Jak pracuje oscilátor?

neelektronik

Jak pracuje oscilátor?
« kdy: 13. 06. 2015, 11:18:31 »
Ten obrázek je z knihy Complete Digital Design a popisuje konstrukci oscilátoru pomocí invertoru, rezistoru a kapacitoru.
Já chápu ten popis, ale nerozumím tomu, proč to funguje, respektive proč se ten proud v tom obvodu bude šířit tak, aby to fungovalo.
Mám vystudovanou průmyslovku a dva VŠ předměty o elektronice, ale stejně tomu moc nerozumím, protože jsem +-
tupě aplikoval nějaké naučené poučky.

Mám problém pochopit co přesně je třeba úbytek napěti. Pročetl jsem už milión různých pouček, ale všude je to +- tak, že
napětí je rozdíl potenciálu mezi dvěma body (třeba v kovech na jedné straně víc záporného náboje - elektronů), což vytvoří
ve vodičích elektrické pole a ty elektrony, kde je jich víc, se budou snažit dostat nadruhou stranu, aby se ten potenciál vyrovnal.

To chápu, ale co je potom úbytek napětí? Rozumím, že když vezmu voltmetr a paralelně ho připojím k nějaké součastce, tak na ni změřím napětí,
protože tím voltmetrem bude procházet nějaký malý proud a protože voltmetr ví, jaký má v sobě rezistor, tak z ohmového zakona vypočítá napětí (U=R*I).
Ale co to znamená, když napětí je rozdíl počtu elektronů? Že na jedné straně součástky jich je víc než na druhé? Tak to asi rozhodně nebude. Fakt nevím, jak si to mám představit.

Třeba na tom obrázku je vidět ta zpětná vazba, ale já si zase říkám, proč by se ten proud měl snažit téct zpátky, když se snaží dostat "na druhou stranu baterky". Pokud se chce dostat do té země co je tam vyznačená pod tím kapacitorem, tak tam může rovnou a vůbec nepůjde přes ten invertor ne? (předpokádám, že ten proud přiték někde zleva do toho levého uzlu). 

Buď jsem úplně blbej že tomu pořád nerozumím a všichni okolo jo, nebo nevím.

« Poslední změna: 14. 06. 2015, 21:54:05 od Petr Krčmář »


Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #1 kdy: 13. 06. 2015, 12:44:51 »
Fakt nevím, jak si to mám představit.
Co třeba pomocí analogie s vodou? Potenciál je jako výška, do které umístíš nádobu s vodou. Napětí je potom rozdíl potenciálů -> rozdíl mezi výškami, ve kterých jsou nějaké dvě nádoby. Pokud máš dvě nádoby ve stejné výšce a dáš mezi ně hadici, voda nepoteče, protože není žádný rozdíl potenciálů. Čím větší rozdíl výšek mezi nádobami bude, tím "s větší silou" voda poteče. Tu sílu můžeš určit i bez toho, aby voda tekla, je to "statická veličina" - když tu trubku spojující nádoby ucpeš, tak nic neteče, ale i tak můžeš měřit tlak, který ta voda na tu zátku vytváří. Takže napětí je něco jako tlak vody daný rozdílem výšek, ve kterých jsou nádoby.

Odpor je pak něco, co vodu "částečně blokuje" - třeba nějaký hustý sítko, nebo úzká trubka. Před sítkem vytváří voda větší tlak, za ním je tlak už menší (protože ji sítko částečně "zadržuje", "zbrzdí"). To je úbytek napětí - máš sice dvě nádoby s výškovým rozdílem deset metrů, ale trubku jsi částečně ucpal sítkem, takže voda pak teče jenom jakoby ten rozdíl byl jenom jeden metr.

ImThe

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #2 kdy: 13. 06. 2015, 13:33:00 »
Jak funguje výše uvedené schéma je vysvětlené zde: https://www.youtube.com/watch?v=Oi483GlQ5Rk

Kondenzátor je nádobka, postupně se do ní napouští voda rezistorem nahoře, když je nádobka plná, invertor jí vylije a začíná se znova.
A to přesně takhle: https://www.youtube.com/watch?v=Oi483GlQ5Rk
Kondík = nádobka
Rezistor = přitékající voda
Invertor = překlápěcí mechanismus

Celé to je samozřejmě velmi nepřesné, ale to je fuk.

Jekyll

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #3 kdy: 13. 06. 2015, 14:05:11 »
Mám problém pochopit co přesně je třeba úbytek napěti.

Já to pochopil takto... Odpor není nic jiného, než počet voltů, které jsou potřeba, aby protékal 1A. Takže pokud rezistorem teče proud, nutně na něm musí být nějaké napětí, protože má nějaký odpor. Když si vezměš vodič, ten má skoro nulový odpor (a tedy potřebuje jen pár mV aby ním protékal třeba 1A) tak na něm je úbytek napětí jen pár mV. a proč úbytek? vychází to z KVL, tedy kirhofova napěťového zákona, že součet napětí ve smyčce je 0. Takže pro cestu smyčkou ti "ubyde" to napětí na rezistoru a už máš k dispozici o něco menší napětí, klteré se musí rozložit ve zbytku smyčky. Asi to vyvětluju trochu nepřesně ale jde o to to pochopit intuitivně. Jinak proud teče vždy když je rozdíl potenciálu. pokud je kondík vybitý, je na něm napětí nula a na horní svorce tedy prakticky zem. Jinak snaž se hodně používat KVL a KCL (kirhoffovy zákony), ty vždy platí (pokud se nebavíme o nějakých magnetických obvodech).

ImThe

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #4 kdy: 13. 06. 2015, 14:18:00 »
Takhle pěkně jsem to ještě vysvětlené neviděl ;D
Líp by to nepodala ani stará Mráčková, pětašedesátiletá učitelka hudební výchovy na ZŠ VelkáZadekle.  ;D


ImThe

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #5 kdy: 13. 06. 2015, 14:21:12 »
Jekyll: Prosím, pokus se pomocí té tvé teorie vysvětlit Teslovu cívku :-D

Jenda

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #6 kdy: 13. 06. 2015, 14:41:07 »
Ale co to znamená, když napětí je rozdíl počtu elektronů? Že na jedné straně součástky jich je víc než na druhé? Tak to asi rozhodně nebude.
Bude. Ale tahle představa mi při navrhování obvodů většinou nepomáhá (maximálně u vysvětlení funkce unipolárního tranzistoru).

Třeba na tom obrázku je vidět ta zpětná vazba, ale já si zase říkám, proč by se ten proud měl snažit téct zpátky, když se snaží dostat "na druhou stranu baterky".
On teče všude. Je to jako kdybys měl natlakované potrubí a udělal do něj dvě dírky. Poteče oběma. Samozřejmě když výstupní pin (ten s tou šipkou) třeba uzemníš, všechen proud poteče tamtudy (odpory drátů zanedbáme) a odporem zpátky nic.

Pokud se chce dostat do té země co je tam vyznačená pod tím kapacitorem, tak tam může rovnou a vůbec nepůjde přes ten invertor ne? (předpokádám, že ten proud přiték někde zleva do toho levého uzlu).
Ne, proud tam přitekl zprava přes rezistor (po zapnutí obvodu je v levém uzlu 0, invertor to zaregistruje a nastaví na svém výstupu 1, a tato teče přes rezistor a začne nabíjet kondenzátor -- až do doby než se to napětí vyhodnotí jako 1, invertor nastaví na výstupu 0 a kondenzátor se zase vybije. A tak pořád dokola.)

pek

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #7 kdy: 14. 06. 2015, 14:58:02 »
Uvedené zapojení nebude oscilátor. Aby to byl oscilátor, musel by mít invertor hysterezi vstupu, což obvody řady 74xx04 většinou nemají. Takže se napětí na výstupu ustálí někde mezi nulou a jedničkou (podobně i na vstupu), kondenzátor na věc nemá vliv. Pomohlo by zapojit třeba tři invertory za sebou nebo nejlépe použít invertor s hysterezí. Potom by byl princip popsaný v původním článku samozřejmě správný.

hu

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #8 kdy: 14. 06. 2015, 15:30:10 »
Uvedené zapojení nebude oscilátor. Aby to byl oscilátor, musel by mít invertor hysterezi vstupu, což obvody řady 74xx04 většinou nemají. Takže se napětí na výstupu ustálí někde mezi nulou a jedničkou (podobně i na vstupu), kondenzátor na věc nemá vliv. Pomohlo by zapojit třeba tři invertory za sebou nebo nejlépe použít invertor s hysterezí. Potom by byl princip popsaný v původním článku samozřejmě správný.

K variantě s třemi invertory bych jen doplnil, že oscilace zde nastávají v důsledku transportního zpoždění - narozdíl od schmitťáku.

Pavouk106

  • *****
  • 2 400
    • Zobrazit profil
    • Můj blog
    • E-mail
Re:Jak pracuje oscilátor?
« Odpověď #9 kdy: 24. 06. 2015, 11:00:22 »
Hele, já nikdy nerozumněl těmhle znakům (invertory, brány apod.) v elektro schématech. Řekl bych, že v původním obrázku (zvlášť pro takovýho tupce jako jsem já) chybí podstatná informace - invertor je napájenej, ted z mýho pohledu do trojúhelníku jeden drát zespoda (zem) a druhej shora (napájecí napětí invertoru)...?

Na výstupu invertoru je buď 1 nebo 0 (tedy buď zem nebo napájecí napětí) a na vstupu je jen logická 0 nebo 1 (tedy řekněme například napětí 0 - 0,3V pro 0 a 4,7 a více pro 1). Tím pádem by pak obvod fungoval (pominu li hysterezi, o který jen vim že něco takovýho existuje) přesně tak, jak je popsáno: Kondík se nabije přes rezistor (za nějakou dobu, tedy periodu) a jakmile překročí mezní napětí vstupu invertoru (4,7V), tak se na výstupu objeví 0 (zem, LOW) a kondík se přes rezistor zase vybije k mezní hodnotě vstupu invertoru (0,3V), tím pádem invertor zase nahodí na výstupu 1 (HIGH) a začne se znova nabíjet a furt dokola...

Chápu dobře?

ghost

Re:Jak pracuje oscilátor?
« Odpověď #10 kdy: 24. 06. 2015, 11:21:47 »
Chapete to dobre, mimochodem podobne schema jsem videl i v ceske elektro literature (tusim ze to byla ucebnice od Matatka).

mhi_

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #11 kdy: 24. 06. 2015, 12:33:22 »
Uvedené zapojení nebude oscilátor. Aby to byl oscilátor, musel by mít invertor hysterezi vstupu, což obvody řady 74xx04 většinou nemají. Takže se napětí na výstupu ustálí někde mezi nulou a jedničkou (podobně i na vstupu), kondenzátor na věc nemá vliv. Pomohlo by zapojit třeba tři invertory za sebou nebo nejlépe použít invertor s hysterezí. Potom by byl princip popsaný v původním článku samozřejmě správný.

Dle me zkusenosti takove zapojeni (obyc invertor bez zpozdeni a hystereze) "fungovat" muze (spolehnout se na to ale moc neda). Delal jsem horsi vec, potreboval jsem hodiny do CPLD, tak jsem je vyrobil tak, ze na 2 piny jsem privedl prave ten invertor (syntetizovany v HDL) a tam udelal "oscilator". K memu prekvapeni po chvili laborovani s R/C se rozjel. Do aplikace vyzadujici nenulovou miru spolehlivosti bych ale ani jedno nepouzil :-).

Jenda

Re:Jak pracuje oscilátor?
« Odpověď #12 kdy: 24. 06. 2015, 14:23:25 »
Řekl bych, že v původním obrázku (zvlášť pro takovýho tupce jako jsem já) chybí podstatná informace - invertor je napájenej, ted z mýho pohledu do trojúhelníku jeden drát zespoda (zem) a druhej shora (napájecí napětí invertoru)...?

To se považuje za samozřejmost a vynechává se to. Ve složitějších schématech budeš rád že ti z hradel a operačních zesilovačů povede o dva spoje míň, i bez nich je to dostatečně nepřehledné.

Na výstupu invertoru je buď 1 nebo 0 (tedy buď zem nebo napájecí napětí) a na vstupu je jen logická 0 nebo 1 (tedy řekněme například napětí 0 - 0,3V pro 0 a 4,7 a více pro 1). Tím pádem by pak obvod fungoval (pominu li hysterezi, o který jen vim že něco takovýho existuje) přesně tak, jak je popsáno: Kondík se nabije přes rezistor (za nějakou dobu, tedy periodu) a jakmile překročí mezní napětí vstupu invertoru (4,7V), tak se na výstupu objeví 0 (zem, LOW) a kondík se přes rezistor zase vybije k mezní hodnotě vstupu invertoru (0,3V), tím pádem invertor zase nahodí na výstupu 1 (HIGH) a začne se znova nabíjet a furt dokola...

Chápu dobře?
[/quote]

Pitrs

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #13 kdy: 24. 06. 2015, 16:13:31 »
Jak funguje výše uvedené schéma je vysvětlené zde: https://www.youtube.com/watch?v=Oi483GlQ5Rk

Kondenzátor je nádobka, postupně se do ní napouští voda rezistorem nahoře, když je nádobka plná, invertor jí vylije a začíná se znova.
A to přesně takhle: https://www.youtube.com/watch?v=Oi483GlQ5Rk
Kondík = nádobka
Rezistor = přitékající voda
Invertor = překlápěcí mechanismus

Celé to je samozřejmě velmi nepřesné, ale to je fuk.

Nahodou tohle vysvetleni je celkem trefne.
Jeste si ho dovolim vylepsit.

kondik = udava kapacitu nadobky. Cim vetsi tim dele trva nez se naplni / vyprazdni

Rezistor = omezuje prutok vody do nadobky a prutok vody odtekajici z naddobky pro preklopeni. Tj. cim vetsi odpor tim pomaleji se bude nabobka plnit a vyprazdnovat , tim pomaleji bude soustava kmitat

Invertor = "Prepklapec". Je li nadobka plna tak necha vodu "odtekat". Je li prazdna tak vodu "nacerpava". Neguje stav nadobky (stav na vstupu tj. stav kondiku).

Tu je jeste treba poznamenat, ze ve schematu byl myslen negator pouzivajici binarni logiku. Tedy neco jako striktni nazor typu "Nadoba je plna az dokud nedosahne voda urcite hladiny" a "nadoba je prazdna az hladina neklesne do takoveto urovne.

Takze z teto analogie se daj treba odvodit jak bude vypadat vzorec pro frekvenci kmitani.

Jo nekdo tu psal ze rozdil napeti je ubytek elektronu. Kdepak, elektrony se neztraci a neobjevuji jen tak.
Analogie s tekutinou - voda se taky jen tak neztrati vzdy nekam odtece.
(Odparovani se v analogii k elektrickym obvodum neuznava)

MartinX

Re:Pro IT kutily.
« Odpověď #14 kdy: 24. 06. 2015, 16:54:13 »
(Odparovani se v analogii k elektrickym obvodum neuznava)

Analogiou odparovania je v elektrickych obvodoch napriklad emisia elektronov vo vakuu (napriklad z katody v elektronkach).