आरसी ऑसिलेटर

रैखिक सर्किट इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला विद्युत परिपथ, जो एक sinusoidal आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करता है, एक एम्पलीफायर और आवृत्ति चयनात्मक तत्व, एक इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर से बना होता है। एक रैखिक थरथरानवाला सर्किट जो आरसी नेटवर्क का उपयोग करता है, प्रतिरोधों और  संधारित्र  का एक संयोजन, इसकी आवृत्ति चयनात्मक भाग के लिए आरसी थरथरानवाला कहा जाता है।

विवरण
आरसी ऑसिलेटर एक प्रकार का फीडबैक ऑसिलेटर है; उनमें एक प्रवर्धक उपकरण, एक ट्रांजिस्टर, वेक्यूम - ट्यूब, या ऑप-एम्प होता है, जिसकी कुछ आउटपुट ऊर्जा प्रतिरोधों और कैपेसिटर के एक नेटवर्क के माध्यम से इसके इनपुट में वापस आ जाती है, एक आरसी नेटवर्क, सकारात्मक [[प्रतिक्रिया]] प्राप्त करने के लिए, जिससे यह उत्पन्न होता है एक दोलन साइनसोइडल वोल्टेज।   वे ऑडियो  संकेतक उत्पादक  और इलेक्ट्रॉनिक संगीत वाद्ययंत्र जैसे अनुप्रयोगों में कम आवृत्ति, ज्यादातर ऑडियो आवृत्ति का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।   आकाशवाणी आवृति  पर, एक अन्य प्रकार का फीडबैक ऑसिलेटर, LC ऑसिलेटर का उपयोग किया जाता है, लेकिन 100 kHz से कम फ़्रीक्वेंसी पर LC ऑसिलेटर के लिए आवश्यक  प्रारंभ करनेवाला ्स और कैपेसिटर का आकार बोझिल हो जाता है, और इसके बजाय RC ऑसिलेटर का उपयोग किया जाता है। उनके भारी प्रेरकों की कमी भी उन्हें माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एकीकृत करना आसान बनाती है। चूंकि थरथरानवाला की आवृत्ति प्रतिरोधों और कैपेसिटर के मूल्य से निर्धारित होती है, जो तापमान के साथ बदलती रहती है, आरसी ऑसिलेटर्स में क्रिस्टल थरथरानवाला की तरह अच्छी आवृत्ति स्थिरता नहीं होती है।

दोलन की आवृत्ति बार्कहाउज़ेन स्थिरता कसौटी द्वारा निर्धारित की जाती है, जो कहती है कि सर्किट केवल आवृत्तियों पर दोलन करेगा जिसके लिए फीडबैक पाश लाभ चारों ओर चरण बदलाव 360 डिग्री (2π रेडियंस) या 360 डिग्री के गुणक के बराबर है, और लूप लाभ ( प्रतिक्रिया पाश के चारों ओर प्रवर्धन) एक के बराबर है।  फीडबैक आरसी नेटवर्क का उद्देश्य वांछित दोलन आवृत्ति पर सही फेज शिफ्ट प्रदान करना है, इसलिए लूप में 360 डिग्री फेज शिफ्ट है, इसलिए  साइन लहर, लूप से गुजरने के बाद शुरुआत में साइन वेव के साथ फेज में होगी और इसे सुदृढ़ करें, जिसके परिणामस्वरूप सकारात्मक प्रतिक्रिया मिलती है।  एम्पलीफायर लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) प्रदान करता है ताकि खोई हुई ऊर्जा की भरपाई हो सके क्योंकि सिग्नल फीडबैक नेटवर्क से गुजरता है, निरंतर दोलन बनाने के लिए। जब तक एम्पलीफायर का लाभ इतना अधिक है कि लूप के चारों ओर कुल लाभ एकता या अधिक है, तब तक सर्किट आम ​​तौर पर दोलन करेगा।

आरसी ऑसिलेटर सर्किट में जो एकल इन्वर्टिंग एम्पलीफाइंग डिवाइस का उपयोग करते हैं, जैसे कि एक ट्रांजिस्टर, ट्यूब, या एक ऑप एम्प जो इनवर्टिंग इनपुट पर लागू फीडबैक के साथ होता है, एम्पलीफायर फेज शिफ्ट का 180° प्रदान करता है, इसलिए आरसी नेटवर्क को अन्य प्रदान करना चाहिए। 180 डिग्री। चूंकि प्रत्येक कैपेसिटर अधिकतम 90 डिग्री फेज शिफ्ट प्रदान कर सकता है, आरसी ऑसिलेटर्स को सर्किट में कम से कम दो आवृत्ति-निर्धारण कैपेसिटर (दो पोल (जटिल विश्लेषण) एस) की आवश्यकता होती है, और अधिकांश में तीन या अधिक होते हैं, प्रतिरोधकों की तुलनीय संख्या के साथ।

यह एलसी ऑसिलेटर जैसे अन्य प्रकारों की तुलना में सर्किट को अलग-अलग आवृत्तियों पर ट्यूनिंग करना अधिक कठिन बनाता है, जिसमें आवृत्ति एकल एलसी सर्किट द्वारा निर्धारित की जाती है, इसलिए केवल एक तत्व को विविध होना चाहिए। हालांकि आवृत्ति को एक सर्किट तत्व को समायोजित करके एक छोटी सी सीमा में भिन्न किया जा सकता है, एक आरसी ऑसिलेटर को एक विस्तृत श्रृंखला में ट्यून करने के लिए दो या दो से अधिक प्रतिरोधों या कैपेसिटर को एकसमान रूप से भिन्न होना चाहिए, जिससे उन्हें एक ही शाफ्ट पर यांत्रिक रूप से एक साथ गैंग करने की आवश्यकता होती है। दोलन आवृत्ति समाई या प्रतिरोध के व्युत्क्रम के समानुपाती होती है, जबकि एक LC दोलक में आवृत्ति समाई या अधिष्ठापन के व्युत्क्रम वर्गमूल के समानुपाती होती है। तो एक आरसी ऑसीलेटर में दिए गए चर कैपेसिटर द्वारा एक बहुत व्यापक आवृत्ति रेंज को कवर किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक वेरिएबल कैपेसिटर जो 9:1 कैपेसिटेंस रेंज में भिन्न हो सकता है, एक RC ऑसिलेटर को 9:1 फ़्रीक्वेंसी रेंज देगा, लेकिन एक LC ऑसिलेटर में यह केवल 3:1 रेंज देगा।

सामान्य आरसी ऑसिलेटर सर्किट के कुछ उदाहरण नीचे सूचीबद्ध हैं:



फेज-शिफ्ट ऑसिलेटर
फेज-शिफ्ट ऑसिलेटर में फीडबैक नेटवर्क तीन समान कैस्केड आरसी सेक्शन हैं। सबसे सरल डिजाइन में प्रत्येक खंड में कैपेसिटर और प्रतिरोधों का समान मूल्य होता है $$\scriptstyle R\;=\;R1\;=\;R2\;=\;R3$$ और $$\scriptstyle C\;=\;C1\;=\;C2\;=\;C3$$. फिर दोलन आवृत्ति पर प्रत्येक आरसी अनुभाग कुल 180 डिग्री के लिए 60 डिग्री चरण बदलाव में योगदान देता है। दोलन आवृत्ति है
 * $$f = \frac{1}{2\pi RC\sqrt{6}}$$

फीडबैक नेटवर्क में 1/29 का क्षीणन होता है, इसलिए सर्किट को दोलन करने के लिए लूप गेन देने के लिए ऑप-एम्प में 29 का लाभ होना चाहिए।
 * $$R_\mathrm{fb} = 29\cdot R$$



ट्विन-टी ऑसिलेटर
एक अन्य सामान्य डिजाइन ट्विन-टी ऑसिलेटर है क्योंकि यह समानांतर में संचालित दो टी आरसी सर्किट का उपयोग करता है। एक सर्किट एक आर-सी-आर टी है जो निम्न-पास फिल्टर के रूप में कार्य करता है। दूसरा सर्किट C-R-C T है जो लो पास फिल्टर के रूप में काम करता है। साथ में, ये सर्किट एक पुल बनाते हैं जिसे दोलन की वांछित आवृत्ति पर ट्यून किया जाता है। ट्विन-टी फिल्टर की सी-आर-सी शाखा में संकेत उन्नत है, आर-सी-आर में - विलंबित है, इसलिए वे आवृत्ति के लिए एक दूसरे को रद्द कर सकते हैं $$f=\frac{1}{2\pi RC}$$ अगर $$x=2$$; यदि यह एक एम्पलीफायर के लिए एक नकारात्मक प्रतिक्रिया के रूप में जुड़ा हुआ है, और x>2, एम्पलीफायर एक ऑसिलेटर बन जाता है। (टिप्पणी: $$x = C2/C1 = R1/R2$$.)

चतुर्भुज दोलक
क्वाडरेचर ऑसिलेटर फीडबैक लूप में दो कैस्केड ऑप-एम्प इंटीग्रेटर्स का उपयोग करता है, एक इनवर्टिंग इनपुट या दो इंटीग्रेटर्स और एक इनवर्टर पर लागू सिग्नल के साथ। इस सर्किट का लाभ यह है कि दो ऑप-एम्प्स के साइनसोइडल आउटपुट 90 डिग्री चरण से बाहर (चतुर्भुज में) हैं। यह कुछ संचार सर्किटों में उपयोगी है।

साइन और कोसाइन आउटपुट को स्क्वायर करके, उन्हें एक साथ जोड़कर, (पाइथागोरियन त्रिकोणमितीय पहचान) एक स्थिर घटाकर, और इन्वर्टर के चारों ओर लूप गेन को समायोजित करने वाले गुणक के अंतर को लागू करके क्वाडरेचर ऑसिलेटर को स्थिर करना संभव है। इस तरह के सर्किट में निरंतर इनपुट और बेहद कम विरूपण के निकट-तात्कालिक आयाम प्रतिक्रिया होती है।

कम विरूपण ऑसिलेटर्स
ऊपर वर्णित बार्कहाउज़ेन मानदंड दोलन के आयाम को निर्धारित नहीं करता है। आयाम के संबंध में केवल रैखिक सर्किट घटकों वाला एक थरथरानवाला सर्किट अस्थिर है। जब तक लूप गेन ठीक एक है, साइन वेव का आयाम स्थिर रहेगा, लेकिन घटकों के मूल्य में बहाव के कारण गेन में थोड़ी सी भी वृद्धि के कारण आयाम बिना सीमा के तेजी से बढ़ेगा। इसी तरह, थोड़ी सी भी कमी के कारण साइन लहर तेजी से शून्य हो जाएगी। इसलिए, सभी व्यावहारिक ऑसिलेटर्स के पास फीडबैक लूप में एक नॉनलाइनियर घटक होना चाहिए, लाभ को कम करने के लिए जैसे-जैसे आयाम बढ़ता है, आयाम पर स्थिर संचालन के लिए अग्रणी होता है जहां लूप लाभ एकता है।

अधिकांश सामान्य ऑसिलेटरों में, अरैखिकता प्रवर्धक की संतृप्ति (क्लिपिंग) मात्र है, क्योंकि ज्या तरंग का आयाम विद्युत आपूर्ति रेलों तक पहुंचता है। थरथरानवाला को एक से अधिक छोटे-सिग्नल लूप लाभ के लिए डिज़ाइन किया गया है। उच्च लाभ एक थरथरानवाला को कभी-कभी मौजूद शोर को घातीय रूप से बढ़ाकर शुरू करने की अनुमति देता है। ज्यों-ज्यों साइन वेव की चोटियाँ सप्लाई रेल्स के पास पहुँचती हैं, एम्पलीफायर डिवाइस की संतृप्ति चोटियों को चपटा (क्लिप) कर देती है, जिससे लाभ कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, छोटे संकेतों के लिए थरथरानवाला का लूप लाभ 3 हो सकता है, लेकिन जब आउटपुट बिजली आपूर्ति रेल में से एक तक पहुंच जाता है तो लूप लाभ तुरंत शून्य हो जाता है। शुद्ध प्रभाव यह है कि एक चक्र पर औसत लाभ एक होने पर दोलक का आयाम स्थिर हो जाएगा। यदि औसत लूप लाभ एक से अधिक है, तो आउटपुट आयाम तब तक बढ़ता है जब तक कि गैर-रैखिकता औसत लाभ को एक तक कम नहीं कर देती; यदि औसत लूप लाभ एक से कम है, तो औसत लाभ एक होने तक आउटपुट आयाम घट जाता है। बिजली आपूर्ति रेल में चलने की तुलना में लाभ को कम करने वाली गैर-रैखिकता भी अधिक सूक्ष्म हो सकती है। इस लाभ औसत का परिणाम आउटपुट सिग्नल में कुछ हार्मोनिक विरूपण है। यदि छोटा-संकेत लाभ एक से थोड़ा अधिक है, तो केवल थोड़ी मात्रा में संपीड़न की आवश्यकता होती है, इसलिए बहुत अधिक हार्मोनिक विरूपण नहीं होगा। यदि छोटा-संकेत लाभ एक से अधिक है, तो महत्वपूर्ण विकृति मौजूद होगी। हालांकि मज़बूती से शुरू करने के लिए थरथरानवाला को एक से ऊपर काफी लाभ होना चाहिए।

तो ऐसे ऑसिलेटर्स में जो बहुत कम-विरूपण साइन लहर उत्पन्न करते हैं, एक प्रणाली जो पूरे चक्र के दौरान लाभ को लगभग स्थिर रखती है, का उपयोग किया जाता है। एक सामान्य डिजाइन फीडबैक सर्किट में गरमागरम दीपक या thermistor  का उपयोग करता है।  ये दोलक टंगस्टन के विद्युत प्रतिरोध का शोषण करते हैं दीपक का विद्युत फिलामेंट उसके तापमान के अनुपात में बढ़ता है (एक थर्मिस्टर इसी तरह काम करता है)। दीपक दोनों आउटपुट आयाम को मापता है और एक ही समय में थरथरानवाला लाभ को नियंत्रित करता है। थरथरानवाला का संकेत स्तर फिलामेंट को गर्म करता है। यदि स्तर बहुत अधिक है, तो फिलामेंट का तापमान धीरे-धीरे बढ़ता है, प्रतिरोध बढ़ता है, और लूप गेन गिर जाता है (इस प्रकार ऑसिलेटर का आउटपुट स्तर कम हो जाता है)। यदि स्तर बहुत कम है, तो लैम्प ठंडा हो जाता है और लाभ बढ़ाता है। 1939 HP200A ऑसिलेटर इस तकनीक का उपयोग करता है। आधुनिक विविधताएं स्पष्ट स्तर के डिटेक्टरों और लाभ-नियंत्रित एम्पलीफायरों का उपयोग कर सकती हैं।



वीन ब्रिज ऑसिलेटर
सबसे आम गेन-स्टेबलाइज्ड सर्किट में से एक वीन ब्रिज ऑसिलेटर है। इस सर्किट में, दो आरसी सर्किट का उपयोग किया जाता है, एक आरसी घटकों के साथ श्रृंखला में और एक समानांतर में आरसी घटकों के साथ। वीन ब्रिज का उपयोग अक्सर ऑडियो सिग्नल जनरेटर में किया जाता है क्योंकि इसे आसानी से दो-खंड चर संधारित्र या दो खंड चर पोटेंशियोमीटर (जो कम आवृत्तियों पर पीढ़ी के लिए उपयुक्त चर संधारित्र की तुलना में अधिक आसानी से प्राप्त किया जाता है) का उपयोग करके ट्यून किया जा सकता है। आदर्शवादी HP200A ऑडियो थरथरानवाला एक वीन ब्रिज थरथरानवाला है।