-
نوسان ساز هاي سينوسي
نوسان ساز هاي سينوسي كاربرد گسترده اي در الكترونيك دارند.اين نوسان سلز ها منبع حامل فرستنده ها را تامين مي كنندوبخشي از مبدل فركانس را در گيرنده هاي سوپر هيترودين تشكيل مي دهند.نوسان ساز ها در پاك كردن وتوليد مغناطيسي در ضبط مغناطيسي و زمانبندي پالسهاي ساعت در كار هاي ديجيتال به كار مي روند.بسياري از وسايل اندازه گيري الكترونيكي مثل ظرفيت سنج ها نوسان ساز دارند.
نوسان ساز هاي سينوسي انواع مختلفي دارند اما همه آنها از دو بخش اساسي تشكيل مي شوند:
بخش تعيين كننده فركانس كه ممكن است يك مدار تشديد يا يك شبكه خازن مقاومتي باشد.مدار تشديد بسته به فركانس لازم مي تواند تركيبي از سلف و خازن فشرده طولي ازخط انتقال يا تشديد كننده حفره اي باشد.البته شبكه هاي خازن مقاومتي فركانس طبيعي ندارندولي مي توان از جابه جايي فاز آنها براي تعيين فركانس نوسان استفاده كرد.
نوسان ساز هاي سينوسي كاربرد گسترده اي در الكترونيك دارند.اين نوسان سلز ها منبع حامل فرستنده ها را تامين مي كنندوبخشي از مبدل فركانس را در گيرنده هاي سوپر هيترودين تشكيل مي دهند.نوسان ساز ها در پاك كردن وتوليد مغناطيسي در ضبط مغناطيسي و زمانبندي پالسهاي ساعت در كار هاي ديجيتال به كار مي روند.بسياري از وسايل اندازه گيري الكترونيكي مثل ظرفيت سنج ها نوسان ساز دارند.
نوسان ساز هاي سينوسي انواع مختلفي دارند اما همه آنها از دو بخش اساسي تشكيل مي شوند:
بخش تعيين كننده فركانس كه ممكن است يك مدار تشديد يا يك شبكه خازن مقاومتي باشد.مدار تشديد بسته به فركانس لازم مي تواند تركيبي از سلف و خازن فشرده طولي ازخط انتقال يا تشديد كننده حفره اي باشد.البته شبكه هاي خازن مقاومتي فركانس طبيعي ندارندولي مي توان از جابه جايي فاز آنها براي تعيين فركانس نوسان استفاده كرد.
دوم بخش نگهدارنده كه انرژي رابه مدار تشديد تغذيه مي كند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به يك تغذيه نياز دارد. در بسياري از نوسان ساز ها اين قسمت قطعه اي فعال مثل يك ترانزيستور است كه پالسهاي منظمي را به مدار تشديد تغذيه مي كند.
شكل ديگري از بخش نگهدارنده تشديد نوسان ساز يك منبع با مقاومت منفي يعني قطعه يا مداري الكترونيكي است كه افزايش ولتاز اعمال شده به آن سبب كاهش جريان آن مي شود. قطعات نيمه رسانا يا مدار هاي متعددي وجود دارند كه داراي چنين مشخصه اي هستند.
سه دسته مشخص از نوسان ساز ها را مي توان دسته بندي كرد كه در ادامه اين مقاله توضيح خواهم داد:
نوسان ساز هاي فيد بك مثبت
ابتدا بهتر مي دانم تا كمي در باره فيد بك توضيح بدهم
به طور كلي هر سيستم داراي ورودي و خروجي مي باشد حا لا اگر بنا به هر علتي مقداري از خرو جي را با ورودي ها تركيب كرده و وارد يك سيستم كنيم به اين كار فيد بك گفته مي شود كه كار برد هاي فراواني در دنياي تكنولوژي دارد براي نمونه از فيد بك براي كنترول فرايند يك سيستم استفاده مي شود مثلاَ در هنگام راه رفتن شما يك سيستم(خيلي مدرن) هستيد كه اطلاعات را با چشم خود گرفته و به مغز مي فرستيد ودر آنجا پردازش شده تصميم مي گيريد كه چه كار كنيد اما در مورد فيد بك مثبت با يد بگويم كه دو نوع فيد بك را مي توان در نظر گرفت منفي و مثبت. در فيد بك مثبت كه يك مثال جالب از آن را در بالا برايتان بيان كردم هدف اغلب كنترول يك فرايند است يك مثال ديگر فرض كنيد يك ظرف از مايعي كه در حال جوشيدن است در تماس با يك منبع گرما مثل شعله گاز قرار دارد با گرم شدن بيش از حد مايع از ظرف بيرون مي ريزد وآتش را كم مي كند و دماي مايع را كاهش مي دهد وبا كاهش دماي ما يع آتش دوباره احيا مي شود ومايع دو باره گرم شده وسر ريز مي كند و دوباره ... اما در فيد بك مثبت خرو جي به ورودي اضافه مي شود واز فيد بك مثبت به همين دليل براي تشديد استفاده مي شود همان مثال قبل را در نظر بگيريد با يك مايع آتشزا اين بار با گرم شدن مايع و سر ريز آن آتش شدشدتر مي شود وهمين طور تا آخر.
نكته مهم اين است كه در دنياي مادي همه چيز روبه ميرايي و مردن ميرود (اي روزگار نا مراد)وچيز هايي مثل اصطكاك هميشه(بعضي موقع هاي بيشتر)مزاحم هستند در باره نوسان هم ميرايي باعث كاهش دامنه نوسان و از بين رفتن آن مي شود بنا براين از فيد بك مثبت براي جبران اين ميرايي استفاده مي كنيم.
انواع مختلفي از نوسان ساز ها كه از فيد بك مثبت استفاده مي كنند وجود دارد.
نوسان ساز هارتلي
اين نوسان ساز نمونه اي از نوسان ساز هاي فركانس پايين است كه با استفاده از مدار فركانس را تعيين مي كند ويك ترانزيستور نيز تامين كننده پالس هاي نگه دارنده است.مدار شكل زير يك تقويت كننده اميتر مشترك را نشان مي دهد كه مدار بين كلكتور و بيس آن متصل شده است سر وسط سلف به طور موثر به اميتر متصل شده است (مقاومت منبع تغذيه برابر صفر فرض مي شود). تقويت كننده اميتر مشترك سيگنال ورودي خود را معكوس مي كند و سيگنال خروجي آن با سر وسط زمين شده سلف قبل از اعمال به بيس معكوس مي شود.در نتيجه در اين مدار ورودي را خود تقويت كننده تا مين مي كند. يعني فيد بك مثبت قابل تو جهي كه وجود دارد باعث ايجاد نوسان مي شود و دامنه سيگنال (در فر كانس تشديد ) به سرعت افزايش مي يابد.پالسهاي ناشي از جريان بيس را پر مي كنند در نتيجه جهت ولتاژ تو ليد شده بيس را به طور منفي باياس مي كند با افزايش دامنه سيگنال ولتاز دو سر نيز زياد مي شود تا به حالت تعادل بر سد. حالت تعادل زماني روي مي دهد كه اتلاف مدار ناشي از بار شدن خروجي مقاومت اهمي و جريان بيس با انرژي وارد شده از كلكتور به اين خازن برابرشود.در اين شرايط نهايي ترانزيستور مي تواند به خوبي در بيشتر قسمتهاي سيكل قطع باشد ودر هر قله مثبت بيس پالس ناگهاني به جريان بيس (وجريان كلكتو)اعمال شود.در فاصله زماني بين دو فله متوالي از طريق شروع به تخليه مي كند. اما اگر يك ثابت زماني در مقايسه با زمان تناوب نوسان بزرگ باشد مقدار كمي از ولتاژ دو سر در اين فاصله زماني از بين مي رود و مي توان را به عنوان يك منبع ثابت باياس منفي در نظر گرفت . در بسياري از نوسان ساز ها از اين روش باياس كردن استفاده مي شود. اين روش داراي مزيت جبران سازي براي هر گونه افت دامنه نوسان در اثر افزايش بار خروجي يا افت ولتاژ منبع تغذيه است.كاهش دامنه نوسان باعث كاهش باياس مي شود به طوري كه ترانزيستور پالس هاي جريان بزرگتري براي ثابت نگه داشتن دامنه مي گيرد.
نو سان ساز كلپيتس
نكته مهم در شكل بالانياز به وجود سه اتصال ميان مدار تنظيم شده و ترانزيستور براي ايجاد فيد بك مثبت است. اميتر به سر وسط سلف متصل مي شود ولي مي توان آن را به صورت معادل با استفاده از دو خازن برابر به طور سري مانند شكل بعد به شاخه خازني مدار متصل كرد.در اين نوسان ساز از يك فت اتصالي با مقاومت در مدار درين استفاده شده و مدار با خازن به در ين متصل شده است. بنا بر اين مدار بر خلاف تغذيه مستقيم شكل اول به طور موازي تغذيه مي شود.
خازن هاي تعيين كننده فركانس و با خازن هاي ورودي و خروجي ترانزيستور موازي هستند و در نتيجه اين خازنها در تعيين فر كانس نوسان نيز تاثير دارند. با بزرگتر كردن و تا حد امكان تاثير اين خازنها به حد اقل مي رسد.از سوي ديگر اگربه نوساني با فر كانس بالا نياز باشد خازنهاي تنظيم بايد خيلي كوچك باشند. در اين موارد مي توان از خازنهاي ورودي و خروجي ترانزيستور به جايواستفاده كرد. يك خازن متغيير كوچك مانند شكل سوم براي تنظيم به دو سر سلف متصل مي شود. در اين مدار نيز كه با پالسهاي جريان گيت شارژ و از طريق تخليه مي شود به طور خود كار باياس لازم را تامين مي كند. براي آنكه امكان زمين شدن سر متغيير خازن (و در نتيجه بيس ترانزيستور) وجود داشته باشد يك چوك با امپدانس زياد در فر كانس كار به مدار اميتر افزوده مي شود.
هر سه نوسان ساز بالا كه شرح دادم در كلاس براي دامنه هاي نوسان بزرگ عمل مي كنند. براي به دست آوردن شكل موج سينوسي خروجي را بايد از مدار گرفت. مثلا با سيم پيچي كه مانند شكل اول و دوم به طور القايي به مدار متصل مي شود.اگر خروجي از خود ترانزيستور گرفته شود مثلا از مقاومتي در مدار اميتر يا سورس قطار پالسي با فر كانس تكراري برابر با فركانس تشديد به دست مي آيد.
نوسان ساز راينارتز
اين نوسان ساز چون زياد در گيرنده هاي ترانزيستوري استفاده مي شود بايد حتما در بارش مي نوشتم.در اين مدار فيد بك مثبت با اتصال مدار كلكتور به مدار اميتر با القاي متقابل وتامين مي شود. و هر دوبه مدار تعيين كننده فركانسنيز متصل هستند. اين نوسان ساز به روش تقسيم ولتاژ پايدار مي شود ولي همانطور كه نشان داده شده است اثر بازوي پاييني مقسم ولتاژ بايد با خازن كم مقاومتي خنثي شود تا سيگنال توليد شده در دوسرمستقيما بين بيس و اميتر اعمال شود . در نگاه اول به نظر مي رسد كه بخش تعيين كننده فركانس در نوسان ساز راينرتز چهار اتصال دارد ولي اتصال مثبت و منفي منبع تغذيه در واقع مشترك هستند زيرا امپدانس منبع در فركانس نوسان ناچيز است يا بهتر است كه چنين باشد.
نوسان ساز كنترل شده كريستالي
و اما از همه مهمتر كه حتما بايد در باره ا ش بدانيد اين مورد است چون در بعضي كاربرد ها لازم كه نوسان ساز پايداري فركانسي زيادي داشته باشد يعني يك فر كانس ثابت را بدون وابستگي به عوامل ديگر توليد كند مثل منبع موج حامل در فرستنده ها اگر كنترل تلويزيون را ديده باشيد احتمالا يك قطعه مكعبي زرد رنگ(كريستال) را در آن ديده ايد يا مدار تلويزيون يا بعضي راديو ها واز ديگر جاهايي كه اين نوسان ساز به كار مي رود منابع توليد كننده پالسهاي ساعت در كامپيوتر ها و سيستم هاي ديجيتال است . روش رايج براي به دست آوردن پايداري فركانسي لازم استفاده از كريستال پيزوالكتريك براي كنترل فركانس نوسان است .چنينكريستالهايي(بسته به ابعاد و شكلشان)داراي فركانس تشديد طبيعي هستنددر عمل كريستال بين دو صفحه فلزي نصب مي شود كه اتصال الكتريكي با كريستال را ايجاد مي كند . را ه هاي متعددي بزاي اتصال كريستال به مدار نوسان ساز وجود دارد.كه يك نمونه از آن در شكل بعدي آمده است در اين شكل كريستال بين كلكتور و بيس ترانزيستور وصل شده تا نوسان ساز كلپيتس را تشكيل دهد . خازنهاي داخلي كلكتور بيس و بيس اميتر فيد بك مثبت را تاميين مي كنند. مدار كلكتور نيازي به تنظيم ندارد سيم پيچ ثانويه ترانسفور ماتور نقطه ي خروجي را ايجاد مي كند.
نوسان سازهاي مقاومت منفي
همان طور كه گفتم اگريك مدار تشديد به منبعي با مقاومت منفي مناسب متصل شود نوسان خواهد كرد. كه تفاوت آن با نوسان ساز هايي كه قبلا گفتم اين است كه تنها به دو اتصال به بخش تعيين كننده فركانس نياز دارد.منظور از مقاومت منفي قطعه اي است كه مشخصه انقالي آن(نمودار ولتاژ _جريان) حد اقل در يك محدوده ي كو چك شيب منفي داشته باشد يعني با افزايش ولتاژ لا اقل در بعضي از ناحيه هاي ولتاژي جريان آن كاهش يابدويا با افزايش جريان ولتاژ آن كاهش يابد.اين عنصر مي تواند يك قطعه خواص يا يك مدار باشد كه يكي با كلي فكر طراحي كرده.
براي استفاده از يك مقاومت منفي در يك نوسان ساز از اين نوع بايد مقدار مقاومت منفي برابر مقدار مقاومت مثبت مدار تشديد متصل به آن باشد.
چون اصولا چيزي كه باعث ميرايي دامنه نوسان مي شود مقاومت مثبت است(اي عنصر مزاحم)و تمام اين قصه ها كه گفتيم خلا صه اش اين بود كه چه طور اين ميرايي را جبران كنيم حا لا يك عنصر مطلوب مثل مقا ومت منفي را داريم كه اثر ميرايي مقاومت مثبت را از بين مي برد.
ديود تونل
يكي ازقطعات نيمه رسانا كه مشخصه اش يك مقاومت منفي را نشان مي دهد ديود تونل است . اين قطعه يك ديود است كه غلظت ناخالصي درآن بسيار زياد وپيوند آن بسيارنازك است. شكست در ديود تونل در مقاذير باياس معكوس خيلي پايين اتفاق مي افتد و در نتيجه ناحيه ي مقاومت معكوس زياد وجود ندارد.شيب منفي در باياس مستقيم كم معمولا بين0.1 تا 0.3 ولت ايجاد مي شود.(از اين جا به بعد چند خط حرف بيخود...)_اين مشخصه جالب و عجيب ومفيدو..به دليل نفوذ در سد پتانسيل در پيوند با الكترونهايي كه انرژي كافي براي عبور از اين سد ندارند به وجود مي آيد. اين اثر معروف به اثر تونل در فيزيك كلاسيك غير قابل توجيه است ولي با مكانيك كوانتومي قابل توضيح است . ديود هاي تونل را مي توان باظرفيت خيلي كمي توليد كرد و نوسان ساز هايي كه با آن كار مي كنند در فركانسهاي چند مگا هرتزي قابل ساخت هستند براي به دست آوردن بيشترين مقدار خروجي (يا همان به قول دانشجويان متعال برق ماكزيمم سويينگ متقارن) بايد نقطه كار در وسط ناحيه مقاومت منفي قرار داده شود واضح است كه دامنه خروجي كمتر از يك ولت مي باشد.
نوسان ساز پوش_ پول
مشخصه مقاومت منفي را مي توان از يك مدار دو ترانزيستوري نيز به دست آورد. نمونه اين مدار در شكل زير نشان داده شده است كه اساس آن از يك ملتي ويبراتور استابل تشكيل مي شود.اگر تركيب وجود نداشته باشد شكل موج مربعي خروجي در هر دو كلكتور توليد خواهد كرد و ترانزيستورهابه طور متناوب بين قطع و اشباع تغيير وضعيت خواهند داد. وجود مدار تنظيم شده اين عملكرد را اصلاح مي كند زيرا سلف در فركانس هاي پايين مسيري با امپدانس كم ميان كلكتور ها ايجاد مي كند در حالي كه خازنها اين كار را در فركانس هاي بالا انجام مي دهند كه هر دو عملكرد معمولي مولتي ويبراتور را تحت تاثير قرار خواهد داد عملكرد مدار منطبق بر فركانس تشديد مدار تنظيم شده است كه در آن مدار تنظيم شده بيشترين امپدانس را دارد و در نتيجه خروجي مدار سينوسي است در اين فركانس مقاومت موثر ميان كلكتورها تقريبا برابر است كه قابليت هدايت متقابل ترانزيستور هاو تضعيف مدار هاي تزويج ميان ترانزيستور هاست . يكي از اين مدار هاي تزويج است ولي با خازن ورودي موازي است و اين امر مي تواند در تضعيف مدار تاثير بگذارد . براي ايجاد نوسان بايد مقاومت ديناميكي مدار بيشتر از باشد.
