Ein Entspannungsoszillator ist ein Oszillator, der auf dem Verhalten einer Rückkehr eines physischen Systems zum Gleichgewicht gestützt ist gestört. D. h. ein dynamisches System innerhalb des Oszillators zerstreut unaufhörlich seine innere Energie. Normalerweise würde das System zu seinem natürlichen Gleichgewicht zurückkehren; jedoch, jedes Mal, wenn das System eine Schwelle genug in der Nähe von seinem Gleichgewicht erreicht, stört ein Mechanismus es mit der zusätzlichen Energie. Folglich wird das Verhalten des Oszillators durch lange Zeiträume der von kurzen Impulsen gefolgten Verschwendung charakterisiert. Die Periode der Schwingungen wird gesetzt, als sie für das System nimmt, um sich von jedem gestörten Staat bis die Schwelle zu entspannen, die die folgende Störung auslöst.

Durchführung

Viele elektronische Entspannungsoszillatoren versorgen Energie in einem Kondensator und zerstreuen dann diese Energie wiederholt, um die Schwingungen aufzustellen. Zum Beispiel kann der Kondensator zu einer positiven Macht-Versorgung beladen werden, bis er eine Schwellenstromspannung genug in der Nähe von der Versorgung erreicht. In diesem Moment kann der Kondensator (z.B, shorted) schnell entladen werden. Wechselweise, wenn der Kondensator jede Schwelle erreicht, kann die stürmende Quelle von der positiven Macht-Versorgung bis die negative Macht-Versorgung oder umgekehrt geschaltet werden. In allen diesen kondensatorbasierten Entspannungsoszillatoren wird die Periode der Schwingungen durch die Verschwendungsrate (N) des Kondensators gesetzt. Durchführungen dieser zwei Typen von Entspannungsoszillatoren werden hier gezeigt, aber Entspannungsoszillatoren brauchen im Allgemeinen nicht elektronisch zu sein. Jeder Oszillator, dessen Schwingungen durch ein System gesteuert werden, das fast immer Energie zerstreut, kann einen Entspannungsoszillator genannt werden.

Pearson-Anson elektronischer Entspannungsoszillator

Dieses Beispiel kann mit einem kapazitiven oder widerspenstig-kapazitiven Integrierungsstromkreis gesteuert beziehungsweise durch einen unveränderlichen Strom oder Stromspannungsquelle und ein Schwellengerät mit der magnetischen Trägheit (Neonlicht, thyratron, diac oder unijunction Transistor) verbunden in der Parallele zum Kondensator durchgeführt werden. Der Kondensator wird von der Eingangsquelle beladen, die die Stromspannung über den Kondensator verursacht sich zu erheben. Das Schwellengerät führt überhaupt nicht, bis die Kondensatorstromspannung seine Schwelle (Abzug) Stromspannung erreicht. Es vergrößert dann schwer seine Leitfähigkeit auf eine einer Lawine ähnliche Weise wegen des innewohnenden positiven Feed-Backs, das schnell den Kondensator entlädt. Wenn die Stromspannung über den Kondensator auf eine niedrigere Schwellenstromspannung fällt, hört das Gerät auf zu führen, und der Kondensator beginnt, wieder, und die Zyklus-Wiederholungen ad infinitum zu stürmen.

Wenn das Schwellenelement ein Neonlicht ist, versorgt der Stromkreis auch einen Blitz des Lichtes mit jeder Entladung des Kondensators. Dieses Lampe-Beispiel wird unten im typischen Stromkreis gezeichnet, der verwendet ist, um die Wirkung von Pearson-Anson zu beschreiben. Die sich entladende Dauer kann durch das Anschließen eines zusätzlichen Widerstands der Reihe nach mit dem Schwellenelement erweitert werden. Die zwei Widerstände bilden einen Spannungsteiler; so muss der zusätzliche Widerstand niedrig genug Widerstand haben, um die niedrige Schwelle zu erreichen.

Alternative Durchführung mit 555 Zeitmesser

Ein ähnlicher Entspannungsoszillator kann mit einem 555 Zeitmesser IC gebaut werden (in der astabilen Weise handelnd), der den Platz der Neonzwiebel oben nimmt. D. h. wenn der Kondensator einen bestimmten Wert, comparators innerhalb der 555 Zeitmesser-Ursache die Klinke erreicht, um einen Transistor-Schalter zu aktivieren, der den Kondensator durch einen Widerstand entlädt, um sich zu gründen. Im Moment die Kondensatorfälle zu einem genug niedrigen Wert schaltet der Schalter aus, um die Kondensatoranklage wieder zu lassen.

Mit Sitz in Comparator elektronischer Entspannungsoszillator

Wechselweise, wenn der Kondensator jede Schwelle erreicht, kann die stürmende Quelle von der positiven Macht-Versorgung bis die negative Macht-Versorgung oder umgekehrt geschaltet werden. Dieser Fall wird in der mit Sitz in comparator Durchführung hier gezeigt.

Dieser Entspannungsoszillator ist ein hysteretic Oszillator, genannt diesen Weg wegen der magnetischen Trägheit, die durch die positive Feed-Back-Schleife geschaffen ist, die mit dem comparator durchgeführt ist (ähnlich, aber verschieden von, ein Op-Ampere). Ein Stromkreis, der diese Form der Hysteretic-Schaltung durchführt, ist als ein Abzug von Schmitt bekannt. Allein ist der Abzug ein bistable Mehrvibrator. Jedoch veranlasst das langsame negative Feed-Back, das zum Abzug durch den RC-Stromkreis hinzugefügt ist, den Stromkreis, automatisch zu schwingen. D. h. die Hinzufügung des RC-Stromkreises dreht den hysteretic bistable Mehrvibrator in einen astabilen Mehrvibrator.

Gesamtkonzept

Das System ist im nicht stabilen Gleichgewicht, wenn sowohl die Eingänge als auch Produktionen des comparator an Nullvolt sind. Der Moment, den jede Sorte des Geräusches, es sein, der thermisches oder elektromagnetisches Geräusch die Produktion des comparator über der Null bringt (ist der Fall der comparator Produktion, die unter Null geht, auch, und ein ähnliches Argument dafür möglich, was folgt, anwendet), das positive Feed-Back im comparator laufen auf die Produktion des comparator hinaus, der an der positiven Schiene sättigt.

Mit anderen Worten, weil die Produktion des comparator jetzt positiv ist, ist der Nichtumkehren-Eingang zum comparator auch positiv, und setzt fort zuzunehmen, als die Produktion wegen des Spannungsteilers zunimmt. Nach einer kurzen Zeit ist die Produktion des comparator die positive Stromspannungsschiene.

Der Umkehren-Eingang und die Produktion des comparator werden durch einen Reihe-RC-Stromkreis verbunden. Wegen dessen nähert sich der Umkehren-Eingang des comparator asymptotisch der comparator Produktionsstromspannung mit einer Zeit unveränderliche FERNSTEUERUNG. Am Punkt, wo die Stromspannung am Umkehren-Eingang größer ist als der Nichtumkehren-Eingang, die Produktion der Comparator-Fälle schnell wegen des positiven Feed-Backs.

Das ist, weil der Nichtumkehren-Eingang weniger ist als der Umkehren-Eingang, und als die Produktion fortsetzt abzunehmen, wird der Unterschied zwischen den Eingängen immer negativer. Wieder hat das Umkehren eingegeben nähert sich der Produktionsstromspannung des comparator asymptotisch, und der Zyklus wiederholt sich, sobald der Nichtumkehren-Eingang größer ist als der Umkehren-Eingang, folglich schwingt das System.

Beispiel: Differenzialgleichungsanalyse des mit Sitz in comparator Entspannungsoszillators

wird durch über einen widerspenstigen Spannungsteiler gesetzt:

:

wird mit dem Gesetz des Ohms und der Kondensatordifferenzialgleichung erhalten:

:

Das Umordnen der Differenzialgleichung in die Standardform läuft auf den folgenden hinaus:

:

Benachrichtigung dort ist zwei Lösungen der Differenzialgleichung, die gesteuerte oder besondere Lösung und die homogene Lösung. Für die gesteuerte Lösung lösend, bemerken Sie, dass für diese besondere Form die Lösung eine Konstante ist. Mit anderen Worten, wo A eine Konstante ist und.

::

Das Verwenden von Laplace verwandelt sich, um die homogene Gleichung zu lösen, läuft auf hinaus

:

ist die Summe der besonderen und homogenen Lösung.

::

Das Lösen für B verlangt Einschätzung der anfänglichen Bedingungen. In der Zeit 0, und. In unsere vorherige Gleichung, vertretend

::

Frequenz der Schwingung

Wollen zuerst wir das für die Bequemlichkeit der Berechnung annehmen. Das Ignorieren der anfänglichen Anklage des Kondensators, der für Berechnungen der Frequenz irrelevant ist, bemerkt dass Anklagen und Entladungen, die zwischen schwingen und. Für den Stromkreis oben, V muss weniger als 0 sein. Die Hälfte der Periode (T) ist dasselbe als Zeit, die von V umschaltet. Das kommt wenn V Anklagen von dazu vor.

::::::

Wenn V nicht das Gegenteil V ist, müssen wir uns über die asymmetrische Anklage sorgen und Zeiten entladen. Das in Betracht zu ziehen, enden wir mit einer Formel der Form:

:

Der zum obengenannten abnimmt, laufen auf den Fall das hinaus.

Praktische Beispiele des Gebrauches des Entspannungsoszillators

Dieser Typ des Stromkreises wurde als die Zeitbasis in frühen Oszilloskopen und Fernsehempfängern verwendet. Varianten dieses Stromkreises finden Gebrauch in Stroboskopen verwendet in Maschinenhallen und Nachtklubs. Elektronische Kamerablitze sind eine monostabile Version dieses Stromkreises, einen Zyklus des Sägezahns, der steigende Rand erzeugend, weil der Blitz-Kondensator beladen wird und der schnelle fallende Rand, weil der Kondensator entladen wird und der Blitz nach dem Empfang des Zündungssignals vom Verschluss-Knopf erzeugt wird.

Verwenden Sie, weil ein timebase in Oszilloskopen unterbrochen wurde, als der viel mehr geradlinige Müller-Integrator timebase Stromkreis mit "harten" Klappen, (Vakuumtuben) als eine unveränderliche aktuelle Quelle, entwickelt wurde.

Siehe auch

• Mehrvibrator
• FitzHugh-Nagumo Modell - Ein hysteretic Modell, zum Beispiel, ein Neuron.
• Abzug von Schmitt - Der Stromkreis, auf dem der mit Sitz in comparator Entspannungsoszillator basiert.
• Robert Kearns - der Verwendete Entspannungsoszillator im periodisch auftretenden Scheibenwischer patentiert Streit.
• stabiler Grenze-Zyklus - ein abstrakteres Konzept; ein Entspannungsoszillator hat einen stabilen Grenze-Zyklus

Zeichen