Osilatör Nedir? 1. Bölüm |
ElektrikPort Akademi

Osilatör, özellikle elektronik devrelerde kare, üçgen ve testere gibi sinyalleri üreten bir elektronik düzenektir. Salıngaç adıyla da bilinir ve bir diğer tanımla elektrik salınımları üretir. Peki osilatörün görevleri nedir? Ne işe yarar? Ayrıntılar yazımızda.

A- A+

19.06.2015 tarihli yazı 117423 kez okunmuştur.

Osilatör Osilasyon Elektrik Elektronik Akım Gömülü Sistem ElektrikPort Akademi

Osilatör Nedir?

Kare dalga veya üçgen dalga dendiği zaman akıllara genellikle osilatör elemanı gelir. Gömülü sistemlerde, elektronik devrelerde bu dalga şekillerini osilatör yardımıyla elde ederiz. Osilatör, bir yükselteç yardımıyla verdiği çıktıyı girdi olarak geri alır. Bu duruma pozitif geri besleme denirken, bu sayede sinyal her seferinde kendini yenilemiş olur.

Osilatörün çalıştığı frekans ise quartz kristali gibi maddeler kullanılarak belirlenir. Örneğin düşük frekans osilatörleri (LFO) 0.1 Hz ile 10 Hz arasında dalgalar üretirler. Yüksek frekanslarda (100 kHz-100 GHz) çalışan osilatör çeşitleri (RF Osilatör) de mevcuttur.

Şekil 1: Geri Besleme Modülü

DC kaynaktan aldığı akımı bir başka devreyi yüksek güç te beslemek için AC akıma çeviren osilatörlere ise invertör yani güç çevirici adı verilir. Invertörler özellikle güneş panelleri, rüzgar türbinleri gibi yerlerde sıklıkla karşımıza çıkmaktadır.

Osilasyon Nedir?

Elektrik-elektronik sistemlerde zaman içerisinde yönü ve şiddeti belli bir düzen içerisinde değişen elektrik sinyallerine osilasyon denir. Devrenin çıkışında osilasyon oranının fazla olması ise istenmeyen bir durumdur. Bu amaçla osilasyonları azaltmak için çeşitli devreler kullanılır. Bu devrelere örnek olarak aktif-pasif elektronik filtreler gösterilebilir.

Ancak bazı sistemlerde ise osilasyon, bir ihtiyaçtır. Bu yüzden de osilasyon sinyalleri üreten devrelere de ihtiyaç vardır. Bu devrelerde osilatörler kullanılır ve devrelere osilatör devreleri denir.

Şekil 2: Osilasyon Sinyal Çeşitleri

► İlginizi Çekebilir: Sinyal İşleme Nedir?

Peki osilasyon kriterleri nelerdir? Osilasyon için öncelikle iki kapılı bir devre elemanına ihtiyaç vardır. Aynı zamanda geri besleme yapılırken herhangi bir faz farkı (faz kayması) olmaması gerekmektedir. Bu yüzden faz açısı 0 olmalıdır. Kapalı çevrim kazancının da 1'e eşit olması gerekir.

Osilatör Çalışma Mantığı

Osilatörlere kendi kendine sinyal üretebilen cihazlar tanımlaması yaparsak pek de yanlış sayılmaz. Osilatörler bir kez çalışmaya başladıktan sonra AC çıkış sinyali üretmeye başlarlar. Bu sinyalin bir kısmı girişe geri beslenip, yükseltilirler ve çıkışa geri gönderilerek bir döngü haline getirilir.

Geri beslemeli bir osilatörün uygun bir şekilde çalışabilmesi için 3 koşulu sağlaması gerekir:

♦ Yükseltme
♦ Pozitif Geri Besleme
♦ Frekansa Bağımlı Olması

Şekil 3: Osilatör Devre Şeması

Osilatörün çalışma mantığını en basit şekilde bir devre kurarak da anlayabiliriz. Tek yapmamız gereken bir kapasitör (kondansatör) ve indüktörü (bobin) devrede birbirine bağlamak. Bilindiği gibi her iki eleman da enerji depo edebiliyor ancak kapasitör elektrik alan formunda depolarken, indüktör ise manyetik alan formunda depolama yapıyor.

Kapasitörü şarj ettikten sonra kapasitöre seri olacak şekilde devreyi tamamlayan bir indüktör ekleyelim. Bu durumda kapasitör enerjisini indüktöre aktarmaya başlayacak ve indüktör üzerinde bir manyetik alan oluşacak. Kapasitörün enerjisi tamamen bittiğinde indüktör, devreden akan akımın devam etmesini sağlayacak ve kapasitörün diğer tabakasını şarj edecek.

Şekil 4: Kristal Osilatör Örneği

► İlginizi Çekebilir: Elektriği Neden Sinüsoidal Formda Kullanıyoruz?

Bu sefer de indüktörün manyetik alanı söndüğünde, kapasitör ters polarize olmuş bir şekilde yeniden şarj edilmiş olacak. Bu döngü aynı pozitif geri besleme durumunda olduğu gibi uzun bir süre devam edecektir. Ancak kablo daki direnç kaybı vb. sebeplerden dolayı bir süre sonra duracaktır.

Osilatör Kullanım Alanları

Osilatörler televizyon, radyo, telsiz, FM alıcı-verici gibi sistemlerde ve daha çok elektronik-haberleşme sistemlerinde ve otomasyon sistemlerinde yaygın biçimde kullanılırlar. Video oyunlarda kullanılan sesleri üretmek için de kullanılan osilatör çeşitleri mevcuttur.

Osilatörler devrede hangi amaçlar için kullanılır? Karışık sistemlerdeki elemanların her birinin görevlerini düzgünce yerine getirebilmesi için çeşitli sayıda sinyallere ihtiyaç duyulur. Örneğin bir mikrodenetleyici devresinde program çalıştırabilmek için kare dalga tetiklemesi gerekmektedir. Bunun en büyük örneğini ise Arduino üzerindeki osilatörde görebiliriz.

Şekil 5: Arduino Üzerindeki Osilatör

Osilatörlerin kullanım amacı, en genel ifade ile istenilen yerde istenilen miktarda ve istenilen türde sinyal üretimi sağlamak ve devrenin, elemanların ve sistemin tüm ihtiyaçlarını bu doğrultuda gidermektir.

Tarihçesi

İlk osilatörün temelleri 1892 yılında Elihu Thomson tarafından atılmış. Paralel LC devresi kuran Thomson, metal elektrodlar kullanmış. 1900 yılında ise William Duddell tarafından yeniden keşfedilen osilatör, popülaritesini bu yıllarda arttırmaya başlamıştır.

Duddell ise osilatörü, elektronik devresiyle kraliçe için bir şarkı çalarak meşhur etmiştir. Londra Elektrik Mühendisliği Enstitüsü tarafından da desteklenen Duddell daha sonra yüksek frekans ile radyoları geliştirme amacıyla osilatörleri kullanma seviyesine erişemeden çalışmasını bırakmıştır.

Şekil 6: Yüksek Isıya Dayanıklı Voltaj Kontrollü Kristal Osilatör

Ancak 1902 yılında Valdemar Poulsen, osilatörü Duddell'ın bıraktığı yerden alarak radyo frekansları seviyesinde geliştirmiştir. Bu doğrultuda 1920 yılında ilk FM alıcı-verici cihazın temellerini atmıştır.

1920 yılına kadar vakum tüp teknolojisi, pozitif geri besleme, yükselticilerin osilatörlerde kullanılması gibi çok önemli buluşlar ve geliştirmeler yapılmıştır. Özellikle General Electric firmasının girişimlerinden sonra, 1934 yılında Lee De Forest isimli Amerikalı mucit, radyo teknolojisinin en karmaşık geliştiricisi ödülüne layık görülmüştür.

Şekil 7: Yüksek Frekansta Çalışan Kristal Osilatör

► İlginizi Çekebilir: 4G ve 5G Nedir? | Telekomünikasyon Teknolojileri

1940 yılında ise osilatörün frekans kapasitesi çok daha ileri seviyeye getirildi ve çeşitli hesaplamalar ile daha uygun bir boyuta indirgendi. 1969 yılında ise K. Kurokawa tarafından modern mikrodalga osilatörü dizaynı piyasaya çıktı ve günümüzde kullanılan osilatörlerin temeli atıldı.