Types of transistor oscillators forex

Osciladores de transistores Os fundamentos dos osciladores de transistor Um oscilador deve ter os seguintes três elementos: Circuito oscilatório ou elemento. Amplificador. Rede de feedback. O circuito ou elemento oscilatório, também chamado de circuito de tanque, consiste de uma bobina indutiva de indutância L conectada em paralelo com um capacitor de capacitância C. A freqüência de oscilação no circuito depende dos valores de L e C. A freqüência real de oscilação é a freqüência ressonante ou natural e é dada pela expressão f 1 / 2LC Hz. onde L é a indutância da bobina em henrys e C é a capacitância do capacitor em farads. O amplificador eletrônico recebe energia DC da bateria ou da fonte de energia dc e o converte em energia CA para o fornecimento ao circuito do tanque. As oscilações que ocorrem no circuito do tanque são aplicadas à entrada do amplificador eletrônico. Devido às propriedades amplificadoras do amplificador, obtemos um aumento na saída dessas oscilações. Esta saída amplificada de oscilações é devido à energia DC fornecida pela fonte externa (uma bateria ou fonte de alimentação). A saída do amplificador pode ser fornecida ao circuito do tanque para atender as perdas. A rede de feedback fornece uma parte da energia de saída para o tanque ou circuito oscilatório na fase correta para auxiliar as oscilações. Em outras palavras, o circuito de feedback fornece feedback positivo. Tipos de osciladores de transistor: Um transistor pode ser operado como um oscilador para produzir oscilações contínuas não amortecidas de qualquer freqüência desejada se os circuitos de tanque (ou oscilatório) e de realimentação estiverem conectados a ele. Todos os osciladores sob nomes diferentes têm função semelhante, isto é, geram uma saída contínua não amortecida. No entanto, eles diferem nos métodos de fornecimento de energia para o tanque ou circuito oscilatório para atender as perdas e as faixas de freqüência em que eles são usados. (O espectro de freqüência sobre o qual os osciladores são empregados para produzir sinais senoidais é extremamente amplo (de menos de 1 Hz a muitos GHz)). No entanto, nenhum design de oscilador único é prático para gerar sinais em toda essa faixa. Em vez disso, são utilizados vários modelos, cada um dos quais gera saídas sinusoidais com maior vantagem em várias partes do espectro de frequências. Os osciladores, que utilizam circuitos de indutância-capacitância (L-C) como o seu tanque ou circuitos oscilatórios, são muito populares para gerar saídas de alta frequência (por exemplo, de 10 kHz a 100 MHz). Os osciladores LC mais utilizados são os osciladores Hartley e Colpitt8217s. Embora eles diferem um pouco um do outro em seus circuitos eletrônicos, eles têm faixas de frequência virtualmente idênticas e características de estabilidade de freqüência. No entanto, esses osciladores não são adequados para gerar saídas sinusoidais de baixa frequência. Isto é devido ao fato de que alguns componentes necessários na construção de circuitos ressonantes LC de baixa frequência são muito volumosos e pesados. Assim, os osciladores de resistor-capacitor (R-C) são geralmente empregados para gerar sinais senoidais de baixa frequência (de 1 Hz a 1 MHz). Os dois osciladores R-C mais comuns são os tipos de deslocamento de fase da ponte de Wien. Outros osciladores menos utilizados são os osciladores de cristal e os osciladores de resistência negativos. As faixas de freqüência de operação dos vários tipos de osciladores mais comumente usados ​​são as seguintes: Tipo Aproximado do Oscilador Faixas de Freqüência Oscilador de Ponte WienCircuitos do Destruidor Não apenas sente-se lá Construa algo Aprender a analisar matematicamente os circuitos requer muito estudo e prática. Normalmente, os alunos praticam trabalhando com muitos problemas de amostra e verificando suas respostas em relação às fornecidas pelo livro didático ou pelo instrutor. Enquanto isso é bom, há uma maneira muito melhor. Você aprenderá muito mais construindo e analisando circuitos reais. deixar o seu equipamento de teste fornecer as 8220answers em vez de um livro ou outra pessoa. Para exercícios de construção de circuito bem-sucedidos, siga estas etapas: Meça e registre com cuidado todos os valores dos componentes antes da construção do circuito, escolhendo valores de resistor altos o suficiente para tornar improvável o dano a qualquer componente ativo. Desenhe o diagrama esquemático para o circuito a ser analisado. Construa cuidadosamente este circuito em uma placa de montagem ou outro meio conveniente. Verifique a precisão da construção dos circuitos, seguindo cada fio para cada ponto de conexão e verificando esses elementos um a um no diagrama. Analise matematicamente o circuito, resolvendo todos os valores de tensão e corrente. Meça cuidadosamente todas as voltagens e correntes para verificar a precisão de sua análise. Se houver erros substanciais (maiores que alguns por cento), verifique cuidadosamente a construção de seus circuitos em relação ao diagrama, depois recalibre cuidadosamente os valores e meça novamente. Quando os alunos estão aprendendo sobre dispositivos semicondutores, e são mais propensos a danificá-los, fazendo conexões impróprias em seus circuitos, eu recomendo que eles experimentem componentes grandes e de alta voltagem (1N4001 diodos retificadores, TO-220 ou TO-3). , etc.) e usando fontes de energia de bateria de célula seca em vez de uma fonte de alimentação de bancada. Isso diminui a probabilidade de danos aos componentes. Como de costume, evite valores de resistor muito altos e muito baixos, para evitar erros de medição causados ​​pelo carregamento do medidor (na extremidade alta) e para evitar a queima do transistor (na extremidade inferior). Eu recomendo resistores entre 1k e 100k. Uma maneira de economizar tempo e reduzir a possibilidade de erro é começar com um circuito muito simples e adicionar incrementalmente componentes para aumentar sua complexidade após cada análise, em vez de construir um circuito totalmente novo para cada problema de prática. Outra técnica que economiza tempo é reutilizar os mesmos componentes em uma variedade de diferentes configurações de circuitos. Desta forma, você não terá que medir qualquer valor de componentes mais de uma vez. Deixe os próprios elétrons lhe darem as respostas para os seus problemas práticos. Tem sido minha experiência que os alunos exigem muita prática com a análise de circuitos para se tornarem proficientes. Para esse fim, os instrutores normalmente fornecem aos alunos vários problemas práticos para trabalhar e fornecem respostas para os alunos verificarem seu trabalho. Embora essa abordagem torne os alunos proficientes em teoria de circuitos, não consegue educá-los completamente. Os alunos não precisam apenas de prática matemática. Eles também precisam de circuitos de construção reais e práticos e de equipamentos de teste. Portanto, sugiro a seguinte abordagem alternativa: os alunos devem construir seus próprios problemas práticos com componentes reais e tentar prever matematicamente os vários valores de tensão e corrente. Dessa forma, a teoria matemática ganha vida, e os estudantes ganham proficiência prática que não ganhariam apenas resolvendo equações. Outra razão para seguir este método de prática é ensinar os alunos método científico. o processo de testar uma hipótese (neste caso, previsões matemáticas) executando uma experiência real. Os alunos também desenvolverão habilidades reais de solução de problemas, pois ocasionalmente cometem erros de construção de circuitos. Passe alguns momentos com sua turma para revisar algumas das regras para a construção de circuitos antes que eles comecem. Discuta essas questões com seus alunos da mesma maneira socrática que você normalmente discutiria sobre as perguntas da folha de trabalho, em vez de simplesmente dizer-lhes o que deveriam e o que não deveriam fazer. Eu nunca deixo de me surpreender com o quão mal os alunos entendem as instruções quando apresentados em um formato típico de palestra (monólogo instrutor). Uma nota para aqueles instrutores que podem reclamar sobre o tempo perdido necessário para que os alunos construam circuitos reais em vez de apenas analisar matematicamente circuitos teóricos: Qual é o objetivo dos alunos que estão fazendo seu curso Se os seus alunos estiverem trabalhando com circuitos reais, eles devem aprender em circuitos reais sempre que possível. Se o seu objetivo é educar os físicos teóricos, então continue com a análise abstrata, por todos os meios. Mas a maioria de nós planeja que nossos alunos façam algo no mundo real com a educação que lhes damos. O desperdício de tempo gasto na construção de circuitos reais renderá enormes dividendos quando chegar a hora de aplicar seus conhecimentos a problemas práticos. Além disso, fazer com que os alunos construam seus próprios problemas de prática ensina-os a realizar pesquisas primárias. assim, capacitando-os a continuar sua educação elétrica / eletrônica de forma autônoma. Na maioria das ciências, experimentos realistas são muito mais difíceis e caros de configurar do que os circuitos elétricos. Os professores de física nuclear, biologia, geologia e química adorariam poder fazer com que seus alunos aplicassem matemática avançada em experimentos reais que não representem riscos à segurança e custem menos do que um livro didático. Eles não podem, mas você pode. Explore a conveniência inerente à sua ciência e faça com que seus alunos pratiquem sua matemática em muitos circuitos reais. O circuito mostrado aqui é chamado de oscilador de relaxamento. Ele atua sobre os princípios de carga do capacitor ao longo do tempo (um circuito RC) e da histerese de uma lâmpada de descarga de gás: o fato de a tensão necessária para iniciar a condução através do bulbo é significativamente maior do que a tensão abaixo da qual a lâmpada cessa. conduzir atual. Neste circuito, o bulbo de néon ioniza a uma voltagem de 70 volts e para de conduzir quando a tensão cai abaixo de 30 volts: Pergunta complementar: assumindo uma tensão de fonte de 100 volts, um valor de resistência de 27 k e um valor de capacitor de 22 F, calcule a quantidade de tempo que leva para o capacitor carregar de 30 volts a 70 volts (supondo que a lâmpada de neon consiga corrente insignificante durante a fase de carga). O que temos aqui é um circuito de luz estroboscópica muito simples. Este circuito pode ser construído em sala de aula com risco mínimo de segurança se a fonte de tensão CC for um gerador de manivela, em vez de um banco de baterias ou fonte alimentada por linha. Demonstrei isso em minha própria sala de aula antes, usando uma manivela Megger (ohmímetro de alta voltagem e alta voltagem) como fonte de energia. Substitua o resistor de valor fixo por um potenciômetro para ajustar a taxa de intermitência da lâmpada de neon, neste circuito de oscilação de relaxamento. Conecte o potenciômetro de tal maneira que a rotação no sentido horário faça a lâmpada piscar mais rápido: Qual a função do JFET neste circuito, com base em sua análise da nova forma de onda do sinal TP1 O padrão de tensão de carregamento em linha reta mostrado no segundo O visor do osciloscópio indica o que o JFET está fazendo neste circuito. Dica: você não precisa saber nada sobre a função do transistor unijunção (na saída dos circuitos), a não ser que ele atua como um interruptor liga / desliga para descarregar periodicamente o capacitor quando a tensão TP1 atinge um certo nível de limiar. Pergunta de desafio: escreva uma fórmula que preveja a inclinação da forma de onda da tensão de rampa medida em TP1. O JFET neste circuito funciona como um regulador de corrente constante. Resposta para desafiar a questão: Slope dv / dt (I D) / C Pergunte aos seus alunos como eles saberiam relacionar a corrente constante com a ação peculiar de carga desse capacitor. Peça-lhes para explicar isso matematicamente. Em seguida, peça-lhes que expliquem exatamente como o JFET trabalha para regular a corrente de carga. Nota: o diagrama esquemático para este circuito foi derivado de um encontrado na página 958 do Guia de Circuitos Eletrônicos de João Marcos. primeira edição. Aparentemente, o projeto originou-se de uma publicação da Motorola sobre o uso de transistores unijuncionais (8220Unijunction Transistor Timers and Oscillators, AN-294, 1972). Este circuito mostrado aqui é para uma luz de sincronismo. um dispositivo que usa uma lâmpada estroboscópica pulsada para congelar o movimento de um objeto em rotação. Qual (is) componente (s) neste circuito formam a seção do oscilador Qual tipo de oscilador é usado neste circuito Quais valores de componentes influenciam diretamente a freqüência da saída dos tubos flash O coração do circuito oscilador é um transistor unijunção Q1. Juntamente com alguns outros componentes (vou deixar você descobrir qual), este transistor forma um circuito oscilatório de relaxamento. R 1. R 2 e C 1 tem influência direta sobre a freqüência de oscilação. Pergunta de desafio: qual é a finalidade do resistor R2? Pareceria à primeira vista que não serve a nenhum propósito útil, já que o potenciômetro R1 é capaz de fornecer qualquer quantidade desejada de resistência para o circuito de constante de tempo RC - resistência R2 é simplesmente adicionado a ele. No entanto, existe uma razão prática e importante para incluir R 2 no circuito. Explique o que é essa razão. Peça aos alunos que expliquem o que os outros transistores fazem nesse circuito. Se o tempo permitir, explore o funcionamento de todo o circuito com seus alunos, pedindo-lhes que expliquem o propósito e a função de todos os componentes nele. Depois de identificar quais componentes controlam a frequência de oscilação, peça-lhes que identifiquem especificamente qual direção cada um desses valores do componente precisaria ser alterado para aumentar (ou diminuir) a taxa de flash. Explique o princípio de operação neste circuito multivibrador astável: Identifique também onde você se conectaria a este circuito para obter um sinal de saída. Que tipo de sinal seria (onda senoidal, onda quadrada, rampa ou onda triangular, etc.) Um sinal de saída de onda quadrada pode ser obtido no coletor de um dos transistores. Vou deixar você pesquisar o princípio de operação deste circuito. Peça aos seus alunos para explicar como a frequência deste circuito pode ser alterada. Depois disso, pergunte-lhes o que teriam que fazer para alterar o ciclo de trabalho dessa oscilação de circuitos. Este circuito multivibrador astátil irá oscilar com um ciclo de trabalho de 50 se os componentes forem simetricamente dimensionados: Determine qual (is) componente (s) teria que ser redimensionado para produzir um ciclo de trabalho diferente de 50. Eu não responderei esta questão diretamente, mas Dê uma dica grande: C 1 e R 2 determinam a largura de pulso de metade da onda quadrada, enquanto C 2 e R 3 controlam a largura de pulso da outra metade: Desafio: re-desenhe o diagrama esquemático para mostrar como um potenciômetro poderia ser usado para tornar o ciclo de trabalho ajustável em uma ampla faixa. Os circuitos multivibradores astáveis ​​são simples e versáteis, tornando-os bons temas de estudo e discussão para seus alunos. Se você já usou um amplificador de endereço público (PA), onde os sons detectados por um microfone são amplificados e reproduzidos pelos alto-falantes, você sabe como esses sistemas podem criar sons estridentes ou uivantes se o microfone for mantido muito próximo de um dos alto-falantes. O ruído criado por um sistema como este é um exemplo de oscilação. onde o circuito amplificador produz espontaneamente uma voltagem AC, sem nenhuma fonte externa de sinal AC para acioná-lo. Explique quais condições necessárias permitem que um amplificador atue como um oscilador. usando um sistema de PA uivando como exemplo. Em outras palavras, o que exatamente está acontecendo nesse cenário, que faz um amplificador gerar seu próprio sinal de saída AC O amplificador recebe um feedback positivo da saída (alto-falante) para a entrada (microfone). Peça aos seus alunos para definirem o feedback positivo. De que maneira o feedback neste sistema é positivo, e como este feedback difere da variedade negativa comumente vista dentro dos circuitos amplificadores Quantos graus de mudança de fase o circuito de feedback (a caixa neste esquema) deve introduzir ao sinal para que Este circuito amplificador de emissor comum oscila Sabemos que os circuitos osciladores requerem realimentação regenerativa para sustentar continuamente a oscilação. Explique como a quantidade correta de deslocamento de fase é sempre fornecida no circuito de feedback para garantir que a natureza da realimentação seja sempre regenerativa, não degenerativa. Em outras palavras, explique por que não é possível escolher incorretamente valores de componentes de rede de feedback e, assim, não conseguir atingir a quantidade adequada de mudança de fase. A rede de feedback neste circuito deve fornecer 180 graus de deslocamento de fase, a fim de sustentar as oscilações. Desde que a rede de feedback contenha os tipos corretos de componentes (resistores, capacitores e / ou indutores) em uma configuração de trabalho, os valores dos componentes não alterarão a quantidade de mudança de fase, apenas a freqüência da oscilação. Peça a seus alunos que expliquem por que a rede de feedback deve fornecer 180 graus de mudança de fase para o sinal. Peça-lhes para explicar como este requisito se relaciona com a necessidade de feedback regenerativo em um circuito oscilador. A pergunta e resposta sobre a seleção de componentes de feedback é um grande salto conceitual para alguns alunos. Pode confundir alguns que o deslocamento de fase de um circuito reativo será sempre a quantidade adequada para garantir a realimentação regenerativa, para qualquer combinação arbitrária de valores de componentes, porque eles devem saber que o deslocamento de fase de um circuito reativo depende dos valores de seus componentes constituintes . No entanto, uma vez que eles percebem que o deslocamento de fase de um circuito reativo também depende da freqüência do sinal, a resolução para esse paradoxo é muito mais fácil de entender. Quantos graus de mudança de fase o circuito de realimentação (a caixa neste esquema) deve introduzir no sinal para que este circuito amplificador emissor comum de dois estágios oscile Por que esta quantidade de mudança de fase é diferente da de um transistor único? oscilador A rede de feedback neste circuito deve fornecer 0 graus de deslocamento de fase, a fim de sustentar oscilações. Peça a seus alunos que expliquem por que a rede de feedback deve fornecer 180 graus de mudança de fase para o sinal. Peça-lhes para explicar como este requisito se relaciona com a necessidade de feedback regenerativo em um circuito oscilador. A pergunta e resposta sobre a seleção de componentes de feedback é um grande salto conceitual para alguns alunos. Pode confundir alguns que o deslocamento de fase de um circuito reativo será sempre a quantidade adequada para garantir a realimentação regenerativa, para qualquer combinação arbitrária de valores de componentes, porque eles devem saber que o deslocamento de fase de um circuito reativo depende dos valores de seus componentes constituintes . No entanto, uma vez que eles percebem que o deslocamento de fase de um circuito reativo também depende da freqüência do sinal, a resolução para esse paradoxo é muito mais fácil de entender. Explique o que o critério de Barkhausen é para um circuito oscilador. Como o desempenho dos circuitos do oscilador será afetado se o critério de Barkhausen cair abaixo de 1, ou se ficar muito acima de 1 Ill, será possível determinar exatamente o que é o critério de Barkhausen. Se seu valor for menor que 1, a saída dos osciladores diminuirá em amplitude ao longo do tempo. Se seu valor for maior que 1, a saída dos osciladores não será senoidal. A questão do que é o critério de Barkhausen poderia ser respondida com uma sentença curta, memorizada literalmente de um livro-texto. Mas o que estou procurando aqui é a real compreensão do assunto. Peça aos alunos que expliquem a razão pela qual a amplitude de oscilação depende desse fator. Uma maneira de obter o deslocamento de fase necessário para realimentação regenerativa em um circuito oscilador é usar várias redes de mudança de fase RC: Qual deve ser o ganho de tensão para o amplificador de emissor comum se a atenuação de tensão total para as três redes RC de mudança de fase é -29,25 dB O ganho de tensão dos amplificadores deve ser (no mínimo) 29,25 dB. Esta questão investiga a compreensão dos alunos do critério de Barkhausen: que o ganho de loop total deve ser igual ou maior que a unidade para que ocorram oscilações sustentadas. Os circuitos do oscilador de mudança de fase RC podem ser construídos com diferentes números de seções RC. São mostrados aqui diagramas esquemáticos para osciladores RC de três e quatro seções: Qual a diferença que o número de seções no circuito oscilador torna tão específico quanto possível em sua resposta. A quantidade de mudança de fase por seção RC será diferente em cada circuito, assim como a freqüência de operação (dados os mesmos valores de componente R e C). Em ambos os casos, o ponto dos estágios RC é deslocar de fase o sinal de feedback em 180 o. É uma simplificação excessiva, no entanto, dizer que cada estágio no circuito de três seções muda o sinal em 60. e / ou que cada estágio no circuito de quatro seções muda o sinal em 45 o. A quantidade de mudança de fase em cada seção não será igual (com valores R e C iguais) devido ao carregamento de cada seção pela (s) seção (ões) anterior (es). Calcule as voltagens de saída deste circuito da ponte de Wien, se a voltagem de entrada for 10 volts RMS a uma freqüência de 159.155 Hz: Explique por que esse ajuste tem o efeito que ele faz. O que, exatamente, o movimento do potenciômetro faz no circuito para alterar o sinal de saída. Além disso, calcule a frequência de operação deste circuito oscilador e explique como você também tornaria essa frequência ajustável. O potenciômetro ajusta o critério de Barkhausen do oscilador. Vou deixar você descobrir como tornar a frequência ajustável. Pergunta de acompanhamento: identifique os caminhos do feedback positivo e negativo da ponte de Wien até o primeiro estágio do amplificador. Uma das vantagens do circuito ponte de Wien é sua facilidade de ajuste dessa maneira. Usando capacitores e resistores de alta qualidade no outro lado da ponte, sua freqüência de saída será muito estável. Identifique o tipo de circuito oscilador mostrado neste diagrama esquemático e explique a finalidade do circuito do tanque (L 1 e C 1): Pergunta de acompanhamento: calcule a freqüência de operação deste circuito oscilador se L 1 270 mH, C 1 0,047 F e C 2 0,047 F. Peça aos seus alunos para descrever a quantidade de mudança de fase que o circuito do tanque fornece ao sinal de feedback. Além disso, peça-lhes para explicar como a frequência natural dos circuitos do oscilador pode ser alterada. Descreva a finalidade e a operação de um cristal em um circuito oscilador. Qual princípio físico o cristal explora, e que outros componentes poderiam ser substituídos no lugar de um cristal em um circuito oscilador Um cristal é um chip de material piezelétrico que atua como um circuito eletromecânico de tanque. Peça aos alunos que descrevam o fenômeno da piezoeletricidade e como esse princípio funciona dentro de um cristal oscilador. Além disso, pergunte a eles por que os cristais são usados ​​em vez de circuitos de tanques em tantos circuitos de oscilação de precisão. Identifique o tipo de circuito oscilador mostrado neste diagrama esquemático e explique o propósito do cristal: Pergunta de desafio: este tipo de circuito oscilador é geralmente limitado a saídas de potência mais baixas do que os projetos Hartley ou Colpitts. Explique porque. Este é um circuito oscilador Pierce, e o cristal desempenha o mesmo papel que um circuito tanque em um oscilador Hartley ou Colpitts. Peça aos seus alunos para explicar como a frequência natural dos circuitos do oscilador pode ser alterada. Como isso difere do controle de freqüência nos projetos Hartley ou Colpitts Uma maneira inteligente de produzir ondas senoidais é passar a saída de um oscilador de onda quadrada através de um circuito de filtro passa-baixo: O capacitor C 1 falha aberto: o capacitor C 1 falha Em curto: O resistor R 1 falha em aberto: Ponte de solda (curta) resistor passado R 1. Para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. Capacitor C 1 falha em abrir: Luz constante (sem piscar) da lâmpada de néon. Capacitor C 1 falha em curto: Nenhuma luz da lâmpada. A resistência R 1 falha em abrir: nenhuma luz da lâmpada. Ponte de solda (curta) resistor passado R 1. Luz muito brilhante, constante (sem piscar) da lâmpada, possível falha na lâmpada resultante de corrente excessiva. O objetivo desta questão é abordar o domínio da solução de problemas do circuito a partir de uma perspectiva de saber qual é a falha, em vez de apenas saber quais são os sintomas. Embora essa não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito com falha a partir de dados empíricos. Perguntas como essa devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas, solicitando aos alunos que identifiquem possíveis falhas com base em medições. Prever como a operação deste circuito de luz estroboscópica será afetada como resultado das seguintes falhas. Considere cada falta independentemente (ou seja, uma de cada vez, sem falhas múltiplas): O capacitor C 1 falha aberto: o capacitor C 1 falha em curto: O resistor R 2 falha aberto: ponte de solda (curta) resistor passado R2. O resistor R 4 falha aberto: o transistor Q 4 falha aberto (coletor-emissor): o capacitor C 2 falha aberto: o capacitor C 2 falha em curto: Para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. Capacitor C 1 falha aberto: Nenhuma luz do tubo de flash, possível falha do enrolamento primário do transformador e / ou transistor Q 4 devido ao superaquecimento. Capacitor C 1 falha em curto: Nenhuma luz do tubo de flash. A resistência R 2 falha em aberto: não há luz do tubo de flash. Ponte de solda (curta) resistor passado R 2. Taxa de estroboscópico mais rápida para qualquer posição do potenciômetro R1. Possibilidade de ajustar a taxa de strobe muito alta, onde o tubo de flash apenas se recusa a piscar. O resistor R4 falha em abrir: sem luz do tubo de flash. O transistor Q 4 falha em abrir (coletor-emissor): Nenhuma luz do tubo de flash. O capacitor C 2 falha aberto: possíveis danos ao transistor Q 4 devido a tensões transientes excessivas. Capacitor C 2 falha em curto: Nenhuma luz do tubo de flash, Q 4 quase certamente falhará devido ao superaquecimento. O objetivo desta questão é abordar o domínio da solução de problemas do circuito a partir de uma perspectiva de saber qual é a falha, em vez de apenas saber quais são os sintomas. Embora essa não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito com falha a partir de dados empíricos. Perguntas como essa devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas, solicitando aos alunos que identifiquem possíveis falhas com base em medições. Prever como a operação deste circuito oscilador de onda dente de serra será afetada como resultado das seguintes falhas. Considere cada falha independentemente (ou seja, uma de cada vez, sem falhas múltiplas): O capacitor C 1 falha em curto: O resistor R 1 falha em aberto: JFET falha em curto (dreno na fonte): O resistor R 3 falha em aberto: Para cada uma dessas condições , explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. O capacitor C 1 falha em curto: sem oscilação, baixa saída de tensão CC. A resistência R 1 falha em aberto: Sem oscilação, baixa saída de tensão CC. O JFET falha em curto (dreno-para-fonte): A forma de onda de oscilação parece arredondada em vez de ter uma borda de ataque reta, a frequência é maior que o normal. Resistor R 3 falha aberto: Sem oscilação, alta saída de tensão CC. O objetivo desta questão é abordar o domínio da solução de problemas do circuito a partir de uma perspectiva de saber qual é a falha, em vez de apenas saber quais são os sintomas. Embora essa não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito com falha a partir de dados empíricos. Perguntas como essa devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas, solicitando aos alunos que identifiquem possíveis falhas com base em medições. Prever como a operação deste circuito multivibrador astável será afetada como resultado das seguintes falhas. Especificamente, identifique os estados finais dos transistores (ligado ou desligado) resultantes de cada falha. Considere cada falha independentemente (ou seja, uma de cada vez, sem falhas múltiplas): Capacitor C 1 falha aberto: Capacitor C 2 falha aberto: Resistor R 1 falha aberto: Resistor R 2 falha aberto: Resistor R 3 falha aberto: Resistor R 4 falha open: Para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. O capacitor C 1 falha aberto: Q 2 imediatamente ligado, Q 1 ligado após um curto período de tempo. O condensador C 2 falha aberto: Q 1 imediatamente ligado, Q 2 ligado após um curto período de tempo. A resistência R 1 falha em aberto: Q 2 ligado, Q 1 terá corrente de base mas não corrente de coletor. O resistor R 2 falha aberto: Q 1 ligado, Q 2 desligado. O resistor R 3 falha aberto: Q 2 ligado, Q 1 desligado. O resistor R 4 falha em aberto: Q 1 ligado, Q 2 terá corrente de base, mas não corrente de coletor. O objetivo desta questão é abordar o domínio da solução de problemas do circuito a partir de uma perspectiva de saber qual é a falha, em vez de apenas saber quais são os sintomas. Embora essa não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito com falha a partir de dados empíricos. Perguntas como essa devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas, solicitando aos alunos que identifiquem possíveis falhas com base em medições. Prever como a operação deste circuito multivibrador astável será afetada como resultado das seguintes falhas. Especificamente, identifique os sinais encontrados nos pontos de teste TP1, TP2, TP3 e V out resultantes de cada falha. Considere cada falha independentemente (ou seja, uma de cada vez, sem falhas múltiplas): O resistor R4 falha aberto: o resistor R5 falha aberto: o resistor R7 falha aberto: o resistor R 9 falha aberto: o capacitor C 7 falha em curto: o capacitor C 4 falha em curto: o capacitor C 5 falha em aberto: o transistor Q 3 falha em abrir (coletor-emissor): para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. O resistor R 4 falha aberto: Zero volts DC e AC em todos os quatro pontos de teste, exceto TP3, onde haverá tensão de polarização DC normal. O resistor R 5 falha aberto: sinal normal em TP1, zero volts CA e CC em todos os outros pontos de teste, exceto TP3, onde haverá tensão de polarização CC normal. O resistor R 7 falha aberto: sinais normais em TP1 e em TP2, zero volts em CA e CC em todos os outros pontos de teste, exceto TP3, onde haverá tensão de polarização CC normal. O resistor R 9 falha aberto: sinais normais em TP1, em TP2 e em TP3, mas em zero volts em CA e CC em saída em V. O capacitor C 7 falha em curto: sinais CA normais em TP1, em TP2 e em TP3, forma de onda mal distorcida em V out. apenas cerca de 0,7 volts DC polarização em TP3. O capacitor C 4 falha em curto: sinal normal em TP1, zero volts CA e CC em todos os outros pontos de teste, exceto TP3, onde haverá tensão de polarização DC normal. O capacitor C 5 falha aberto: sinais normais em TP1 e em TP2, zero volts em CA e CC em todos os outros pontos de teste, exceto TP3, onde haverá tensão de polarização DC normal. O transistor Q 3 falha aberto (coletor-para-emissor): sinais normais em TP1 e em TP2, zero volts CA e CC em todos os outros pontos de teste, exceto TP3, onde haverá tensão de polarização CC normal. O objetivo desta questão é abordar o domínio da solução de problemas do circuito a partir de uma perspectiva de saber qual é a falha, em vez de apenas saber quais são os sintomas. Embora essa não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito com falha a partir de dados empíricos. Perguntas como essa devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas, solicitando aos alunos que identifiquem possíveis falhas com base em medições. Identifique algumas falhas de componentes realistas que definitivamente impediriam que este circuito oscilador oscile: Para cada uma das falhas que você propõe, explique por que as oscilações cessarão. Nota: A lista de falhas mostrada aqui não é abrangente. Ponte de solda em curto com qualquer um dos resistores de mudança de fase (R 1 a R 3). Resistor R 4 falhando aberto. Transistor Q 1 failing in any mode. Follow-up question: how would you rank the listed faults in order of probability In other words, which of these faults do you suppose would be more likely than the others, least likely than the others, etc. The purpose of this question is to approach the domain of circuit troubleshooting from a perspective of assessing probable faults given very limited information about the circuits behavior. An important part of troubleshooting is being able to decide what faults are more likely than others, and questions such as this help develop that skill. Suppose some of the turns of wire (but not all) in the primary winding of the transformer were to fail shorted in this Armstrong oscillator circuit: How would this effective decreasing of the primary winding turns affect the operation of this circuit What if it were the secondary winding of the transformer to suffer this fault instead of the primary A partially shorted primary winding will result in increased frequency and (possibly) increased distortion in the output signal. A partially shorted secondary winding may result in oscillations ceasing altogether The purpose of this question is to approach the domain of circuit troubleshooting from a perspective of knowing what the fault is, rather than only knowing what the symptoms are. Although this is not necessarily a realistic perspective, it helps students build the foundational knowledge necessary to diagnose a faulted circuit from empirical data. Questions such as this should be followed (eventually) by other questions asking students to identify likely faults based on measurements. A technician is given a transistor testing circuit to repair. This simple circuit is an audio-frequency oscillator, and has the following schematic diagram: After repairing a broken solder joint, the technician notices that the DPDT switch has lost its label. The purpose of this switch is to allow polarity to be reversed so as to test both PNP and NPN transistor types. However, the label showing which direction is for NPN and which direction is for PNP has fallen off. And, to make matters worse, the schematic diagram does not indicate which position is which. Determine what the proper DPDT switch label should be for this transistor tester, and explain how you know it is correct. Note: you do not even have to understand how the oscillator circuit works to be able to determine the proper switch label. All you need to know is the proper voltage polarities for NPN and PNP transistor types. Left is NPN, and right is PNP. This is a very realistic problem for a technician to solve. Of course, one could determine the proper switch labeling experimentally (by trying a known NPN or PNP transistor and seeing which position makes the oscillator work), but students need to figure this problem out without resorting to trial and error. It is very important that they learn how to properly bias transistors Be sure to ask your students to explain how they arrived at their conclusion. It is not good enough for them to simply repeat the given answer This electric fence-charging circuit, which is designed to produce short, high-voltage pulses on its output, has failed. Now, it produces no output voltage at all: A technician does some troubleshooting and determines that the transistor is defective. She replaces the transistor, and the circuit begins to work again, its rhythmic output pulses indicated by the neon lamp. But after producing only a few pulses, the circuit stops working. Puzzled, the technician troubleshoots it again and finds that the transistor has failed (again). Both the original and the replacement transistor were of the correct part number for this circuit, so the failure is not due to an incorrect component being used. Something is causing the transistor to fail prematurely. What do you suppose it is I strongly suspect a bad diode. Explain why a defective diode would cause the transistor to fail prematurely, and specifically what type of diode failure (open or shorted) would be necessary to cause the transistor to fail in this manner. There are many things in this circuit that could prevent it from generating output voltage pulses, but a failed diode (subsequently causing the transistor to fail) is the only problem I can think of which would allow the circuit to briefly function properly after replacing the transistor, and yet fail once more after only a few pulses. Students will likely suggest other possibilities, so be prepared to explore the consequences of each, determining whether or not the suggested failure(s) would account for all observed effects. While your students are giving their reasoning for the diode as a cause of the problem, take some time and analyze the operation of the circuit with them. How does this circuit use positive feedback to support oscillations How could the output pulse rate be altered What is the function of each and every component in the circuit This circuit provides not only an opportunity to analyze a particular type of amplifier, but it also provides a good review of capacitor, transformer, diode, and transistor theory. Spring - and weight-driven clock mechanisms always use a pendulum as an integral part of their workings. What function does a pendulum serve in a clock What would a mechanical clock mechanism do if the pendulum were removed Describe what the electrical equivalent of a mechanical pendulum is, and what purpose it might serve in an oscillator circuit. The pendulum in a mechanical clock serves to regulate the frequency of the clocks ticking. The electrical equivalent of a pendulum is a tank circuit . Ask your students to brainstorm possible applications for electrical oscillator circuits, and why frequency regulation might be an important feature. Two technicians are arguing over the function of a component in this oscillator circuit. Capacitor C 1 has failed, and they are debating over the proper value of its replacement. One technician argues that the value of capacitor C 1 helps set the oscillation frequency of the circuit, and that the value of the replacement capacitor therefore must be precisely matched to the value of the original. The other technician thinks its value is not critical at all, arguing that all it does is help to provide a stable DC power supply voltage. What do you think Also, describe the purpose of this circuit: what is it This circuit is a simple CW radio transmitter, used to broadcast information using Morse code. The second technician is closer to the truth than the first, with regard to the capacitor. C 1 is not part of the oscillators resonant network, and so does not set the oscillation frequency. However, if the replacement capacitors value is too far from the originals value, this circuit will not start and stop oscillating as crisply as it did before, when the code key switch is repeatedly actuated. Ask your students how they can tell that C 1 is not part of the oscillators resonant network. How many degrees of phase shift must the feedback circuit (the square box in this schematic) introduce to the signal in order for this inverting amplifier circuit to oscillate The feedback network in this circuit must provide 180 degrees of phase shift, in order to sustain oscillations. Ask your students to explain why the feedback network must provide 180 degrees of phase shift to the signal. Ask them to explain how this requirement relates to the need for regenerative feedback in an oscillator circuit. How many degrees of phase shift must the feedback circuit (the square box in this schematic) introduce to the signal in order for this noninverting amplifier circuit to oscillate The feedback network in this circuit must provide 360 degrees of phase shift, in order to sustain oscillations. Ask your students to explain why the feedback network must provide 180 degrees of phase shift to the signal. Ask them to explain how this requirement relates to the need for regenerative feedback in an oscillator circuit. Identify the type of oscillator circuit shown in this schematic diagram, and explain the purpose of the tank circuit (L 1 and C 1 ): Also, write the equation describing the operating frequency of this type of oscillator circuit. This is a Meissner oscillator circuit, and the tank circuit establishes its frequency of operation. Ask your students to describe the amount of phase shift the tank circuit provides to the feedback signal. Also, ask them to explain how the oscillator circuits natural frequency may be altered. The only trick to figuring out the answer here is successfully identifying which capacitors are part of the tank circuit and which are not. Remind your students if necessary that tank circuits require direct (galvanic) connections between inductance and capacitance to oscillate - components isolated by an amplifier stage or a significant resistance cannot be part of a proper tank circuit. The identity of the constituent components may be determined by tracing the path of oscillating current between inductance(s) and capacitance(s). Identify the type of oscillator circuit shown in this schematic diagram, and draw the transformer phasing dots in the right places to ensure regenerative feedback: Also, write the equation describing the operating frequency of this type of oscillator circuit. This is an Armstrong oscillator circuit, and the combination of capacitor C 3 and primary transformer winding inductance L 1 establishes its frequency of operation. If the feedback signal comes from the other side of the bridge, the feedback signals phase shift will be determined by a different set of components (primarily, the coupling capacitors and bias network resistances) rather than the reactive arms of the bridge. Given the phase shift requirements of a two-stage oscillator circuit such as this, some students may wonder why the circuit wont act the same in the second configuration. If such confusion exists, clarify the concept with a question: What is the phase relationship between input and output voltages for the bridge in these two configurations, over a wide range of frequencies From this observation, your students should be able to tell that only one of these configurations will be stable at 159.155 Hz. This circuit generates quasi-sine waves at its output. It does so by first generating square waves, integrating those square waves (twice) with respect to time, then amplifying the double-integrated signal: Identify the sections of this circuit performing the following functions: Square wave oscillator: First integrator stage: Second integrator stage: Buffer stage (current amplification): Final gain stage (voltage amplification): Reveal answer Hide answer Square wave oscillator: R 1 through R 4 . C 1 and C 2 . Q 1 and Q 2 First integrator stage: R 5 and C 3 Second integrator stage: R 6 and C 4 Buffer stage (current amplification): Q 3 and R 7 Final gain stage (voltage amplification): R 8 and R 9 . R pot . Q 4 . and C 7 The purpose of this question is to have students identify familiar sub-circuits within a larger, practical circuit. This is a very important skill for troubleshooting, as it allows technicians to divide a malfunctioning system into easier-to-understand sections. Calculate the operating frequency of the following oscillator circuit, if C 1 0.033 F and L 1 175 mH:Oscillators An oscillator is an electronic device for generating an AC signal voltage. Oscillators generate sinusoidal or non-sinusoidal waveform from very low frequencies up to very high frequencies. The local oscillator in most present-day broadcast band AM saperhetrodynes will cover a range of frequencies from 1000 to 2100 KHz (approximately). An oscillator is a circuit to generate alternating voltage of desired frequency and amplitude. It converts DC energy to an AC voltage. It has wide applications i. e. to test a stereo amplifier an audio signal generator generates 20 KHz to 15 kHz at the transmitter and 47 MHz to 230 MHz frequency at receiver end. In radio, the carrier frequency varies from 550 KHz to 20 MHz for TV broadcasting in radio and TV receivers high frequency oscillators are required. Basically an oscillator circuit is an amplifier that provides itself (through feedback) with an input signal. It is a nonrotating device for producing alternating current, the output frequency of which is determined by the characteristics of the device. The initial purpose of an Oscillator is to generate a given waveform of a constant peak amplitude and specific frequency and to maintain this waveform within certain limits of amplitude and frequency. An oscillator must provide amplification and a portion of the output is feedback to sustain the input, as shown in Fig. 1. Enough power must be feedback to the input circuit for the oscillator to drive itself as in case of signal generator. The oscillator is self-driven, because the feedback signal is regenerative i. e. positive feedback. Let us consider the basic requirement of oscillator circuit. Primeiro . amplification is required to provide the necessary gain for the signal. Second, sufficient regenerative feedback is required to sustain oscillations. Third, a frequency determining device is needed to maintain the desired output frequency. In addition to the application, determine the types of oscillator to be used. Feedback Feedback is the process of transferring energy from a high-level point in a system to a low-level point. This means transferring energy from the output of an amplifier back to its input. If the output feedback signal opposes the input signal, the signal is degenerative or negative feedback However, if the feedback aids the input signal, the feedback is regenerative or positive feedbacks. Regenerative or positive feedback is one of the requirements to sustain oscillations in an Oscillator. This feedback can be applied in any of several ways to produce a practical Oscillator circuit. A circuit, which produces electrical oscillations of any desired frequency, is called oscillatory circuit. This circuit consists of two reactive components namely inductor L and a capacitor C connected in parallel with each other. Such a circuit is also called LC or tank circuit. The feedback signal is coupled from the tank circuit by two methods. The first method is to take some of energy from the inductor. This can be achieved by any one of the three ways shown in Fig. 2(a), (b) and (c). When an oscillator uses a tickler coil, as shown in Fig. 2(a), it is referred to as an Armstrong oscillator. When an oscillator used as tapped coil as shown 1(b) or a split coil as shown in Fig. 2(c), it is referred to as a Hartley oscillator. The second method of coupling the feedback signal is to use two capacitors in the tank circuit and tap the feedback signal between them. This is shown in Fig. 2(d) also oscillator using this method is called colpitts oscillator. The use of positive feedback results in a feedback amplifier having closed loop gain A v greater than the open Loop gain A v . It results in instability and operation as an oscillatory circuit. An oscillator circuit provides a, constantly, varying amplified output signal at any desired frequency. Classification of Oscillators The electronic oscillators may be broadly classified into the following two categories.