Avtor: Brnot Eva
Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta
Datum: 2025-02-06

NAPETOSTNO KRMILJENI OSCILATOR

Povzetek

Pri premetu projekti iz elektronike sem izdelala napetstno krmiljeni oscilator (VCO). Vezje generira trikotni in pravokotni sinal, katerega frekvenca je odvisna od vhodne napetosti. Za krmiljenej napetosti, sta uporabljena optični izolator in potenciometer.

Ključne besede: napetostno krmiljeni oscilator, operacijski ojačevalnik, Schmittov sprožilnik, optični izolator, modularni sintetizator

Uvod

Pri predmetu Projekti iz elektronike sem si za projekt izbrala izdelavo napetostno krmiljenega oscilatorja (VCO), ki je glavna komponenta v analogni in modularni sintetizatorski tehniki. Ideja za projekt se mi je porodila, ko sva s sošolcem poslušala radio pri delu v delavnici. Cilj projekta je bil zasnovati in izdelati delujoč oscilator, ki proizvaja zvok z različnimi frekvencami glede na vhodno napetost.

Delovanje vezja

Vezje oscilatorja je zasnovano na osnovi Schmittovega sprožilnika, ki mu je na invertirajočem vhodu dodan kondenzator C1. Ta se preko upora na povratni zanki med izhodom in invertirajočim vhodom komparatorja napetosti polni. Izhodni signal je torej graf napetosti na tem kondenzatorju v odvisnosti od časa. Frekvenca polnenja kondenzatorja – frekvenca izhodnega signala – je odvisna od kapacitivnosti kondenzatorja in upornosti tega upora. Najlažje spreminjamo upornost, zato je upor na povratni zanki med izhodom in invertirajočim vhodom spremenljiv. Kot prikazuje slika 2, je vzporedno uporu vezan optični izolator. Ta nam omogoča, da s spreminjanjem osvetljenosti LED diode, spreminjamo upornost na povratni zanki in s tem frekvenco signala. Na ta način vezje na izhodu TS1 genrira stabilen žagast signal, ki mu lahko, s spreminjanjem vrednosti potenciometra RV1 , spreminjamo frekvenco. Z vrednostimi elementov, ki so zapisane v tabeli, nam oscilator generira signal s frekvencami od 0 Hz – 16 kHz, kar pokrije večino razpona frekvenc, ki jih slišimo ljudje.

Da lahko izhodni signal vežemo na zvočnik in ga tudi slišimo, moramo uporabiti še sledilnik napetosti, saj drugače upornost zvočnika vpliva na izhodni signal.

Posentek delovanja vezja: https://youtu.be/HwI14WiwIY4

Slika, ki vsebuje besede diagram, besedilo, vrstica, zemljevid Opis je samodejno ustvarjen{width=”4.313106955380578in” height=”3.405184820647419in”}

Slika, ki vsebuje besede besedilo, diagram, posnetek zaslona, načrt Opis je samodejno ustvarjen{width=”4.3756047681539805in” height=”4.752275809273841in”}

Slika, ki vsebuje besede besedilo, diagram, vrstica, posnetek zaslona Opis je samodejno ustvarjen{width=”3.408438320209974in” height=”4.148254593175853in”}

{width=”2.9131102362204726in” height=”2.185317147856518in”}

Izdelava vezja

Najprej je sem zvezala osnovno vezje oscilatorja, prikazano na sliki 1. Pri preizkusu z zvočnikom se je izkazalo, da bo potreben sledilnik napetosti, katerega vezava je narisana na sliki 3. Na koncu sem izdelala še optični izolator, tako da sem LED diodo in fotoupor skupaj zaprla v svetlobno nepropustno gumico. Z vezavo vezja na sliki 2 je bilo omogočeno krmiljenje frekvence signala. V tabeli 1 so navedeni vsi uporabljeni elementi, poleg tega pa sem uporabila še osciloskop, multimeter in zvočnik, da sem ves čas spremljala delovanje vezja.

Element Vrednost Število
LM741 / 2
Prototipna plošča / 1
Vir napetosti +12 V, -12 V, GND 1
Upori 9,1 kΩ 2
  470 kΩ 2
  33 kΩ 1
  270 Ω 1
Kondenzator 0,47uF 1
Fotoupor   1
Potenciometer 10kΩ 1
LED dioda / 1
Gumica    
Žice    

: Slika 1 Vezje oscilatorja

{width=”6.379617235345582in” height=”2.8250962379702536in”}

Slika, ki vsebuje besede električna napeljava, elektronsko inženirstvo, kabel, elektronika Opis je samodejno ustvarjen{width=”3.3087904636920387in” height=”2.4821423884514435in”}

Slika, ki vsebuje besede elektronsko inženirstvo, elektronika, električna napeljava, kabel Opis je samodejno ustvarjen{width=”3.8245505249343834in” height=”2.869048556430446in”}

Zaključek in ugotovitve

S projektom sem zadovoljna, saj sem se med izdelavo veliko naučila – proces izdelave potekal precej raziskovalno. Med procesom sem poskusila frekvenco oscilacij spreminjati z uporabo tranzistorja, kar se sicer ni izšlo po pričakovanjih, vendar sem se pri tem podrobneje seznanila s karakteristikami in delovanjem bipolarnih tranzistorjev.

Vezje je sicer prezahtevno za uporabo v osnovni šoli, vendar bi bilo lahko primerno za dijeke srednjih šol, zlasti v programih, povezanih z elektrotehniko ali elektroniko. Njegova uporabna vrednost se kaže tudi v tem, da je izdelek zelo atraktiven – delo z zvokom in generiranje različnih tonov je zanimivo in lahko pri dijakih vzbudi večje zanimanje za elektroniko.

Viri in literatura

[1] Kocijančič S. (2019). Elektronika 1. Ljubljana; Pedagoška fakulteta, Univerza v Ljubljani.

[2] Kocijančič S. (2020). Projekti iz elektronike. Ljubljana; Pedagoška fakulteta, Univerza v Ljubljani,

[3] Rihtaršič D. (2020). Projekti iz elektronike – vaje. Ljubljana; Pedagoška fakulteta, Univerza v Ljubljani.

[4] Podatkovni list LM741 https://www.ti.com/lit/gpn/lm741