Kare Dalga Osilatör Devresinin Analizi Ve Tasarımı

Yazımızın 1. bölümünde osilasyon nedir, osilatör nedir, osilatör çalışma mantığı nasıldır, osilatörün kullanım alanları nerelerdir gibi sorulara cevap verdik ve osilatörün kısaca bir tarihçesinden bahsettik. Bu bölümde ise çeşitli osilatör tiplerini inceleyeceğiz. 

Genel olarak osilatörler, sinüsoidal olan (harmonik) ve sinüsoidal olmayan (gevşemeli) olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. Kare, üçgen dalga üreten osilatörler sinüsoidal olmayan sınıfına girerken, kare dalga üreten osilatöre aynı zamanda "multivibratör" adı verilir.
 

 

► İlginizi Çekebilir:Sinyal İşleme Nedir? 

Bunların dışında özel osilatörler de vardır. Armstrong, Colpits, Hartley gibi osilatörlerin yanı sıra köprü osilatör, kristal osilatör gibi çeşitler de mevcuttur. Tüm bu osilatör çeşitlerini tercih ederken ise devreye uyum faktörü göz önünde bulundurulmalıdır.

Yüksek frekanslı devrelerde kristal ösilatör tercih edilirken, daha basit devrelerde RC veya LC osilatör tercih ediliyor. Tüm bu parametreler devre maliyetini de etkiliyor. 

 

Osilatörler, bilindiği gibi kondansatör ve bobinden oluşurlar. Rezonans devresini düşünürsek, devredeki direnç sinüs dalgasını zaman geçtikçe sönümleyecektir. Ancak osilatörlerde bu durumun önüne geri besleme ile rahatlıkla geçilebiliyor. Sinüs dalga üreten osilatör, en basit osilatör çeşididir ve harmonik osilatörlerin temelini oluşturur. 
 

Şekil 1: Sinüs Dalga Üreten Osilatör Devresi

Şekil 1'de görülen osilatör devresi RC faz kaymalı osilatör olarak da bilinir ve çıkışındaki sinüs dalgası ise 1 kHz'lik bir frekansa sahiptir. Devrede, transistörün kollektör bacağındaki sinyal fazı, RC hücreleri ile kaydırılıyor.

Bu işlemin sonucu olarak da osilatörde geri besleme ile çıkıştan girişe gönderilen sinyaller ile çıkış sinyalinin sürekliliğini sağlanıyor. P1 potansiyometresi ile çıkış frekansı ayarlanırken P2 potansiyometresi ile de çıkış sinyalinin genliği ayarlanabilir. 

 

Kare dalga, sinüs dalgadan sonra belki de karşımıza en çok çıkan sinyal çeşididir. Dijital devrelerde, sayaçlarda, saat devrelerinde kullanılan kare dalga, elektronik dünyası için büyük önem teşkil etmektedir.

Şekil 2'de görülen osilatör devresinde P1 potansiyometresi ile çıkış sinyalinin frekansı ayarlanabilir. Kare dalga osilatör devreleri çok çeşitlilik göstermektedir. Lojik devreleri kullanarak kare dalga üreten osilatör devreleri de mevcuttur. "Multivibratör" olarak da bilinen osilatör çeşididir.

Şekil 2: Kare Dalga Üreten Osilatör Devresi

Sinüs dalga ve kare dalgadan sonra ise kullanım oranına bakılırsa üçüncü sırada üçgen dalga geliyor.  Periyodiktir ve kare dalgada olduğu gibi tek harmoniklere sahiptir. Ancak üçgen dalganın artan dereceli harmoniklerinde düşüş, kare dalgaya göre daha hızlıdır.
 

Devrede, U1 ile gösterilen 1. op-amptetikleyici olarak görev alırken, U2 ile gösterilen 2. op-amp ise integral alıcı olarak çalışmaktadır. U1 çıkışından kare dalga edilir ve bu kare dalganın U2'de integrali alınınca çıkışta üçgen dalga elde edilir. P1 potansiyometresi ile çıkış frekansı ayarlanabilir.

 

Değişik sinyal çeşitleri üretmek amacıyla üretilen bu özel osilatörler ise bünyesinde 4 adet op-amp barındırırlar. U1 ile gösterilen 1. op-amp multivibratör göreviyle kare dalga üretir. U2 ile gösterilen op-amp ise kazancı 10 olan bir integral alıcıdır ve kare dalgadan üçgen dalga çıkışı elde eder.

U3 ile gösterilen op-amp ise kazancı 1 olan integral alıcıdır ancak çıkışındaki sinyal tam sinüs formunda değildir. Tam sinüs çıkışı elde etmek için de U4 ile gösterilen faz çevirici op-amp kullanılır. 
 

Şekil 4: Sinüs - Kare - Üçgen Dalga Üreten Osilatör Devresi

 

Üst kısımda incelediğimiz kare ve üçgen dalga üreten osilatörleri de kapsayan ve sinüsoidal olmayan işaretleri elde etmek için kullanılan osilatör çeşididir. Bu tip osilatörler, bir kapasitörü periyodik olarak deşarj eden transistör gibi doğrusal olmayan bir eleman kullanır. Mikroişlemci ve benzeri lojik sistemlerde saat sinyali üretmede kullanılmaları en büyük örnektir. 

Yazımızın 3. ve son bölümünde ise kristal osilatörü, özel osilatör çeşitlerini ve harmonik osilatörlerini inceleyeceğiz.