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Nel mondo elettronico, qual è il principio chiave per rilassare un oscillatore?
Un oscillatore di rilassamento è un circuito oscillatore elettronico non lineare in grado di generare un segnale di uscita ripetuto non sinusoidale come un'onda triangolare o quadra. Il circuito è costituito da un circuito di retroazione e contiene dispositivi di commutazione come transistor, comparatori, relè, amplificatori operazionali o dispositivi a resistenza negativa come diodi tunnel. Carica continuamente il condensatore o l'induttore attraverso la resistenza fino a raggiungere una determinata soglia, quindi lo scarica. In questo processo, il periodo dell'oscillatore dipende principalmente dalla costante di tempo del circuito del condensatore o dell'induttore.
Gli oscillatori di rilassamento differiscono da altri tipi di oscillatori elettronici, come gli oscillatori lineari, in quanto utilizzano il feedback dell'amplificatore per eccitare le oscillazioni risonanti, generando così onde sinusoidali.
Gli oscillatori di rilassamento hanno una vasta gamma di applicazioni. Sebbene sia adatto per generare segnali a bassa frequenza, solitamente al di sotto della gamma audio, trova ancora una varietà di usi, come luci lampeggianti (come gli indicatori di direzione) e chiamanti elettronici. Vengono utilizzati anche in dispositivi come oscillatori controllati in tensione, inverter, alimentatori a commutazione e generatori di funzioni.
È interessante notare che il concetto di oscillatori di rilassamento non è limitato all'ingegneria elettronica, ma è ampiamente utilizzato nei sistemi dinamici in molti campi scientifici, che producono anche oscillazioni non lineari e possono utilizzare la stessa matematica del modello degli oscillatori di rilassamento elettronici per analizzare. Ad esempio, le fontane geotermiche, le reti di cellule nervose, i sistemi di riscaldamento a temperatura controllata e i battiti cardiaci umani possono tutti essere modellati come oscillatori di rilassamento.
Le oscillazioni di rilassamento sono caratterizzate da due processi alternati: un lungo periodo di rilassamento e un breve periodo impulsivo, che continuano alternativamente.
Progressi negli oscillatori elettronici per il rilassamento
Il primo circuito oscillatore rilassato, il multi-oscillatore astabile, fu inventato durante la prima guerra mondiale da Henry Abraham e Eugene Bloch. Baltasha van der Poel per primo distinse tra oscillazioni di rilassamento e oscillazioni armoniche nel 1920 e coniò il termine "oscillatore di rilassamento". Derivò anche il primo modello matematico di un oscillatore rilassato, il famoso modello dell'oscillatore di van der Pol.
Gli oscillatori di rilassamento possono essere suddivisi in due categorie in base alle diverse strutture circuitali: oscillatori con onda a dente di sega, onda spazzata o feedback e multi-oscillatori astabili. Il condensatore di accumulo dell'energia in un oscillatore a onda a dente di sega si carica lentamente ma si scarica quasi immediatamente, quindi la forma d'onda di uscita è principalmente una forma d'onda a dente di sega. In un multi-oscillatore astabile, i processi di carica e scarica del condensatore vengono eseguiti attraverso il resistore e la forma d'onda di uscita contiene pendenze ascendenti e discendenti.
Applicazione dell'oscillatore di rilassamento
Gli oscillatori di rilassamento sono ampiamente utilizzati grazie al loro design relativamente semplice e alla facilità di fabbricazione nei circuiti integrati. Non richiedono un induttore come gli oscillatori LC, il che li rende più facili da schermare e regolare. Questo tipo di oscillatore può svolgere un ruolo importante nei circuiti di base dei tempi, nelle applicazioni audio e negli strumenti di test, come la musica strumentale elettronica nell'era delle valvole e il circuito di base dei tempi degli oscilloscopi CRT.
Sebbene gli oscillatori rilassati siano facili da progettare, il loro rumore di fase e la stabilità della frequenza non sono buoni quanto gli oscillatori lineari.
Il futuro e le sfide degli oscillatori di rilassamento
Con lo sviluppo della tecnologia microelettronica, molti semplici oscillatori di rilassamento hanno iniziato a utilizzare circuiti integrati dedicati, come il chip timer 555, per sostituire i dispositivi a resistenza negativa (come luci al neon o transistor unipolari) utilizzati nei primi tempi. Negli ultimi anni, gli oscillatori di rilassamento hanno svolto un ruolo indispensabile in vari generatori di forme d'onda, circuiti di ritardo temporale e altre applicazioni elettroniche.
Guardando alla storia, all'applicazione e allo sviluppo degli oscillatori di rilassamento, questo tipo di circuito svolge senza dubbio un ruolo fondamentale nella tecnologia elettronica. Tuttavia, con i cambiamenti tecnologici, è possibile avere progetti di oscillatori più efficienti o stabili in futuro ?
