Kare dalga veya üçgen dalga dendiği zaman akıllara genellikle osilatör elemanı gelir. Gömülü (embedded) 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.
DC kaynaktan aldığı akımı bir başka devreyi yüksek güçte beslemek için AC akıma çeviren osilatörlere ise invertör yani güç çevirici adı verilir. Invertörler özellikle güneş panelleri, rüzgar türbinleri gibi yerlerde sıklıkla karşımıza çıkmaktadır.
Elektronik uygulamalarda osilatör, elektriksel salınımları üreten bir devredir. Elektriksel salınım gerilim ya da akım dalga biçimindeki tekrarlamalı bir değişimdir. Temel olarak osilatör bir DC (doğru akım) giriş gerilimini bir AC (alternatif akım)çıkış gerilimine dönüştürür. Çıkış dalga biçiminin şekli sinüs dalga, kare dalga, üçgen dalga ya da periyodik aralıklarla tekrarlandığı sürece herhangi bir dalga şekli olabilir.
Serbest çalışan bir osilatörler bir kez harekete geçirildikten sonra bir ac çıkış sinyali üretir; bu AC sinyalinin küçük bir bölümü girişe geri beslenip, orada yükseltilir. Giriş sinyali yükseltilerek çıkışa gelir ve aynı süreç tekrar eder; oluşan sürece tekrar üretimli süreç denir. Çıkış sinyali giriş sinyali sinyaline bağlıdır; aynı şekilde giriş sinyali de çıkış sinyaline bağlıdır.
Barkhausen Kriteri’ne göre, bir geri besleme devresinin salınımlarını sürdürebilmesi için, geri besleme döngüsünün çevresindeki net kazanç 1’e eşit ya da 1’den fazla olmalı ve döngünün çevresindeki net faz kayması 360°’nin pozitif tamsayı katı olmalıdır.
Geri beslemeli bir osilatörünün çalışması için 3 koşulun yerine gelmesi gerekmektedir; bunlar yükseltme, pozitif geri besleme, frekansa bağlı olma.
Yükseltme; devre yükseltme yapabilmelidir.
Pozitif geri besleme; Çıkış sinyalinin girişe geri beslenebileceği tam bir yol bulunmalıdır. Bu sinyal tekrar üretimli olmalıdır, yani sinyal salınımlarını sürdürebilmek için doğru faza ve genliğe sahip olmalıdır. Eğer faz doğru değilse salınımlar sona erer. Burada kullanılan “pozitif” sözcüğü geri beslemenin fazının salınım sürecine yardım ettiği anlamına gelir (+) veya (-) polarite göstermez.
Frekansa bağlı olma; Osilatörün frekansının belirlenmesi veya değiştirilmesini sağlayabilecek devre elemanları bulunmalıdır.
Osilasyon Kriterleri
Bir devrenin salınmasına neden olan olaylar nelerdir? Osilasyon için ilk olarak, çıkış işaretinin belli bir parçasını girişe geri beslenmesine izin verecek iki kapılı bir devre elemanına ihtiyaç vardır. Eğer geribesleme işareti giriş işretinden daha büyük ve eş fazlı ise osilasyon başlar ve doyma olayı kapalı çevrim kazancını 1’e düşürene kadar artmaya devam eder.
Girişe, çıkış işaretinin bir parçasının aynı fazda uygulanması pozitif geri besleme olarak adlandırılırÖzetlenirse; osilasyon için Berkhausen Kriterleri olarak adlandırılan koşullar aşağıdaki gibi verilebilir.
- Geribesleme çevrimi üzerindeki toplam faz kayması 00 olmalıdır.
- Kapalı çevrim kazancı (Kuvvetlendirici kazancı Av ile geribesleme devresi kazancı β çarpımı) 1 e eşit olmalıdır.
Osilasyon devresine ilk güç uygulandığında harici enerji kaynağı yardımı ile devrede meydana gelen değişim nedeni ile harmonikler açısından zengin ancak anlık bir geçiş dönemi yaşanır. Osilatörün geribesleme devresi, aynı zamanda, bir frekans belirleme devresidir.
Devre çıkışında meydana gelen bu harmonikler içerisinden ancak geribesleme devresi tarafından belirlenen frekans girişe aynı fazda uygulanır.
İşaretin gelişimi fazında, kapalı çevrim kazancı 1 den büyük olmalıdır ki girişe uygulanan işaret kuvvetlendirici tarafından istenilen büyüklüğe zaman içerisinde ulaştırılsın. Bu duruma ya kuvvetlendiricinin ya da geribesleme devresinin kazancını düşürecek bir devre düzenlemesi ile ulaşılabilir. Bu işlem kuvvetlendirici doyma (satürasyon) nedeni ile kırpılmaya ulaşmadan önce yapılırsa çıkış işaretinin dalga şekli sinüs, aksi halde kuvvetlendiricinin kesim ve doyma aralıklarında çalışacağı kare dalga şeklinde olacaktır.
