İkiz-T Osilatör

İkiz-T Osilatör, tek bir frekansın sinüzoidal çıkış dalga biçimini üretmek için iki paralel bağlı RC ağı kullanan başka bir RC osilatör devresidir.

İkiz-T Osilatörleri, Wein-köprü osilatörüne benzer sabit frekanslı uygulamalarda kullanım için sinüs dalgası çıkışı üreten başka bir RC osilatörü türüdür. İkiz-T osilatörü, bir ters çevirici amplifikatörün çıkışı ve girişi arasındaki geri besleme döngüsünde (dolayısıyla adı) iki “T” şekilli RC ağı kullanır.

Gördüğümüz gibi, osilatörler temel olarak, salınımları sürdürmek için gereken sabit bir voltaj kazancına sahip pozitif geri beslemeli bir yükselticidir aynı şekilde ikiz-T osilatörü bu görevi görmesi için yapılmıştır. Geri besleme, çıkış sinyalinin bir kısmının amplifikatörün giriş terminaline geri beslenmesine izin veren İkiz-T yapılandırılmış RC ağı tarafından sağlanır. Böylece ikiz-T RC ağı 180o faz kayması sağlar ve amplifikatör bir başka 180o faz kayması sağlar. Bu iki koşul, sürekli salınımlara izin veren toplamda 360o faz kayması yaratır.

Geri besleme dirençlerini ve kapasitörleri bir merdiven ağına yapılandıran tipik RC Faz Kaydırmalı Osilatörden veya bir köprü konfigürasyonunda dirençleri ve kapasitörleri kullanan standart Wien-köprü Osilatöründen farklı olarak, ikiz-T osilatörü (bazen paralel olarak bilinir), gösterildiği gibi paralel olarak birbirine bağlı “T” bölümü (R ve C elemanlarının zıt oluşuma sahip olduğu) bir pasif direnç-kapasitans (RC) ağı kullanır.

ikiz-t osilatör
İkiz-T Ağı

Açıkça, RC pasif ağlardan birinin düşük geçiş yanıtına sahipken diğerinin yüksek geçiş yanıtına sahip olduğunu görebiliriz ve bu RC ağ düzenlemesini daha önce Notch Filtresi ile ilgili öğreticimizde görmüştük. Bu seferki fark, istenen boş salınım frekansına eşit bir merkez frekansı ƒc olan bir çentik tipi yanıt üretmek için birleşik paralel RC T-yapılandırılmış ağları kullanmamızdır.

Sonuç olarak, İkiz-T ağı aracılığıyla oluşturulan negatif geri besleme yolu nedeniyle, ayarlanmış çentik frekansının üstündeki veya altındaki frekanslarda salınımlar oluşamaz. Bununla birlikte, ayarlanmış frekansta herhangi bir negatif geri besleme ihmal edilebilir hale gelir, bu nedenle yükseltici cihaz tarafından oluşturulan pozitif geri besleme yolunun tek bir frekansta salınımlar yaratmaya hakim olmasına izin verir (Wien köprü osilatörünün aksine geniş bir frekans aralığında ayarlanabilir).

İkiz-T osilatörünün frekans seçici ikiz-T ağı, çentiğin frekansı, derinliği ve faz kayması kullanılan bileşen değerleri tarafından belirlenen bir çıkış transfer işlevi üretir. Böylece, RC ağını oluşturan bireysel ikiz-T ağları aşağıdaki denklemlerle tanımlanır:

Düşük Geçişli R-C-R ağı için:

ikiz-t osilatör

Yüksek Geçişli C-R-C ağı için:

ikiz-t osilatör

Bu iki denklem grubunu birleştirmek, bize bir ikiz-T ağı için salınımlarla sonuçlanan çentiğin sıfır veya merkez frekansı için son denklemi verecektir.

ikiz-t osilatör

Burada:
ƒC, Hertz cinsinden salınımların frekansıdır.
R, Ohm cinsinden geri besleme direncidir
C, Farad cinsinden geri besleme kapasitansıdır
π (pi) değeri yaklaşık 3.142 olan bir sabittir

-90o ila +90o arasındaki boş frekansta (Wien-köprü osilatörü için sıfır ila 180o‘nun aksine) oluşan gerekli 180o faz kaymasını üreten osilatör için ikiz-T ağını belirledikten sonra, bir voltaj kazancı sağlamak için en iyi şekilde RC geri besleme ağını işlemsel bir amplifikatör ile birleştirerek uygulanır, çünkü yüksek giriş empedans özellikleri nedeniyle op-amp’ler transistörlere kıyasla bu tip osilatörle daha iyi çalışma eğilimindedir.

İkiz-T Amplifikasyon

Standart işlemsel yükselteçler, yüksek voltaj kazancı, yüksek giriş empedansının yanı sıra düşük çıkış empedansı sağlayabilir ve bu nedenle ikiz-T osilatörler için mükemmel yükselticilerdir. Salınım frekansında, ƒc geri besleme kazancı neredeyse sıfıra düşer, bu nedenle voltaj kazancı birden (birlik) çok daha büyük olan bir amplifikatöre ihtiyaç duyarız.

Salınım için gereken pozitif geri besleme, geri besleme direnci R1 tarafından sağlanırken, direnç R2 başlatmayı sağlar. Genel bir kural olarak, devrenin mümkün olduğunca gerekli frekansa yakın salınım yapmasını sağlamak için bu iki direncin oranının yüzden fazla (>100) olması gerekir.

Salınım frekansında gerekli pozitif kazancı elde etmek için, çıkış voltajı sinyalinin küçük bir kısmının, uygun bir voltaj bölücü ağ aracılığıyla doğrudan ters çevirmeyen ( + ) giriş terminaline uygulandığı bir ters çevirmeyen amplifikatör konfigürasyonu kullanabiliriz. İkiz-T osilatör devresi tarafından üretilen negatif geri besleme, ters çeviren ( – ) giriş terminaline bağlanır. Bu kapalı döngü konfigürasyonu, gösterildiği gibi çok iyi kararlılığa, çok yüksek giriş empedansına ve düşük çıkış empedansına sahip, ters çevirmeyen bir osilatör devresi üretir.

ikiz-t osilatör
Twin-T Osilatör Devresi

Daha sonra, ikiz-T osilatörünün ters çevirmeyen girişe pozitif geri beslemesini voltaj bölücü ağ üzerinden ve negatif geri beslemesini de ikiz-T RC ağı üzerinden aldığını görebiliriz. Devrenin gerekli tek frekansta titreşmesini sağlamak için, “T-bacak” direnci R/2, ayarlanabilir bir trimmer potansiyometresi olabilir, ancak devrenin başlangıçta salınım yapması için kapasitör toleranslarını telafi edecek şekilde de ayarlanmalıdır.

İkiz-T Osilatörü Soru Örneği 1

Bir elektronik devrede 1kHz sinüzoidal çıkış sinyali üretmek için bir ikiz-T osilatör devresi gereklidir. Kazanç oranı 200 olan bir işlemsel yükselteç kullanılıyorsa, frekans belirleme bileşenleri R ve C’nin değerlerini ve kazanç dirençlerinin değerlerini hesaplayın.

Salınım frekansı 1kHz olacaktır, eğer iki geri besleme direnci için makul bir değer seçersek, R 10kΩ (bu iki direncin aynı değerlere sahip olması gerektiğini unutmayın) frekans için formülü kullanarak gerekli kapasitör değerini hesaplayabiliriz.

ikiz-t osilatör

Böylece R = 10kΩ ve C = 16nF. Merkez T-bacak kondansatörü 2C = 2 x 16nF = 32nF, bu nedenle en yakın tercih edilen 33nF değeri kullanılır.

Yüksek geçiş kapasitörünün değeri 33nF olduğundan ve bu nedenle tam olarak 2C’ye (2 x 16nF) eşit olmadığından, bu varyasyonu ayarlayabilir ve düşük geçişli kapasitörü ayarlayarak salınımların doğru şekilde başlatılmasını sağlayabiliriz. Böylece R(bacak)’ın tam değeri 10kΩ/2 = 5kΩ olacaktır, ancak bu direncin hesaplanan değeri şu şekilde verilir: R(bacak) = R/(33nF/16nF) = 4.85kΩ. O halde 5kΩ trim-pot kullanımı bu örnekteki gereksinimlerimizi karşılayacaktır.

İşlem yükselticisinin döngü kazancının 200 olması gerekir, bu nedenle R2 için 1kΩ değerini seçersek, gösterildiği gibi R1 direnci 200kΩ olacaktır.

ikiz-t osilatör
Nihai Twin-T Osilatör Devresi

Özetle

Bu derste ikiz-T Osilatör devrelerinin bazı pasif bileşenler ve işlemsel bir amplifikatör kullanılarak kolayca oluşturulabileceğini gördük. ikiz-T osilatör devresi, gerekli sinüzoidal çıkış dalga biçimini üretmek için geri besleme devresi için ayarlanmış bir RC ağı kullanır. Paralel olarak birbirine bağlı iki T-ağı olarak, sıfır frekansta sıfır çıkış, ancak diğer tüm frekanslarda sonlu bir çıkış oluşturarak birbirlerine anti-fazda çalışırlar.

Sonuç olarak devre, ikiz-T RC ağı üzerinden negatif geri besleme nedeniyle ayarlanan frekansın üstündeki veya altındaki frekanslarda salınmayacaktır. Bu nedenle, boş frekansta, op-amp’in ters çevirmeyen girişindeki voltaj, çıkış voltajıyla aynı fazdadır ve istenen frekansta sürekli salınımlara neden olur.

Salınım frekansının mümkün olduğunca boş frekansa yakın olmasını sağlamak için, başlatma için RC ağını ve çıkış dalga formunun saflığını aşağıdakilerden biri olarak dengelemek için alçak geçiş aşamasının T-bacak direncinde bir trim-pot kullanılabilir. “İkiz-T osilatörünün” en büyük dezavantajı, çıkış dalga formunun salınım frekansı ve kalitesinin, ikiz-T ağındaki dirençler ve kapasitörlerin etkileşimine büyük ölçüde bağlı olmasıdır, bu durumda bu bileşenlerin değerleri ve seçimi doğru yapılmalıdır.