinde kare dalga, sinüs dalga, üçgen dalga yada testere dişi dalga şekillerinin kullanıldığı çok sayıda uygulama vardır. Bazı durumda birden fazla tip sinyal kullanmak ve bunları birbirine senkronize etmek gereklidir. Bundan dolayı istenen işleme uygun bir sinyal üretimine ihtiyaç vardır.

Osilasyon Nedir? 

Osilasyon (Salınım): Elektrik- elektronik sistemlerde zaman içerisinde yönü ve şiddeti belli bir düzen içerisinde değişen elektrik sinyallerine “osilasyon” denir. Osilasyon, elektronik devrelerde (osilatörler devreleri hariç) istenmeyen bir olaydır. Devrenin çıkışında osilasyon fazla olması istenmeyen bir durumdur. Bunun için osilasyonları azaltmak için fazladan elektronik devreler kullanılır. Bu nedenle osilasyon sinyalleri üreten devrelere de ihtiyaç vardır. Bu nedenle osilasyon sinyalleri üreten devrelere de ihtiyaç vardır. Bu devrelere “osilatör devresi” denir. Bu devrelere örnek olarak aktif-pasif elektronik filtreler gösterilir.

Osilasyon için iki kapılı bir devre elemanına ihtiyaç vardır. Aynı zamanda geri besleme yapılırken herhangi bir faz farkı (faz kayması) olmaması gerekir. Bundan dolayı faz açısı “0” olmalıdır. Kapalı çevrim kazancı da “1” e eşit olmalıdır.

Osilatör Nedir? Ne işe Yarar?

Osilatör, özellikle elektronik devrelerde kare, üçgen ve testere gibi sinyalleri üreten bir elektronik düzenektir. Salıngaç adıyla da bilinir. Diğer bir tanım ise osilatör elektrik salınımları üretir.

Örnek olarak bir mikrodenetleyicinin istenen programı yürütmesi için kare dalga sinyal ile tetiklenmesi gereklidir. Bu örnek bile kare dalga sinyali üreten osilatörün ne kadar önemli olduğunu göstermektedir.

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. Gömülü sistemlerde, elektronik devrelerde bu dalga şekillerini osilatör yardımıyla elde ederiz. Osilatör, bir yükseltgeç aracılığı ile verdiği çıktıyı girdi olarak geri alır. Bu duruma pozitif geri besleme adı verilir. Bu durumda sinyal her defasında kendini yenilemiş olur.

Genelde  bir osilatör, kendi giriş sinyalini kendi sağlayan bir yükselteç devresidir. Osilatörler kendi kendine sinyal üretebilen cihazlardır. Osilatörler bir kez harekete geçirildikten sonra bir AC çıkış sinyali üretir. Bu AC sinyalinin küçük bir bölümü girişe geri beslenip orada yükseltilir. Giriş sinyali yükseltilerek çıkışa gelir ve aynı süreç tekrar eder, meydana gelen sürece tekrar üretimli süreç denir. Çıkış sinyali giriş sinyali sinyaline, aynı şekilde giriş sinyali de çıkış sinyaline bağlıdır.

Osilatörün çalıştığı frekans kuvars kristali ile tespit edilir. Örnek olarak; düşük frekans osilatörleri (LFO) 0.1 Hz ile 10 Hz arasında dalgalar üretirler. Yüksek frekanslı kristal osilatör (100 kHz-100 GHz) (RF osilatör) vardır.
Osilatörler DC güç kaynaklarından beslenir. Bunun sonucu olarak DC gerilimi istenilen frekansa sahip işaretlere dönüştürülür. (DC) doğru akım cihazından aldığı akımı,  başka bir devreyi yüksek güçte beslemek için AC akıma çeviren osilatörlere ise invertör yani güç çevirici denir. İnvertörler ile rüzgar türbinleri, güneş enerji panelleri gibi yerlerde sık sık karşılaşırız.

Osilatör Nasıl Çalışır? 

Bir osilatör devresinin meydana getirdiği sinyallerin veya osilasyonların (titreşim salınım) devam edebilmesi için;

• Yükseltme
• Pozitif Geri Besleme
• Frekansa Bağlı Olma

Osilatörün nasıl çalıştığını basit bir devrede  anlatılabilir. Bunun için bir kondansatör (kapasitör) ve bobin (indüktör) devrede birbirine bağlamak gerekir. Kondansatör ve bobinin enerji depoladığını biliyoruz. Kondansatör elektrik alanda enerji depolarken, indüktör manyetik alanda enerji depolar.

Kondansatör şarj ettikten sonra kondansatöre seri olacak biçimde devreyi tamamlayan bir indüktör eklendiğinde, kondansatör enerjisini indüktöre aktarmaya başlar ve indüktör üzerinde bir manyetik alan oluşur. Kondansatörün enerjisinin hepsi bittiği zaman indüktör, devreden akan akımın devam etmesini sağlar ve kondansatörün   diğer tabakasını şarj eder.

Bu kez de indüktörün manyetik alanı söndüğünde, kondansatör ters polarize olmuş bir biçimde  yeniden şarj edilir. Bu döngü aynı pozitif geri beslemede olduğu gibi uzun bir süre sürebilir. Ancak kabloda meydana gelen direnç kaybı vs bazı nedenlerden dolayı bir süre sonra durur.

Osilatör Blog Diyağramı

Bir osilatör devresinde çıkışın bir miktarının şekildeki gibi girişe geri beslenmesi gereklidir. Geri besleme, bir sistemde yüksek seviye noktasından alçak seviye noktasına enerji transferidir. Diğer bir tanımlama ile çıkışın girişe yeniden uygulanmasıdır. Geri besleme girişi artırıcı yönde pozitif, azaltıcı yönde ise negatif geri beslemedir. Osilasyonların devamlılığını sağlamak ve devre kayıplarını önlemek ve için kullanılması gereken geri besleme pozitif geri besleme olmalıdır. Bir osilatörün önceden belirlenecek bir frekansta osilasyon yapabilmesi için bir frekans tespit ediciye ihtiyaç vardır.

Osilatördeki geri besleme, frekans tespit edici devredeki zayıflamayı dengeler. Şekil deki rezonans devresi, frekans tespit edici devre diğer bir ifade ile filtre devresi olup istenen sinyalleri geçirir, istenmeyenleri bastırır. Rezonans devreleri bobin ve kondansatör elemanlarından ya da direnç ve kondansatör elemanlarından oluşur ve bu elemanların isimleriyle anılır. Osilatör çıkışındaki sinyalin genlik ve frekansının sabit tutulabilmesi için osilatör devresindeki yükseltecin pozitif geri besleme için yeterli kazancı sağlaması gerekir.

Osilatör Çeşitleri

Osilatör çeşitleri, sinüzoidal osilatörler (harmonik osilatör) ve sinüzoidal olmayan (gevşeme osilatörü) osilatörler olmak üzere iki gruba ayrılır.

Osilatör Kullanım Alanları 

Osilatörler kontrol sistemlerinde ve televizyon, radyo, telsiz, AM alıcılar, AM vericiler, FM alıcılar ve FM vericiler gibi sistemlerde ve daha çok elektronik-haberleşme   sistemlerinde ve otomasyon sistemlerinde kullanılır. Ayrıca video oyunlarda sesleri üretmek için de kullanılan osilatör çeşitleri vardır. Elektriksel titreşim veya osilasyon diye tanımlanan, dalga şeklindeki devamlı olarak tekrarlanan değişimdir.

Çıkış dalga şekli sinüs dalga, kare dalga, üçgen dalga, testere dişi dalga veya periyodik aralıklarla tekrarlanan herhangi bir dalga şekli olabilir. Genelde  bir osilatör, kendi giriş sinyalini kendi sağlayan bir yükselteç devresidir. Osilatör firmaları tarafından imalatı yapılan osilatör çeşitleri, ürettikleri dalga şekline, dalga şeklinin devamlılığına ve dalga şeklinin çeşitliliğine göre osilatör fiyatları belirlemektedirler.

Devrede kullanılan osilatörler hangi amaçlar için kullanılır? Karışık sistemlerdeki elemanların her birinin görevlerini düzgünce yerine getirebilmesi için çeşitli sayıda sinyallere ihtiyaç duyulur. Örnek olarak bir mikrodenetleyici devresinde program çalıştırmak için kare dalga tetiklemesi gerekir. Bunun örneğini arduino üzerindeki osilatörde  görebiliriz.

Osilatörlerin kullanmanın amacı, istenilen yerde, istenilen miktarda ve istenilen türde sinyal üretimi sağlamak ve devrenin, elemanların ve sistemin bütün ihtiyaçlarını bu doğrultuda gidermektir.

Osilatörlerde Frekans Kayması

Osilatörlerde aranan en önemli özellik frekans kararlılığıdır. Frekans kayması diğer bir ifade ile frekansta oluşan istenmeyen değişimler, kontrol sistemlerinde çok önemli hatalara neden olur. Frekans kaymasının sebepleri;

• Besleme gerilimindeki değişmeler
• Mekanik sarsıntılar
• Isı değişimi
• Yük değişimi

Osilatör firmaları tarafından osilatör tasarımları yapılırken bu faktörlere karşı gereken önlemler alınmalı ve  frekans kayması olabildiğince engellenmelidir.

Osilatörün Tarihçesine Bakıldığında; 

1892’de Elihu Thomson tarafından ilk osilatör ortaya atılmıştır. Thomson, paralel LC devresi kurarak, metal elektrodlar kullanmıştır. 1900’de  William Duddell, Londra Elektrik Mühendisliği Enstitüsü   tarafından desteklenmiş fakat Duddell daha sonra yüksek frekans ile radyoları geliştirme amacıyla osilatörleri kullanma seviyesine ulaşamadan çalışmayı bırakmıştır.

Valdemar Poulsen, 1902 yılında osilatörü Duddell’ın bıraktığı yerden almış, radyo frekansları seviyesinde geliştirmiştir. Böylece 1920’de ilk FM alıcı-verici cihazın temellerini atmıştır. 1920 yılına kadar vakum tüp teknolojisi, pozitif geri besleme, yükselticilerin osilatörlerde kullanılması gibi çok önemli buluşlar ve geliştirmeler yapılmıştır. Amerikalı mucit Lee De Forest  1934’de General Electric firmasının girişimleri ile, radyo teknolojisinin ödülüne layık görülmüştür. 1940 yılında ise osilatörün frekans kapasitesi çok daha ileri seviyeye getirildi. Çeşitli hesaplamalarla daha uygun bir boyuta indirgendi. 1969 yılında ise K. Kurokawa tarafından modern mikrodalga osilatörü dizaynı piyasaya çıktı. Böylece günümüzde kullanılan osilatörlerin temeli atıldı.

Osilatör Arızaları 

Osilatörde arıza giderme işleminde arızalı osilatör çıkış sinyali, hiç olmaması veya hatalı olması şeklinde tanımlanabilir. Yapılacak işlemler şunlardır;

Enerji Kontrolü:

Arızalı bir devre de gereken enerjinin olup olmadığını kontrol edilir. Enerji kablosunun prize takılı ve sigortanın yanmamış olmasına bakılır. Batarya (pil), kullanılan sistemlerde ise bataryanın dolu ve çalışır durumda olduğunun kontrolü yapılır.

Duyussal Kontrol:

Örneğin, yanık bir direnç, kopmuş teller, zayıf lehim bağlantıları, kötü bakır yollar ve atmış sigortalar genelde görülebilir. Elemanların arızalanması sırasında veya hemen sonra devrenin yanında iseniz çıkan dumanı koklayarak kontrol edebilirsiniz.

Eleman Değiştirme (yedek eleman kullanmak): 

Bu yöntem hatalara dayalı tahmin yürütme eğitimine, tecrübesine bağlıdır. Devrenin çalışması hakkındaki bilgiye dayanır. Belli arızaları, kusurlu devrede belli elemanlar gösterir. Bu yöntemi kullanarak şüpheli elemanı değiştirebilir ve devrenin düzgün çalışıp çalışmadığını test edebilirsiniz.

Sinyal İzleme:

Bu arıza giderme yöntemi en fazla kullanılanı ve en etkili olanıdır. Temel olarak yapılacak işlem, osilatör devresinde veya sistemde izlediğimiz sinyalin nerede kaybolduğunu veya yanlış, farklı bir sinyalin ilk görüldüğü yeri tespit etmektir.