کزاز الکترونیک

طراحی وساخت مدارات ساده تا پیشرفته الکترونیک ومعرفی قطعات

اسیلاتور یا نوسان ساز چیست؟
ساعت ٧:٤۱ ‎ب.ظ روز سه‌شنبه ٢۳ اردیبهشت ۱۳٩۳   کلمات کلیدی:

 

اوسیلاتور ها برای ساختن موج حامل انرژی رادیوئی وصوتی در مدارات رادیوئی استفاده می شوند.و اصولا دارای خروجی موج سینوسی هستند.اوسیلاتور ها برای ساختن موج حامل انرژی رادیوئی وصوتی در مدارات رادیوئی استفاده می شوند.و اصولا دارای خروجی موج سینوسی هستند.گرچه شکل موجها میتوانند مانند موج مربعی یا دندانه اره ای متفاوت باشند.شکل موج های سینوسی ممکن است dc یا ac باشند.

 



مقدمه

نوسان سازها یا مولدهای موج در سیستمهای مختلف الکترونیکی دارای کاربردهای وسیع و حساسی می‌باشند. در مدارهای مخابراتی ، دیجیتالی و بسیاری دیگر از مدارهای الکترونیکی نوسان سازها به عنوان یکی از بخشهای اصلی تلقی می‌شود. آنچه که در طراحی نوسان سازها بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد شکل موج دلخواه با فرکانس مورد نظر می‌باشد و هر خواسته طراحی متوجه فرکانسهای بالا با شکل موج پایدارتری می‌باشد به همان میزان دقت عمل و بهره گیری از فن آوریهای پیشرفته بیشتر احساس می‌گردد. با توجه به مطالب فوق ، به موازات پیشرفت فن آوری در زمینه ساخت قطعات مجزا و مجتمع (آی سی) ، روشهای متعدد در زمینه طراحی در سطوح مختلف کاربردی از سوی طراحان مربوطه از گذشته تا به حالا ابداع گردیده است. 



img/daneshnameh_up/5/54/osilator.jpg

 

نوسان ساز با فیدبک

بطور کلی در مدارهای فیدبک دار بواسطه شبکه فیدبک قسمتی از سیگنال خروجی با سیگنال ورودی برای دستیابی به مقاصد مشخصی مخلوط می‌گردد. در مدارهای تقویت کننده که هدف بهبود و تثبیت و مشخصات تقویت کنندگی (یعنی مقاومت ورودی و خروجی و بهره ولتاژ و جریان ، پاسخ فرکانسی و عملکرد خطی تقویت کننده) است، عموما از فیدبک منفی استفاده می‌شود. اما نوسان سازهای با فیدبک ، تقویت کننده‌هایی هستند که خروجی انها بواسطه شبکه فیدبک مثبت به حالت ناپایداری ونوسان رسیده است. بوجود آمدن این حالت بدان علت است که شبکه فیدبک به صورت تشدید کننده (مثبت) و بر هم زننده پایداری و نه تثبیت کننده (منفی) پایداری تقویت کننده عمل نموده است.

با بیانی ساده فیدبک مثبت زمانی اتفاق می‌افتد که علاوه بر 80 درجه اختلاف فاز خروجی نسبت به ورودی تقویت کننده ، قسمت نمونه گیری شده موج در مسیر شبکه فیدبک و در اعمال به ورودی 180 درجه اختلاف دیگر یعنی مجموعا 360 درجه اختلاف فاز نسبت به ورودی پیدا می‌کند (هم فاز می‌شوند). بنابراین با توجه به همفاز بودن موج ورودی و موج نمونه گیری شده ، خروجی مدار به حالت ناپایدار در خواهد آمد. 

نوسان سازهای رادیویی (Radioferq - RF)

نوسان سازهای رادیویی همانطور که از نامشان پیداست برای تولید امواج در محدوده فرکانسی رادیویی برای بکار گیری در مدارهای مخابراتی طراحی و ساخته می‌شوند. در این نوع نوسان سازها شبکه فیدبک به صورت LC (سلف و خازن) و بکار گیری سه روش پایه‌ای آرمسترانگ ، کولپیتس و هارتلی قابل پیاده سازی می باشند. بنا به خاصیت فیلتری مدارات LC و عبور دادن محدوده فرکانسی مشخصی از خود ، دستیابی به فرکانس مورد نظر شکل موج خروجی از طریق محاسبه مقادیر L و C شبکه فیدبک امکان پذیر می‌باشد.

بطوری که تنها موج با فرکانس تعیین شده می‌تواند از خروجی و از طریق مسیر فیدبک به ورودی اعمال گردد. این روزها به دلیل مشکلات طراحی از طریق مدار و دستیابی دقیق به فرکانس مورد نظر از عنصری به نام کریستال استفاده می‌گردد. کریستالها از مواد پیزو الکتریک که خاصیت جالبی دارند ساخته می‌شوند. این ویژگی عبارت است از اینکه هرگاه به این مواد ولتاژ الکتریکی اعمال شود شروع به لرزش و تکان مکانیکی ، با فرکانس مشخصی می‌نمایند و اگر به آنها لرزه وارد شود ولتاژ ضعیف الکتریکی تولید می‌نمایند. کریستالها علاوه بر نوسان سازهای رادیویی در سایر نوسان سازهای دیگر نیز به عنوان عنصر فرکانسی مهم و مطمئن کاربرد دارد و نقش خود را ایفا می‌نماید. نوسان سازهای رادیویی را در صورتهای مختلف ، بسته به محل بکارگیری این در سیستمهای مخابراتی و با محدوده فرکانسی متنوع رادیویی می‌توان دید. 

نوسان سازهای منطقی

در سیستم دیجیتالی تولید پالس ساعت با شکل موج و فرکانس قابل قبول از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای تولید پالس ساعت مورد نیاز سیستم می‌توان از امکانات موجود در آی سی‌های TTL (سری 7400) و CMOS (سری 4000) به همراه قطعات جانبی استفاده نمود. در مواردی که اهمیت پایداری فرکانس در حداقل ممکن خود قرار می‌گیرد می‌توان مدار نوسان ساز را با استفاده از گیتهای منطقی ، مقاومت و خازن (RC) ساخت. در شکل زیر یک نمونه نوسان ساز پالس ساعت CMOS را مشاهده می‌نمایند. در کاربردهای دقیقتر ، استفاده از کریستال به همراه مدار RC بسیار متداول می‌باشد. همانطور که گفته شد کریستالها در اطراف فرکانس کار خود ، نوسان می‌نمایند. بنابراین در طراحی این نوع مدارها تعیین مقدار C , R برای بکار گیری صحیح کریستال مهم می‌باشد. در موارد حساستر مانند سیستمهای ریز پردازنده (میکرو پروسسوری) اغلب آی سی‌های پالس ساعت مخصوص چه به صورت مجزا و یا درون آنها ساخته می‌شود که کریستالها را در رابطه با آنها بکار می‌گیرند. 

مسیر اصلی نوسان سازها

تا کنون صرف نظر از قسمت (شبکه) فیدبک نوسان سازهای با فیدبک در بخش مسیر اصلی نوسان سازها (قسمت تقویت کننده) مدارهای ترانزیستوری و منطقی را ملاحظه کردید. در بسیاری از موارد ، بکار گیری تقویت کننده‌های عملیاتی در این بخش می‌تواند علاوه بر ساده سازی مراحل طراحی ، امکان تولید شکل موجهای مختلف از قبیل سینوسی ، مربعی و مثلثی را ایجاد نماید. تقویت کننده‌های عملیاتی را اغلب با شبکه‌های RC به صورت نوسان ساز طراحی می‌نمایند. در شکل زیر نمونه‌ای از مدار نوسان ساز با استفاده از تقویت کننده عملیاتی و شبکه RC را مشاهده می نمائید. 

تبدیل شکل موج سینوسی به مربعی

مدار مقابل می‌تواند با استفاده ورودی سینوسی آن را به شکل موج مربعی تبدیل نماید در واقع مدار فوق خود به تنهایی به عنوان نوسان ساز شناخته نمی‌شود بلکه به عنوان مکمل نوسان ساز تلقی می شود. 

تبدیل شکل موج مربعی به مثلثی

تقویت کننده‌های عملیاتی بکار رفته در مدارهای فوق بسته به محدوده فرکانسی موج و ملاحظات مداری می‌توانند متفاوت باشند. بطور مثال یکی از تقویت کننده‌های عملیاتی معمول LM399 است که می‌تواند با یک منبع تغذیه بر خلاف تقویت کننده عملیاتی 741 کار نماید که به عنوان یک امتیاز برای آن تلقی می‌گردد. 

 

 


اسیلاتور یا نوسانساز چیست؟


اسیلاتور یا نوسان ساز مداری است که پس از طی مدت زمان کوتاهی پس از اتصال تغذیه مستقیم، به نوسان پایدار میرسد. 
اسیلاتورها در ابتدا با استفاده از فیدبک مثبت ناپایدار شده و دامنه نوسان رو به افزایش مینهد. اما در دامنهای معین این افزایش دامنه متوقف شده و نوسانساز در آن دامنه شروع به نوسان میکند. 
به طور خلاصه خصوصیات یک اسیلاتور را میتوان به شرح زیر توصیف نمود: 
یک اسیلاتور بایستی دارای فیدبک مثبت برای افزایش دامنه نوسانات باشد. 
یک اسیلاتور میبایست پس از رسیدن به دامنه نهایی از ناپایدار شدن نوسانات جلوگیری کند. و با آن دامنه به نوسانات خود ادامه دهد. این امر از طرق مختلفی قابل دستیابی است. برای مثال استفاده از خاصیت بهره ترانزیستور که در آن با افزایش دامنه سیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور، بهره تقویتی ترانزستور کاهش مییابد و به جای تقویت، تضعیف صورت میگیرد. بهره متغیر ترانزیستور با پارامتر شکست در تجزیه (امکان ایجاد یا نوشتن اطلاعات در پوشه موقت (temp) ریاضی وجود ندارد.): G(x) 
‎ نشان داده میشود و با سیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور رابطه معکوس دارد.

وظیفه اصلی اسیلاتور ایجاد فرکانس یا همون نوسان هست که با فرکانسهای مختلفی و البته شکل های مختلف شکل میگیره. کاربرد اسیلاتورها در مخابرات برای عمل مدولاسیون کاربرد داره.به این صورت که یه فرکانس کم با طول موج زیاد(مثل صدا) رو روی به فرکانس زیاد با طول موج کم سوار میکنند که یه سری مزیت ها داره،مثلا نویز پذیری سیگنال رو در مدولاسیون FM بسیار کم میکنه و مهمتر از همه طول آنتن گیرنده و فرستنده رو کاهش میده.اثبات ریاضی یادم نیست ولی یادمه اگه یه موج صدا مدوله نمیشد طول آنتن فرستنده و گیرندش به حدود 1 کیلو متر میرسید.درصورتی که الآن حدود چند سانتی متره.البته این فقط یکی از کاربردهای بیشمار اسیلاتورهاست. و مدار تانک هم یه بخشی از اسیلاتوهاست.یعنی یه جورایی اصلی ترین قسمت اسلاتور هستش.مدار تانک نوسان میکنه و باقی مدار پایداری نوسانات و شکل موج خروجی و... رو به عهداه دارن. یکی دیگه از کاربردهای اسیلاتورها در تلویزیون،رادیو،مخابرات،تلفن همراه و... هستش.حتی بهتره بدونی فرکانس کاری میکروکنترلر ها رو هم اسیلاتور تعیین میکنه.بستگی داره توی چه علمی از اسیلاتور استفاده کنی که در هر علم کاربردش تفاوت داره.

نوسان‌ساز

یک نوسان ساز الکتریکی، مدار الکتریکی است که سیگنال الکتریکی تکرارشونده ،نوسانی تولید می‌کند، اغلب یک موج سینوسی یا یکموج مربعی. نوسان سازها جریان مستقیم(DC)را از منبع تغذیه به سیگنالی با جریان متناوب تبدیل می‌کنند.این‌ها به طور گسترده درخیلی از دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند .مثال‌های رایجی از سیگنال‌هایی که توسط نوسان سازها تولید می‌شوند شامل سیگنال‌هایی که توسطفرستنده‌های رادیو و تلویزیون ، پخش می‌شوند، علامت زمان سنجی که ساعت‌های کامپیوترها و کوارتزها را تنظیم می‌کنند و صدای تولید شده توسط بیپر الکترونیکی وبازی‌های ویدیویی است.

نوسان سازها اغلب توسطفرکانس سیگنال خروجی خود توصیف می‌شوند .

  • یک نوسان ساز صوتی ،فرکانس‌هایی را در محدوده صوتی تولید می‌کند،تقریبا از20HZ تا 20KHZ .
  • یک نوسان ساز RF، سیگنال‌هایی را در محدوده فرکانس رادیویی از 100KHZ تا 100GHZ تولید می‌کند .
  • یکنوسان ساز فرکانس پایین، یک نوسان ساز الکترونیکی است که فرکانس‌های زیر 20HZ تولید می‌کند . این واژه به طور نوعی در زمینه ترکیب کننده‌های صوتی استفاده می‌شود، برای تشخیص دادن ان از یک نوسان ساز فرکانس صوتی .

نوسان سازهایی که برای تولید یک خروجی AC توان بالا از یک منبع DC طراحی شده‌اند معمولا مبدل‌ها نامیده می‌شوند. دو نوع اصلی از نوسان سازها وجود دارد : نوسان ساز خطی یا هارمونیک و نوسان ساز غیرخطی یا رلاکسیون.

نوسان ساز خطی

نمودار بلوکی یک نوسان ساز خطی پس خورد; تقویت کننده A با خروجی ولتاژش از طریق یک فیلتر به ورودی ولتاژش فید بک می‌شود .

نوسان ساز هارمونیک ، یا خطی یک خروجی سینوسی تولید می‌کند . دو نوع وجود دارد :

نوسان ساز بازخورد

رایج ترین نوع یک نوسان ساز خطی ،یک تقویت کننده الکترونیکی مثل یکترانزیستور یا آپ امپی است که در یک حلقه وصل شده به گونه‌ای که خروجی آن از طریق یک فیلتر الکترونیکی مناسب فرکانس برای تولید بازخورد مثبت به ورودی اش پس خورد می‌شود. وقتی توان به تقویت کننده تحویل داده می‌شود و برای اولین بار وصل می‌شود، نویز الکترونیکی در مدار یک سیگنالی را به وجود می اورد تا نوسان سازی شروع شود،نویز در حلقه می‌چرخد و تقویت می‌شود و فیلتر می‌شود تا خیلی سریع به یک موج سینوسی با فرکانس واحد تبدیل می‌شود.

مدارهای نوسان ساز بازخورد می‌توانند مطابق با نوع فیلتر انتخاب کننده فرکانس که در حلقه بازخورد استفاده می‌کنند طبقه بندی شوند.

  • در مدار نوسان ساز RC ، فیلتر شبکه از مقاومت‌ها و خازن هاست ،نوسان سازهای RC بیشتر برای تولید فرکانس‌های پایین تر استفاده می‌شوند، به عنوان مثال در محدوده صوتی .انواع رایج نوسان سازهای RC ، نوسان ساز تغییر فاز و نوسان ساز پل ویناست.
  • در مدار نوسان ساز LC، فیلتر یک مدار تشدید (اغلب مدار مخزنی نامیده می‌شود) شامل یکالقاگر( L ) و خازن( C ) که به هم وصل هستند، است . بار بین صفحه‌های خازن از طریق القاگر جلو و عقب می‌رود و جابه جا می‌شود، بنابراین مدار تشدید می‌تواند انرژی الکتریکی نوسانی را در فرکانس تشدیدش ذخیره کند . در مدار مخزنی مقدار کمی اتلاف وجود دارد ،اما تقویت کننده ان اتلاف را جبران می‌کند و انرژی را برای سیگنال خروجی فراهم می‌کند. نوسان‌های LC اغلب در فرکانس‌های رادیویی استفاده می‌شوند ، وقتی یک منبع فرکانس تنظیم پذیر لازم است ،مثل تولید کننده‌های سیگنال ، فرستنده‌های رادیویی تنظیم پذیر و نوسان سازهای موجود درگیرنده‌های رادیویی. مدارهای نوسان ساز LC نوعی ، مدارهای هارتلی ،کولپیتس و کلاپ هستند .
  • در یک مدار نوسان ساز کریستالی ، فیلتر یک کریستال فیزوالکتریک ( معمولا یک کریستال کوارتز )است . کریستال به طور مکانیکی مثل یک تشدیدگر می‌لرزد ، و فرکانس لرزش ان ، فرکانس نوسان ساز را تعیین می‌کند . کریستال دارای عامل Q خیلی بالایی است ، همچنین پایداری دمای بهتری نسبت به مدارهای میزان شده دارد ، بنابراین نوسان سازهای کریستالی پایداری فرکانس بهتری نسبت به نوسان سازهای LC و RC دارند. ان‌ها برای ثابت کردن فرکانس بیشترفرستنده‌های رادیویی و برای تولید علامت زمان سنج در کامپیوترها و ساعت‌های کوارتز استفاده می‌شوند . نوسان سازهای کریستالی اغلب از مدارهای مشابه استفاده می‌کنند مثل نوسان سازهای LC ، با کریستالی که جایگزین مدار تشدید می‌شود ; مدارهای نوسان ساز شکست معمولا استفاده می‌شوند. کریستال‌های کوارتز به طور کلی به فرکانس 30MHZ یا کمتر محدودند. دستگاه‌های سطح موج صوتی نوع دیگری از تشدیدگرهای فیزیوالکتریکی هستند که در نوسان سازهای کریستالی استفاده می‌شوند که می‌توانند به فرکانس‌های بالاتر برسند. این‌ها در وسایل مخصوصی که نیاز به فرکانس بالا دارند مثل تلفن‌های سلول دار استفاده می‌شوند .

نوسان ساز مقاومت منفی

نمودار بلوکی نوعی یک نوسان ساز مقاومت منفی . در بعضی نوع‌ها ، دستگاه مقاومت منفی با مدار تشدید موازی وصل شده است. علاوه بر نوسان سازهای بازخوردی که در بالا توصیف شد که المان‌های فعال تقویت کننده با دو ورودی مثل ترانزیستور و آپ امپ استفاده می‌کنند ، نوسان سازهای خطی هم می‌توانند با استفاده از دستگاه‌هایی با یک ورودی ( دو ترمینال ) با مقاومت منفی مثل تیوب‌های ماگنترون ،دیودهای تونلی و دیودهای کان ساخته شوند . نوسان سازهای مقاومت منفی اغلب در فرکانس‌های بالا در محدودهمیکرو موجو بالا استفاده می‌شوند ، چون در این فرکانس‌ها نوسان سازهای بازخورد به طور ناچیز کار می‌کنند که باعث تغییر فاز زیاد در راه بازخورد می‌شود. در نوسان سازهای مقاومت منفی ، مدار تشدید ، مثل مدار LC ، کریستالی ،یا تشدیدگر جعبه‌ای ، در میان دستگاه با مقاومت دیفرانسیلی منفی وصل شده و ولتاژ DC بایاس برای فراهم شدن انرژی اعمال می‌شود . مدار تشدید خودش تقریبا یک نوسان ساز است ، اگر برانگیخته شود، می‌تواند انرژی را به عنوان نوسان الکتریکی ذخیره کند ، اما چون مقداری مقاومت داخلی دارد یا سایر اتلاف‌ها ، نوسانات میرا می‌شوند و به صفر افت می‌کنند . در اثر ایجاد یک تشدیدگر با هیچ میرایی، که نوسانات پیوسته خود به خود در فرکانس تشدید تولید می‌کند، مقاومت منفی دستگاه‌های فعال ،اتلاف داخلی مقاومت را در تشدیدگر لغو می‌کند .

مدارها

تعدادی از مدارهای نوسان ساز خطی :

  • نوسان ساز آرمسترانگ
  • نوسان ساز هارتلی
  • نوسان ساز کولپیتس
  • نوسانساز کلاپ
  • نوسان ساز خط تاخیر
  • نوسان ساز شکست ( کریستال)
  • نوسان ساز تغییر فاز
  • نوسان ساز RC (پل وین و تی وین -تی )
  • نوسان ساز LC تزویج شده
  • نوسان ساز وکر
  • نوسان ساز نوری الکترونیکی
  • نوسان ساز تری -تت
  • نوسان ساز رابینسون
  • نوسان ساز پیرس
  • نوسان ساز میلر

نوسان ساز رلاکسیون

نوشتار اصلی: نوسان ساز رلاکسیون

نوسان ساز غیرخطی یا رلاکسیون یک خروجی غیر سینوسی تولید می‌کند مثل موج مربعی ، دندان اره‌ای یا مثلثی .آن شامل یک المان ذخیره کننده انرژی (یک خازن ، یا به ندرت یک القاگر) و یک مدار سویچ کننده غیرخطی ( یک بست ،اشمیت تریگر، یا المان مقاومت منفی ) که به صورت دوره‌ای انرژی ذخیره شده در المان ذخیره کننده را شارژ و دشارژ می‌کند که باعث تغییر ناگهانی در شکل موج خروجی می‌شود. نوسان ساز رلاکسیون موج مربعی برای تولید علامت زمان سنجی مدارهای منطق ترتیبی مثل ، تایمرها و شمارنده‌ها استفاده می‌شوند ، اگرچه نوسان سازهای بلوری اغلب به خاطر پایداری بیشتر ترجیح داده می‌شوند . نوسان سازهای موج مثلثی یا دندان اره‌ای در مدارهای زمان مبنا که سیگنال‌های افقی برای لوله پرتو کاتدی در اسیلوسکوپ‌های انالوگ و دستگاه‌های تلویزیون تولید می‌کنند ، استفاده می‌شوند. درفانکشن ژنراتورها این موج مثلثی ممکن است با یک تقریب نزدیک به شکل یک موج سینوسی درآید.

نوسان سازهای حلقه‌ای از یک حلقه از طبقه‌های تاخیر فعال ساخته شده‌اند. در حالت کلی حلقه اعداد فرد تبدیل طبقات را دارد، بنابراین هیچ حالت پایداری برای حلقه ولتاژ داخلی وجود ندارد. درعوض یک انتقال حالت بدون پایان در اطراف حلقه پخش می‌شود .

انواع مدارهای نوسان ساز رلاکسیون شامل :

  • لرزه گر مرکب
  • نوسان ساز حلقه‌ای
  • نوسان ساز خط تآخیر
  • نوسان ساز رویر
  • نوسان ساز موج چرخان

مقایسه بین نوسان سازهای هارتلی و کولپیتس

تاریخچه

یکی از نوسان سازهای الکترونیکی بود که توسط الیهو توماس در ۱۸۹۲ ساخته شد. نوسان ساز توماس مدار تشدیدLC موازی را با قوس جایگزین کرد ، که از الکترودهای فلزی استفاده می‌کرد ، و شامل ترکیدن مغناطیسی می‌شد. یک آهنگ قوس دیگر توسط ویلیام دودل در ۱۹۰۰ توصیف شد ; دودل از الکترودهای کربنی استفاده کرد ولی از ترکیدن مغناطیسی استفاده نکرد . قوس‌های الکتریکی برای بهتر تولید شدت روشنایی در قرن ۱۹ استفاده می‌شدند، اما جریان قوس پایدار نبود ، آن‌ها اغلب صداهای هیس ،وزوز کردن یا زوزه تولید می‌کردند. دودل یک دانشجو در کالج صنعتی لندن درباره این اثر تحقیق کرد. او مدار LC را به الکترودهای قوس لامپ و مقاومت منفی قوس که فرکانس صوتی نوسانات را در مدار تشدید در فرکانس تشدید ش تحریک می‌کرد ، وصل کرد . بعضی از انرژی‌هایی که مثل امواج صوتی از قوس پخش می‌شوند ، تولید یک آهنگ موسیقی می‌کنند. دودل برای ثبت کردن نوسان سازش قبل از مؤسسه مهندسان برق لندن ، یک سری از مدارهای تشدید را به قوس سیم کشی کرد و یک آهنگ را نواخت ، " خدا ملکه را نجات دهد " .دودل اختراعش را بیشتر توسعه نداد ، اما در ۱۹۰۲ فیزیکدان‌های دانمارکی ولدمار پولسن و پی . او. پدرسون قادر بودند فرکانس تولید شده در محدوده رادیویی را افزایش دهند ، مبدل فرستنده قوس رادیریی پولسن ، اولین فرستنده موج رادیویی پیوسته بود که در سال ۱۹۲۰ استفاده شد .

نوسان ساز بازخورد تیوب خلا در سال ۱۹۱۲ اختراع شد. وقتی که کشف شد ، بازخورد در تیوب خلا صوت اخیرا کشف شده می‌تواند نوسان‌هایی تولید کند. حداقل شش محقق به طور جداگانه این کشف را انجام دادند ، می‌توان گفت که نقشی در اختراع داشتند. در تابستان ۱۹۱۲ ادوین ارمسترانگ نوسانات را در مدارهای گیرنده رادیویی صوت مشاهده کرد و در صدد استفاده از بازخورد مثبت در اختراع گیرنده احیا کننده اش برآمد. الکساندر میسنر آلمانی به طور جداگانه بازخورد مثبت را کشف کرد و نوسان سازها را در مارج ۱۹۱۳ اختراع کرد. اروینگ لانگ میور در الکتریک عمومی بازخورد را در ۱۹۱۳ مشاهده کرد .فریتز لاوستین ممکن است با یک نوسان ساز خام در ۱۹۱۱ از بقیه جلوتر بوده باشد . در بریتانیا اچ. جی .روند مدارهای تقویت کنندگی و نوسان سازی را در ۱۹۱۳ ثبت کرد. در اگوست ۱۹۱۲ لی د فوریست مخترع صوت ، نیز نوسانات را در تقویت کننده اش مشاهده کرد اما نتوانست معنی و مفهوم ان را بفهمد و سعی کود ان را نادیده بگیرد. تا اینکه او حق ثبت اختراع آمسترانگ را در ۱۹۱۴ خواند و خیلی سریع به چالش کشیده شد . آمسترانگ و د فورست جنگ حقوقی طولانی بر سر حقرق مدارهای نوسان ساز احیا کننده داشتند که " پیچیده ترین دادخواهی حق امتیاز در تاریخ رادیو " نامیده شده است. د فورست سرانجام قبل از دیوان عالی کشور در ۱۹۳۴ بر اساس تکنیک پیروز شد ، اما بیشتر منابع ادعای آمسترانگ را قوی تر می دانند .

نوسان سازهای بازخورد در سال ۱۹۲۰ اساس انتقال رادیو شدند. مسایل ریاضی برای نوسانات بازخورد امروزه بارخایوسن کریتریون نامیده می‌شوند، که توسط هنریک جورج بارخایوسن در ۱۹۲۱ نتیجه گرفته شد. اولین مدل ریاضی پایدار نوسان ساز الکتریکی ، نوسان ساز ون در پل ، توسط بالتاسار ون در پل در ۱۹۲۷ استنتاج شد. او نشان داد که پایداری نوسانات ( سیکل‌های محدود ) در نوسان سازهای واقعی به خاطر دستگاه‌های تقویت کننده غیرخطی است

به طور خلاصه خصوصیات یک اسیلاتور را می‌توان به شرح زیر توصیف نمود:

اسیلاتور یا نوسان‌ساز مداری است که پس از طی مدت زمان کوتاهی پس از اتصال تغذیه مستقیم، به نوسان پایدار می‌رسد.

اسیلاتورها در ابتدا با استفاده از بازخورد مثبت ناپایدار شده و دامنه نوسان رو به افزایش می‌نهد. اما در دامنه‌ای معین این افزایش دامنه متوقف شده و نوسان‌ساز در آن دامنه شروع به نوسان می‌کند.

  1. یک اسیلاتور بایستی دارای بازخورد مثبت برای افزایش دامنه نوسانات باشد.
  2. یک اسیلاتور می‌بایست پس از رسیدن به دامنه نهایی از ناپایدار شدن نوسانات جلوگیری کند. و با آن دامنه به نوسانات خود ادامه دهد. این امر از طرق مختلفی قابل دستیابی است. برای مثال استفاده از خاصیت بهره ترانزیستور که در آن با افزایش دامنهسیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور، بهره تقویتی ترانزستور کاهش می‌یابد و به جای تقویت، تضعیف صورت می‌گیرد. بهره متغیر ترانزیستور با پارامتر G(x) نشان داده می‌شود و با سیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور رابطه معکوس دارد.

نوسان ساز های سینوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیک دارند.این نوسان 
سلز ها منبع حامل فرستنده ها را تامین می کنندوبخشی از مبدل فرکانس را در 
گیرنده های سوپر هیترودین تشکیل می دهند.نوسان ساز ها در پاک کردن وتولید 
مغناطیسی در ضبط مغناطیسی و زمانبندی پالسهای ساعت در کار های دیجیتال به 
کار می روند.بسیاری از وسایل اندازه گیری الکترونیکی مثل ظرفیت سنج ها 
نوسان ساز دارند.


نوسان ساز های سینوسی انواع مختلفی دارند اما همه آنها از دو بخش اساسی تشکیل می شوند:




بخش تعیین کننده فرکانس که ممکن است یک مدار تشدید یا یک شبکه خازن مقاومتی
باشد.مدار تشدید بسته به فرکانس لازم می تواند ترکیبی از سلف و خازن فشرده
طولی ازخط انتقال یا تشدید کننده حفره ای باشد.البته شبکه های خازن 
مقاومتی فرکانس طبیعی ندارندولی می توان از جابه جایی فاز آنها برای تعیین 
فرکانس نوسان استفاده کرد.




دوم بخش نگهدارنده که انرژی رابه مدار تشدید تغذیه می کند تا آن را در حالت
نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به یک تغذیه نیاز دارد. در بسیاری از نوسان
ساز ها این قسمت قطعه ای فعال مثل یک ترانزیستور است که پالسهای منظمی را 
به مدار تشدید تغذیه می کند.




شکل دیگری از بخش نگهدارنده تشدید نوسان ساز یک منبع با مقاومت منفی یعنی 
قطعه یا مداری الکترونیکی است که افزایش ولتاز اعمال شده به آن سبب کاهش 
جریان آن می شود. قطعات نیمه رسانا یا مدار های متعددی وجود دارند که دارای
چنین مشخصه ای هستند.





سه دسته مشخص از نوسان ساز ها را می توان دسته بندی کرد که در ادامه این مقاله توضیح خواهم داد:




نوسان ساز های فید بک مثبت

ابتدا بهتر می دانم تا کمی در باره فید بک توضیح بدهم

به طور کلی هر سیستم دارای ورودی و خروجی می باشد حا لا اگر بنا به هر علتی
مقداری از خرو جی را با ورودی ها ترکیب کرده و وارد یک سیستم کنیم به این 
کار فید بک گفته می شود که کار برد های فراوانی در دنیای تکنولوژی دارد 
برای نمونه از فید بک برای کنترول فرایند یک سیستم استفاده می شود مثلاَ در
هنگام راه رفتن شما یک سیستم(خیلی مدرن) هستید که اطلاعات را با چشم خود 
گرفته و به مغز می فرستید ودر آنجا پردازش شده تصمیم می گیرید که چه کار 
کنید اما در مورد فید بک مثبت با ید بگویم که دو نوع فید بک را می توان در 
نظر گرفت منفی و مثبت. در فید بک مثبت که یک مثال جالب از آن را در بالا 
برایتان بیان کردم هدف اغلب کنترول یک فرایند است یک مثال دیگر فرض کنید یک
ظرف از مایعی که در حال جوشیدن است در تماس با یک منبع گرما مثل شعله گاز 
قرار دارد با گرم شدن بیش از حد مایع از ظرف بیرون می ریزد وآتش را کم می 
کند و دمای مایع را کاهش می دهد وبا کاهش دمای ما یع آتش دوباره احیا می 
شود ومایع دو باره گرم شده وسر ریز می کند و دوباره ... اما در فید بک مثبت
خرو جی به ورودی اضافه می شود واز فید بک مثبت به همین دلیل برای تشدید 
استفاده می شود همان مثال قبل را در نظر بگیرید با یک مایع آتشزا این بار 
با گرم شدن مایع و سر ریز آن آتش شدشدتر می شود وهمین طور تا آخر.

نکته مهم این است که در دنیای مادی همه چیز روبه میرایی و مردن میرود (ای 
روزگار نا مراد)وچیز هایی مثل اصطکاک همیشه(بعضی موقع های بیشتر)مزاحم 
هستند در باره نوسان هم میرایی باعث کاهش دامنه نوسان و از بین رفتن آن می 
شود بنا براین از فید بک مثبت برای جبران این میرایی استفاده می کنیم.

انواع مختلفی از نوسان ساز ها که از فید بک مثبت استفاده می کنند وجود دارد.

نوسان ساز هارتلی

این نوسان ساز نمونه ای از نوسان ساز های فرکانس پایین است که با استفاده 
از مدار فرکانس را تعیین می کند ویک ترانزیستور نیز تامین کننده پالس های 
نگه دارنده است.مدار شکل زیر یک تقویت کننده امیتر مشترک را نشان می دهد که
مدار بین کلکتور و بیس آن متصل شده است سر وسط سلف به طور موثر به امیتر 
متصل شده است (مقاومت منبع تغذیه برابر صفر فرض می شود). تقویت کننده امیتر
مشترک سیگنال ورودی خود را معکوس می کند و سیگنال خروجی آن با سر وسط زمین
شده سلف قبل از اعمال به بیس معکوس می شود.در نتیجه در این مدار ورودی را 
خود تقویت کننده تا مین می کند. یعنی فید بک مثبت قابل تو جهی که وجود دارد
باعث ایجاد نوسان می شود و دامنه سیگنال (در فر کانس تشدید ) به سرعت 
افزایش می یابد.پالسهای ناشی از جریان بیس را پر می کنند در نتیجه جهت 
ولتاژ تو لید شده بیس را به طور منفی بایاس می کند با افزایش دامنه سیگنال 
ولتاز دو سر نیز زیاد می شود تا به حالت تعادل بر سد. حالت تعادل زمانی روی
می دهد که اتلاف مدار ناشی از بار شدن خروجی مقاومت اهمی و جریان بیس با 
انرژی وارد شده از کلکتور به این خازن برابرشود.در این شرایط نهایی 
ترانزیستور می تواند به خوبی در بیشتر قسمتهای سیکل قطع باشد ودر هر قله 
مثبت بیس پالس ناگهانی به جریان بیس (وجریان کلکتو)اعمال شود.در فاصله 
زمانی بین دو فله متوالی از طریق شروع به تخلیه می کند. اما اگر یک ثابت 
زمانی در مقایسه با زمان تناوب نوسان بزرگ باشد مقدار کمی از ولتاژ دو سر 
در این فاصله زمانی از بین می رود و می توان را به عنوان یک منبع ثابت 
بایاس منفی در نظر گرفت . در بسیاری از نوسان ساز ها از این روش بایاس کردن
استفاده می شود. این روش دارای مزیت جبران سازی برای هر گونه افت دامنه 
نوسان در اثر افزایش بار خروجی یا افت ولتاژ منبع تغذیه است.کاهش دامنه 
نوسان باعث کاهش بایاس می شود به طوری که ترانزیستور پالس های جریان 
بزرگتری برای ثابت نگه داشتن دامنه می گیرد.



نو سان ساز کلپیتس




نکته مهم در شکل بالانیاز به وجود سه اتصال میان مدار تنظیم شده و 
ترانزیستور برای ایجاد فید بک مثبت است. امیتر به سر وسط سلف متصل می شود 
ولی می توان آن را به صورت معادل با استفاده از دو خازن برابر به طور سری 
مانند شکل بعد به شاخه خازنی مدار متصل کرد.در این نوسان ساز از یک فت 
اتصالی با مقاومت در مدار درین استفاده شده و مدار با خازن به در ین متصل 
شده است. بنا بر این مدار بر خلاف تغذیه مستقیم شکل اول به طور موازی تغذیه
می شود.

خازن های تعیین کننده فرکانس و با خازن های ورودی و خروجی ترانزیستور موازی
هستند و در نتیجه این خازنها در تعیین فر کانس نوسان نیز تاثیر دارند. با 
بزرگتر کردن و تا حد امکان تاثیر این خازنها به حد اقل می رسد.از سوی دیگر 
اگربه نوسانی با فر کانس بالا نیاز باشد خازنهای تنظیم باید خیلی کوچک 
باشند. در این موارد می توان از خازنهای ورودی و خروجی ترانزیستور به 
جایواستفاده کرد. یک خازن متغییر کوچک مانند شکل سوم برای تنظیم به دو سر 
سلف متصل می شود. در این مدار نیز که با پالسهای جریان گیت شارژ و از طریق 
تخلیه می شود به طور خود کار بایاس لازم را تامین می کند. برای آنکه امکان 
زمین شدن سر متغییر خازن (و در نتیجه بیس ترانزیستور) وجود داشته باشد یک 
چوک با امپدانس زیاد در فر کانس کار به مدار امیتر افزوده می شود.

هر سه نوسان ساز بالا که شرح دادم در کلاس برای دامنه های نوسان بزرگ عمل 
می کنند. برای به دست آوردن شکل موج سینوسی خروجی را باید از مدار گرفت. 
مثلا با سیم پیچی که مانند شکل اول و دوم به طور القایی به مدار متصل می 
شود.اگر خروجی از خود ترانزیستور گرفته شود مثلا از مقاومتی در مدار امیتر 
یا سورس قطار پالسی با فر کانس تکراری برابر با فرکانس تشدید به دست می 
آید.



نوسان ساز راینارتز




این نوسان ساز چون زیاد در گیرنده های ترانزیستوری استفاده می شود باید 
حتما در بارش می نوشتم.در این مدار فید بک مثبت با اتصال مدار کلکتور به 
مدار امیتر با القای متقابل وتامین می شود. و هر دوبه مدار تعیین کننده 
فرکانسنیز متصل هستند. این نوسان ساز به روش تقسیم ولتاژ پایدار می شود ولی
همانطور که نشان داده شده است اثر بازوی پایینی مقسم ولتاژ باید با خازن 
کم مقاومتی خنثی شود تا سیگنال تولید شده در دوسرمستقیما بین بیس و امیتر 
اعمال شود . در نگاه اول به نظر می رسد که بخش تعیین کننده فرکانس در نوسان
ساز راینرتز چهار اتصال دارد ولی اتصال مثبت و منفی منبع تغذیه در واقع 
مشترک هستند زیرا امپدانس منبع در فرکانس نوسان ناچیز است یا بهتر است که 
چنین باشد.



نوسان ساز کنترل شده کریستالی




و اما از همه مهمتر که حتما باید در باره ا ش بدانید این مورد است چون در 
بعضی کاربرد ها لازم که نوسان ساز پایداری فرکانسی زیادی داشته باشد یعنی 
یک فر کانس ثابت را بدون وابستگی به عوامل دیگر تولید کند مثل منبع موج 
حامل در فرستنده ها اگر کنترل تلویزیون را دیده باشید احتمالا یک قطعه 
مکعبی زرد رنگ(کریستال) را در آن دیده اید یا مدار تلویزیون یا بعضی رادیو 
ها واز دیگر جاهایی که این نوسان ساز به کار می رود منابع تولید کننده 
پالسهای ساعت در کامپیوتر ها و سیستم های دیجیتال است . روش رایج برای به 
دست آوردن پایداری فرکانسی لازم استفاده از کریستال پیزوالکتریک برای کنترل
فرکانس نوسان است .چنینکریستالهایی(بسته به ابعاد و شکلشان)دارای فرکانس 
تشدید طبیعی هستنددر عمل کریستال بین دو صفحه فلزی نصب می شود که اتصال 
الکتریکی با کریستال را ایجاد می کند . را ه های متعددی بزای اتصال کریستال
به مدار نوسان ساز وجود دارد.که یک نمونه از آن در شکل بعدی آمده است در 
این شکل کریستال بین کلکتور و بیس ترانزیستور وصل شده تا نوسان ساز کلپیتس 
را تشکیل دهد . خازنهای داخلی کلکتور بیس و بیس امیتر فید بک مثبت را 
تامیین می کنند. مدار کلکتور نیازی به تنظیم ندارد سیم پیچ ثانویه ترانسفور
ماتور نقطه ی خروجی را ایجاد می کند.



نوسان سازهای مقاومت منفی




همان طور که گفتم اگریک مدار تشدید به منبعی با مقاومت منفی مناسب متصل شود
نوسان خواهد کرد. که تفاوت آن با نوسان ساز هایی که قبلا گفتم این است که 
تنها به دو اتصال به بخش تعیین کننده فرکانس نیاز دارد.منظور از مقاومت 
منفی قطعه ای است که مشخصه انقالی آن(نمودار ولتاژ _جریان) حد اقل در یک 
محدوده ی کو چک شیب منفی داشته باشد یعنی با افزایش ولتاژ لا اقل در بعضی 
از ناحیه های ولتاژی جریان آن کاهش یابدویا با افزایش جریان ولتاژ آن کاهش 
یابد.این عنصر می تواند یک قطعه خواص یا یک مدار باشد که یکی با کلی فکر 
طراحی کرده.

برای استفاده از یک مقاومت منفی در یک نوسان ساز از این نوع باید مقدار 
مقاومت منفی برابر مقدار مقاومت مثبت مدار تشدید متصل به آن باشد.

چون اصولا چیزی که باعث میرایی دامنه نوسان می شود مقاومت مثبت است(ای عنصر
مزاحم)و تمام این قصه ها که گفتیم خلا صه اش این بود که چه طور این میرایی
را جبران کنیم حا لا یک عنصر مطلوب مثل مقا ومت منفی را داریم که اثر 
میرایی مقاومت مثبت را از بین می برد.

دیود تونل

یکی ازقطعات نیمه رسانا که مشخصه اش یک مقاومت منفی را نشان می دهد دیود 
تونل است . این قطعه یک دیود است که غلظت ناخالصی درآن بسیار زیاد وپیوند 
آن بسیارنازک است. شکست در دیود تونل در مقاذیر بایاس معکوس خیلی پایین 
اتفاق می افتد و در نتیجه ناحیه ی مقاومت معکوس زیاد وجود ندارد.شیب منفی 
در بایاس مستقیم کم معمولا بین0.1 تا 0.3 ولت ایجاد می شود.(از این جا به 
بعد چند خط حرف بیخود...)_این مشخصه جالب و عجیب ومفیدو..به دلیل نفوذ در 
سد پتانسیل در پیوند با الکترونهایی که انرژی کافی برای عبور از این سد 
ندارند به وجود می آید. این اثر معروف به اثر تونل در فیزیک کلاسیک غیر 
قابل توجیه است ولی با مکانیک کوانتومی قابل توضیح است . دیود های تونل را 
می توان باظرفیت خیلی کمی تولید کرد و نوسان ساز هایی که با آن کار می کنند
در فرکانسهای چند مگا هرتزی قابل ساخت هستند برای به دست آوردن بیشترین 
مقدار خروجی (یا همان به قول دانشجویان متعال برق ماکزیمم سویینگ متقارن) 
باید نقطه کار در وسط ناحیه مقاومت منفی قرار داده شود واضح است که دامنه 
خروجی کمتر از یک ولت می باشد.

نوسان ساز پوش_ پول

مشخصه مقاومت منفی را می توان از یک مدار دو ترانزیستوری نیز به دست آورد. 
نمونه این مدار در شکل زیر نشان داده شده است که اساس آن از یک ملتی 
ویبراتور استابل تشکیل می شود.اگر ترکیب وجود نداشته باشد شکل موج مربعی 
خروجی در هر دو کلکتور تولید خواهد کرد و ترانزیستورهابه طور متناوب بین 
قطع و اشباع تغییر وضعیت خواهند داد. وجود مدار تنظیم شده این عملکرد را 
اصلاح می کند زیرا سلف در فرکانس های پایین مسیری با امپدانس کم میان 
کلکتور ها ایجاد می کند در حالی که خازنها این کار را در فرکانس های بالا 
انجام می دهند که هر دو عملکرد معمولی مولتی ویبراتور را تحت تاثیر قرار 
خواهد داد عملکرد مدار منطبق بر فرکانس تشدید مدار تنظیم شده است که در آن 
مدار تنظیم شده بیشترین امپدانس را دارد و در نتیجه خروجی مدار سینوسی است 
در این فرکانس مقاومت موثر میان کلکتورها تقریبا برابر است که قابلیت هدایت
متقابل ترانزیستور هاو تضعیف مدار های تزویج میان ترانزیستور هاست . یکی 
از این مدار های تزویج است ولی با خازن ورودی موازی است و این امر می تواند
در تضعیف مدار تاثیر بگذارد . برای ایجاد نوسان باید مقاومت دینامیکی مدار
بیشتر از باشد./

اوسیلاتور ها برای ساختن موج حامل انرژی رادیوئی وصوتی در مدارات رادیوئی استفاده می شوند.و اصولا دارای خروجی موج سینوسی هستند.اوسیلاتور ها برای ساختن موج حامل انرژی رادیوئی وصوتی در مدارات رادیوئی استفاده می شوند.و اصولا دارای خروجی موج سینوسی هستند.گرچه شکل موجها میتوانند مانند موج مربعی یا دندانه اره ای متفاوت باشند.شکل موج های سینوسی ممکن است dc یا ac باشند.

اسیلاتور 1

اوسیلاتور های استفاده شده در مدارات رادیو فرکانسی همیشه بخشهائی با توان کم هستند ( البته در مقایسه با ژنراتورهای acپر توان.) با وجود این ژنراتورهای ولتاژ ac با الکترونیکی در این که هر دو تولید موج سینوسی الکتریکی میکنندبه هم شبیه هستند .تفاوت ژنراتورهی ac با الکترونیکی در این است که اسیلاتور الکترونیکی می تواند خروجی ای در محدوده فرکانسی 10 mhz بدهد.اسلاتور های ویژه می توانند خروجی در حدود فرکانس میکرو تولید کنند.
خروجی فرکانس رادیوئی ساخته شده توسط یک اوسیلاتور در شکل اصلی آن یک موج حامل با توان کم می باشد.در یک فرستنده یا گیرنده رادیوئی تا چندین اوسیلاتور ممکن است به کار برده شود.
ما قصد داریم تا چندین نوع مختلف از اوسیلاتورها و مدارهای مربوط به آنها را در این مبحث نمایش دهیم.به شما توصیه میکنیم در مورد مداراتی که هیچ اطلاعاتی از جزئیات مدارات آنها ندارید نگران نباشید.شما لازم داریدتا نحوه کار کرد هریک از مدارات اوسلاتور ها را یاد بگیرید. به طور مثال شما نوعو نام اوسیلاتور نمایش داده شده را خواهید دانست.
اوصول و مبانی بنیادی از عملکرد اوسیلاتور را میتوان برای هر نوع از آن شرح دادو شما یک نوع تکرار در مضمون درونی همه نوع اوسیلاتور را خواهید یافت.

 شرایط لازم برای نوسان
اگر هر مداری لوازم ذکر شده در منابع را داشته لاشد آن مدار خواه یا نه خواه نوسان خواهد کرد.
اسیلاتور 2تقویت کنندگی
وسیله مولد فرکانس
فیدبک مثبت (احیاء)
 

در یک اوسیلاتور فاکتور های بالا عمدا درون طراحی مدار لحاظ می شوند.بخشهای 1 و 3 اکثرا در بیشتر آمپلی فایر ها اتفاق می افتد.
به همین خاطر در مورد استفاده از آمپلی فایر ها برای محدود کردن یا کنترل نوسان بخصوص در مورد سومین قسمت یعنی فیدبک مثبت بسیار باید دقت کرد. هر آمپلی فایر ساخته شده با فیدبک مثبت منسب به خودی خود شروع به نوسان خواهد کرد.آ مپلی فایرها در ظاهر برای نوسان کردن نیستند, قابلیت آنها تقویت کردن است گرچه آمپلی فایر های زیادی به آسانی شروع به نوسان میکنند که برای ما نا مطلوب است.
یک آمپلی فایر که به طور نا خواسته فیدبک مثبت دارد تبدیل به یک اوسیلاتور خواهد شد وبه صورت نهفته باعث تداخل می شود.
این نوع آمپلی فایر ها سیگنال نوسانی تولید میکنند به جای اینکه سیگنال را تقویت کنند.این نوع مولد های سیگنالهای نا خواسته می توانند باعث تداخل شوند.

 

 

 

وسان چیست؟

 

نوسان نوعی حرکت است که رفتاری تکرار شونده یا رفت و برگشتی دارد .

برای مثال هرگاه نخی را از نقطه ای به صورت عمودی آویزان کنیم و به انتهای آویزان آن یک جسم صلب متصل کنیم ، یک آونگ خواهیم داشت . حال اگر آونگ را عقب کشیده و سپس رها کنیم ، مشاهده میکنیم که آونگ به صورت رفت و برگشتی حرکت میکند که به آن حرکت نوسانی میگوییم . این حرکت یک حرکت دائمی نیست و به دلایل مختلف همانند مقاومت هوا کند میشود تا در نهایت متوقف می شود .

 

همچنین اگر فنری را به شکل افقی روی سطحی بخوابانیم و یک انتهای آن را به نقطه ای محکم کنیم  و سر دیگر فنر را به پایین کشیده و رها کنیم باز همان حرکت رفت و برگشتی یا نوسانی مشاهده میشود.

 

پس برای نوسان دو امر حتمی است ، انرژی اولیه برای آغاز نوسان ومیرایی نوسان پس از زمانی .

قابل درک است که برای حذف میرایی می بایست به دستگاه نیرویی برابر با نیروی اولیه وارد شود, اما همین وارد کردن نیرو نباید هر زمانی وارد شود . زیرا به فرض اگر در انتها وارد شود نمودار نوسانی دستگاه را نا منظم می کند .

اگر یک بازیکن  توپ بسکتبالی را بر زمین صافی رها کند ، توپ بارها به زمین میخورد و بالا می آید . اما هر بار از ارتفاع آن کاسته می شود تا بی حرکت روی زمین قرار خواهد گرفت . حال برای تداوم در نوسان توپ می باید هر بار که توپ به اوج می رسد ضربه ای به آن زده شود آن هم با نیرویی یکسان .

به عملی که بازیکن انجام میدهد(اعمال نیرویی برای حذف میرایی) در مکانیک تشدید و در الکترونیک فیدبک مثبت می گویند.

در یک مدار نوسان ساز الکتریکی نیز ، هنگامیکه نوسان درست می شود ، به تدریج این نوسان میل به ضعیف شدن و میرا شدن می نماید که برای جلوگیری از اینکار ، مقداری از نوسان ساخته شده را هر بار از خروجی گرفته و به ورودی مدار می دهند (فیدبک مثبت) و با اینکار مقدار کاهش یافته نوسان را جبران مینمایند که باعث میشود مقدار نوسان همواره ثابت و پا برجا بماند.

اگر آزمایش را با قطعات الکتریکی و مدار جایگزین آونگ و فنر کنیم ، انرژی اولیه جای خود را به ولتاژ تغذیه میدهد .

به تعداد نوسانات ساخته شده در یک ثانیه فرکانس می گویند که واحد آن به افتخار فیزیکدان هنریش هرتز ، هرتز می باشد .

نوسان ساز الکتریکی مداریست که ولتاژ DC (مستقیم) را به AC (متناوب) تبدیل میکند که ممکن است موج ساخته شده و به شکل های گوناگونی مثلا سینوسی ، مربعی و یا دندانه اره ای باشد.

موج محصول نوسان است . امواج به طور کلی امواج الکترومغناطیسی نامیده میشوند که طبق قرار دادهای بین المللی دسته بندی شده که در جدول آورده شده . امواج الکترومغناطیسی بصورت دو بردار الکتریکی و مغناطیسی که این دو بردار عمود بر یکدیگر هستند در اطراف فرستنده منتشر میشود . امواج منتشر شده از فرستنده پس از برخورد با آنتن گیرنده مقدار ناچیزی انرژی الکتریکی در آن ایجاد میکند که در گیرنده با عملیاتی روی آن قابل درک بصورت صدا-موزیک-تصویر ….. میگردد .

بدیهی است در صورتی که فرستنده بتواند انرژی خود را فقط در یک جهت (سمت گیرنده) روانه کند بدلیل عدم اتلاف انرژی در جهات دیگر می تواند برد بیشتری داشته باشد .

عامل انتقال امواج الکترومغناطیسی بسته های موج میباشند . انرژی که این بسته حمل میکند از رابطه ی زیر بدست می آید

E = K F

F فرکانس E انرژی K عدد ثابت 2710× 6.62 میباشد

واحد فرکانس در مخابرات سیکل است ( C ) . 1 سیکل = 1 نوسان در ثانیه

طول موج با فرکانس و سرعت موج از رابطه ی زیر پیروی میکند:

λ = V / F

حدود طول موج

حدود فرکانس بر حسب سیکل

طبقه بندی باندها

10 کیلومتر

104-10

مادون و مافوق صوت

30 سانتی متر

109-104

مخابرات معمولی رادیو

3میلی متر

1012-109

رادار و ریز موج

3 میکرون

1014-1012

امواج حرارتی و ماورای قرمز

300 میکرون

1015-1014

امواج نورانی

30 انگستروم

1016-1015

امواج ماورای بنفش

3000 انگستروم

1020-1016

اشعه ی ایکس

300 هزار انگستروم

1022-1020

اشعه ی گاما حاصل انفجار اتمی

30 میلیون انگستروم

1024-1022

اشعه کیهانی

 

باند ها

فرکانس

اسم اختصاری

موج بلند برای مخابرات دریایی

100 کیلو سیکل الی 500 کیلو سیکل

LW

موج متوسط شامل فرستنده های بین المللی

500 کیلو سیکل الی 1500 کیلو سیکل

MW

باند های کوتاه برای رادیو تلگراف و رادیوهای راه دور

1500 کیلو سیکل الی 27 مگا سیکل

SW

مخابرات خصوصی-آتش نشانی – پلیس – آماتوری

27 مگا سیکل الی 54 مگا سیکل

CB

کانال های تلویزیونی 2 الی 6

54 مگا سیکل الی 88 مگا سیکل

VHF

موج اف- ام

88 مگا سیکل الی 108 مگا سیکل

FM

هواشناسی و مصارف تجارتی و هواپیمائی

108 مگا سیکل الی 174 مگا سیکل

WB

کانال های تلویزیونی 7 الی 13

174 مگا سیکل الی 216 مگا سیکل

VHF

مصارف طبی – رادار و غیره

216 مگا سیکل الی 500 مگا سیکل

-

کانال های فرکانس زیاد تلویزیون 14 الی 83

500 مگا سیکل الی 1 گیگا سیکل

UHF

مدار ساده ی یک نوسان ساز الکتریکی

 

مدار LC چیست

به سیم پیچ و خازن که قطعات اصلی یک مدار نوسان ساز هستند مدار تانک یا LC  میگویند و برای تغییر مقدار فرکانس ، می توان مقدار خازن و یا سیم پیچ را تغییر داد.

 

مدار ساده ی یک نوسان ساز الکتریکی

در شکل ، یک خازن و یک سیم پیچ و یک باطری وجود دارند ، که باطری منبع انرژی اولیه می باشد و خازن قطعه ی الکترونیکی است که می تواند ولتاژ را در خودش شارژ کند (پر کند) و یا ولتاژ ذخیره شده را دشارژ کند (تخلیه کند) ، همچنین سیم پیچ قطعه ای است که با وصل ولتاژ به آن ، یک میدان مغناطیسی در اطراف خودش ایجاد میکند و از طرفی چون خودش در این میدان مغناطیسی ایجاد شده ، واقع میشود ، لذا دو سر آن مجددا ولتاژی ظاهر می شود که مقدار این ولتاژ ، کمی کمتر از ولتاژ رسیده به آن میباشد (به علت مقاومت داخلی سیم پیچ) حال به اصل آزمایش می پردازیم .

در ابتدا هر دو کلید S1 و  S­2 قطع می باشد ، ابتدا کلید Sرا وصل میکنیم ، در این حالت ولتاژ باطری ، داخل خازن شده و آنرا شارژ میکند به طور مثال اگر باطری 6 ولتی باشد ، خازن به اندازه ی 6 ولت شارژ می شود . حال کلید S1راقطع و کلید Sرا وصل میکنیم . در این حالت ولتاژ 6 ولت خازن ، در سیم پیچ خالی شده و سیم پیچ تبدیل به آهنربا شده و یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ ایجاد می شود و چون خود سیم پیچ در این میدان واقع شده است لذا دو سر سیم پیچ ولتاژی ظاهر می شود در حدود 5 ولت (یک ولت به خاطر مقاومت داخلی سیم پیچ مدار افت میکند) . سپس ولتاژ 5 ولتی ایجاد شده در دو سر سیم پیچ مجددا وارد خازن شده و آن را شارژ میکند . و چون خازن به سیم پیچ وصل است ، دو مرتبه ولتاژ 5 ولت خازن در سیم پیچ خالی شده و این بار هم یک میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ ایجاد میشود.

که این میدان باعث میشود به اندازه ی 4 ولت دوسر سیم پیچ ولتاژی تولید شود (یک ولت به خاطر مقاومت داخلی سیم پیچ و مدار افت میکند) و این عمل همچنان تکرار می شود و خازن و سیم پیچ ، شارژ و دشارژ می شوند و نوسان تولید می کنند و مقدار نوسانات همچنانکه ذکر شده به علت مقاومت داخلی سیم پیچ و مقاومت داخلی مدار رو به اضمحلال رفته تا اینکه به صفر می رسد . در حقیقت مدار فوق ، یک نوسان ساز الکتریکی است که با انرژی اولیه باطری شروع به نوسان کردن می نماید و به تدریج نوسانات آن میرا و ضعیف شده تا اینکه متوقف می شود . در ضمن چنانکه مدار فوق ایده آل باشد مقاومت داخلی قطعات فوق صفر فرض شود این نوسانات بدون هیچگونه تضعیفی ف همچنان ادامه پیدا میکند و مقدار فرکانس برابر مقدار             F=0.159/(LC)½ می شود

که C ظرفیت خازن بر حسب فاراد و L   مقدار سیم پیچ بر حسب هانری و F  فرکانس مدار بر حسب هرتز می باشد .

اما چگونه با فید بک مثبت نوسان سازی را ادامه دهیم . برای آنکه مقدار نوسان ثابت بماند بایستی بعد از هر نوسان توسط کلیدی ، یکبار باطری را وصل و قطع نمائیم که با توجه به مقدار بالای نوسانات در یک مدار نوسان ساز الکتریکی که گاهی مقدار نوسانات به چندین میلیون بار نوسان در ثانیه میرسد ، توسط دست نمیتوان کلیدی را با این سرعت قطع و وصل نمود و لذا لازمست که از یک کلید سریع الکترونیکی یعنی ترانزیستور استفاده شود و این کلید بتواند به سرعت قطع و وصل شده و انرژی اولیه به مدار بدهد .

در شکل زیر با وصل ولتاژ باطری به مدار ، ولتاژ از طریق اولیه ی ترانس به پایه ی بیس ترانزیستور رسیده و همچنین ولتاژ باطری از طریق ثانویه ی ترانس به کلکتور و از منفی باطری به امیتر ترانزیستور وارد شده و در نتیجه ترانزیستور فعال میشود و جریان ضعیف وارد شده به بیس ، توسط ترانزیستور تقویت شده و جریان قوی تری در امیتر کلکتور ترانزیستور و قسمت ثانویه ی ترانس جاری میشود که عبور این جریان  مجددا باعث القای جریان از ثانویه به اولیه ی ترانس شده و مجددا جریانی به بیس ترانزیستور وارد شده و ترانزیستور را دو مرتبه هادی میکند .(در حقیقت جریان تقویت شده از امیتر کلکتور فیدبک نموده و از طریق ترانس به بیس وارد میشود و ترانزیستور را به حالت قطع و اشباع میبرد و آن را مانند کلید قطع و وصل مینماید) عمل فوق همچنین تکرار شده و باعث میشود که نوسانی با مقدار ثابت تکرار شود .

که مقدار نوسان با تغییر مقدار سیم پیچ و یا خازن تغییر می کند در حقیقت میتوان گفت که یک مدار نوسان ساز ، مانند یک مدار تقویت کننده است با فیدبک مثبت که عمل تقویت توسط ترانزیستور و عمل فیدبک(برگشت) توسط ترانس انجام میشود .

 

آزمایشی عملی جهت نشان دادن فید بک مثبت

یک رادیوی معمولی انتخاب نموده و درب آنرا باز کنید . رادیو را روشن کنید. حال توسط یک خازن الکترولیتی 10 میکرو فارادی ، 10 ولتی ، پایه ی کلکتور آخرین ترانزیستور خروجی مدار که نزدیک بلندگو قرار دارد را به پایه ی بیس اولین ترانزیستور مدار اتصال دهید . (یا روی نقاط مدار جابجا نمائید) در اینصورت مشاهده میشود که از بلنگو صدای بوق یا سوت شنیده میشود که علت این است که خازن همانند یک خط ارتباطی عمل نموده و موج تقویت شده از خروجی را به ورودی مدار داده (فیدبک مثبت نموده) و موج مجددا تقویت شده و این عمل همچنان تکرار و باعث میشود صدای بوق پخش شود . همچنین اگر میکروفونی را در کنار بلندگوی یک آمپلی فایر روشن نگه دارید ملاحظه خواهید نمود که بلند گو سوت میکشد که علت همان فیدبک مثبت است یعنی در ابتدا هوا وارد میکروفون شده و پس از تقویت در آمپلی فایر از بلندگو خارج شده و مجددا وارد میکروفون شده و این عمل تکرار می شود و صدای سوت ایجاد میکند .

به طور کلی تغییر در مقدار ظرفیت خازن ، تعداد دور سیم پیچ و هسته ی آن ، و ترانزیستور میتواند موجب تغییر در میزان نوسان شود و تا چندیدن میلیون نوسان تولید نمود . اما راحت تر آنست که مقدار خازن را تغییر دهیم . بنابراین در اکثر فرستنده ها مشاهده میشود که برای تغییر مقدار نوسان ، خازنهای متغیر (تریمر) به کار میبرند (که بایستی با پیچ گوشتی پلاستیکی تنظیم کنیم) ، همچنین با توجه به اینکه ترانزیستور به کار رفته در مدار نوسان ساز بایستی در ثانیه چندیدن میلیون بار قطع و وصل شود واضح است که ترانزیستور را باید از بین ترانزیستور هایی انتخاب نمود که قادر باشد در فرکانس های بالا کار کند . این ترانزیستور ها را با  FT مشخص میکنند .

یک نوسان ساز 3 شرط اساسی دارد . اول وجود مدار LC  جهت تولید نوسان . دوم مدار تقویت کننده و سوم فیدبک مثبت جهت پایداری مقدار نوسان .

یک مدار نوسان ساز که در اصطلاح به آن اسیلاتور میگویند ، امواج مختلفی می سازد که اگر امواج ساخته شده بین 20 تا 20000 هرتز باشد ، با گوش قابل شنیدن بوده و به آنها امواج صوتی یا AF  میگویند که این امواج با سرعت 340 متر بر ثانیه در فضا به کمک مولکولهای هوا حرکت میکنند و در خلاء قادر به حرکت نیستند و چنانکه امواج ساخته شده بالاتر از 20000 هرتز باشد به آنها امواج رادیویی یا RF   گفته میشود که این امواج با سرعت نور یعنی 108 × 3 متر بر ثانیه در فضا حرکت میکنند و قادر به حرکت در خلاء نیز میباشند .

امواج صوتی به طور طبیعی و به طرق مختلف ساخته می شود مثلا در هنگام صحبت کردن توسط تار های صوتی حنجره ، امواج صوتی ساخته میشود و توسط اعمال فشار آکوستیکی به لایه های هوا ، و سپس نوسان بین لایه های هوا (همانند نوسان فنر) صوت در فضا پخش میشود. همچنین توسط مدار الکتریکی یعنی سیم پیچ و خازن و ترانزیستور و بلندگو نیز میتوان امواج صوتی تولید نمود مانند : صدای آژیر یا بوق .

اگر توسط یک مدار الکتریکی که شامل سیم پیچ و خازن و ترانزیستور می باشد ، امواج رادیویی تولید نموده و سپس آن را به یک میله ی فلزی (آنتن) بدهیم ، نوسانات (امواج الکتریکی) وارد آنتن شده و آن را تبدیل به آهنربا نموده و یک میدان مغناطیسی در اطراف آنتن ایجاد مینماید که شدت امواج مغناطیسی فوق بستگی به شدت امواج الکتریکی رسیده به آنتن دارد و این امواج با سرعت نور در فضا منتشر میشود و تا جایی که انرژی دارند حرکت مینمایند مانن امواج منتشر شده از پرتاب یک سنگ در آب .