به نام خدا فصل پنجم نوسان سازها مقدمه نوسان سازها مدارهای ویژه ای هستند که کاربرد فراوانی دارند. این مدارها در مولتی مترها و اسیلوسکوپ و گیرنده و فرستنده و وسایل دیجیتالی مانند شمارنده ها و تایمرها و ماشین حساب ها استفاده می شوند.

اصول نوسان سازی نوسان ساز مداری است که بدون وصل کردن سیگنال متناوب به ورودی آن در خروجی سیگنال متناوب تولید می شود.

انواع نوسان سازها از نظر شکل موج نوسان سازها می توانند شکل موج های مختلفی تولید کنند که چهار مورد از آنها در شکل زیر آمده است.

اصول کار مدارهای الکترونیکی نوسان سازها اغلب نوسان سازها از یک طبقه تقویت کننده و یک طبقه برگشتی به نام فیدبک (Feed Back) تشکیل شده اند. فیدبک یا شبکه برگشتی قسمتی از سیگنال خروجی را به ورودی تقویت کننده برگشت می دهد.

نیازهای اساسی برای نوسان سازی (نیازهای اولیه برای نوسان سازی) برای نوسان سازی نیازهای اولیه عبارتند از 1- منبع انرژی (باتری نوری یا باتری شیمیایی) 2- مدار تعیین کننده فرکانس (شبکه RC یا LC باشند) 3- تقویت کننده (IC ، BJT و FET ) 3- مدار فیدبک یا پسخورد

در نوسان سازی قسمتی از سیگنال خروجی به ورودی منتقل می شود که با سیگنال ورودی هم فاز باشد. به عبارتی فیدبک باید مثبت باشد(Positive Feed Back). اگر سیگنال برگشتی با ورودی 180 درجه اختلاف فاز داشته باشد فیدبک منفی است. (Negative Feed Back)

نکته: مدار تعیین کننده فرکانس در شبکه فیدبک قرار دارد. نوسان های اولیه توسط مدار تعیین کننده فرکانس تولید شده و توسط تقویت کننده تقویت شده و توسط شبکه فیدبک به ورودی برگشت داده می شود.

اصل بارک هاوزن (Barkhausen Criterion) بنابر اصل بارک هاوزن یک نوسان ساز زمانی به نوسان در می آید که حاصل ضرب بهره ولتاژ تقویت کننده در بهره ولتاژ شبکه فیدبک یک شود. AV×BV=1

یک نوسان ساز چگونه به نوسان در می آید برای نوسان سازی یک نوسان ساز سه مرحله دارد. 1- مرحله روشن شدن دستگاه با کلید. 2- مرحله تولید سیگنال اولیه 3- مرحله پایدار شدن نوسان ها با روشدن دستگاه به علت تغییر ناگهانی ولتاژ و حالت گذرای مدار ضربه ای به مدار وارد می شود و همه فرکانس ها تولید می شود مدار هماهنگ فرکانسی برابر با فرکانس رزونانس خود انتخاب می کند. این سیگنال از طریق فیدبک به صورت هم فاز به ورودی تقویت کننده برمی گردد و سپس توسط تقویت کننده تقویت شده و این عمل تکرار می شود تا AV×BV=1 سپس سیگنال با دامنه و فرکانس ثابت تولید می شود.

تولید نوسان ساز مربعی اگر شرایط مدار طوری تنظیم شود که تقویت کننده مدار به قطع و اشباع رود سیگنال مربعی تولید می شود.

انواع نوسان سازها سینوسی در زمان های قدیم از لامپ های خلا به جای تقویت کننده استفاده می شد. اما امروزه به جای لامپ خلا از تقویت کننده BJT و FET و تقویت کننده های عملیاتی و مدارهای منطقی استفاده می شود. انواع نوسان سازها از نظر مدار تعیین کننده فرکانس نوسان سازها از نظر مدار تعیین کننده فرکانس به دو دسته تقسیم می شوند. 1- مدار تعیین کننده فرکانس LC موازی باشد. 2- مدار تعیین کننده فرکانس یک شبکه RC باشد.

انواع نوسان سازهای LC از نظر شبکه فیدبک 1- نوسان ساز با شبکه فیدبک ترانسفورماتوری 2- نوسان ساز با شبکه فیدبک از طریق تقسیم ولتاژ سلفی 3- نوسان ساز با شبکه فیدبک از طریق تقسیم ولتاژ خازنی نوسان ساز با شبکه فیدبک ترانسفورماتوری در این نوسان ساز فیدبک از طریق ترانسفورماتور انجام می شود. این نوع نوسان ساز به نام نوسان ساز آرمسترانگ معروف می باشند.

L1 بار کلکتور می باشد و یک RFC می باشد (Radio Frequency choke) مدار تانک L2C2 مدار تعیین کننده فرکانس است و ترانس (L2,L3) شبکه فیدبک را تشکیل می دهد.

نوسان ساز با شبکه فیدبک از طریق تقسیم ولتاژ سلفی (نوسان ساز هارتلی) در این نوسان ساز ولتاژ فیدبک از طریق تقسیم ولتاژ سلفی انجام می گیرد.

نوسان ساز با فیدبک از طریق تقسیم خازنی در صورتیکه فیدبک از طریق تقسیم ولتاژ خازنی انجام شود نوسان ساز را کول پیتس گویند(Colpitts). LF، CF1 ، CF2 مدار تعیین کننده فرکانس و اختلاف فاز از طریق زمین شدن خازن ها ایجاد می شود. اگر خارن C2 نباشد بیس زمین می شود.

فرکانس نوسان ساز

نوسان ساز کلاپ (Clapp) با تغییر کوچک در نوسان ساز کول پیتس نوسان ساز کلاپ بوجود می آید. خازن CF3 به صورت خازن تریمر می باشد و برای تنظیم فرکانس می باشد.به علت وجود خازن CF3 نیازی به خازن کوپلاژ نیست.

فرکانس نوسان ساز کلاپ

نوسان ساز RC این نوسان ساز مانند نوسان سازهای دیگر از دو قسمت تقویت کننده و شبکه فیدبک RC درست شده است. در این نوسان ساز مانند دیگر نوسان ساز ها دو شرط نوسان باید برقرار باشد که عبارتند از : 1- اصل بارک هاوزن برقرار باشد. 2- فیدبک مثبت برقرار باشد.

این نوسان سازها تا فرکانس 100کیلو هرتز مناسب می باشند.

نوسان ساز پل وین Win Bridge Osillator نوسان ساز پل وین یک نوسان ساز سینوسی با اعوجاج کم می باشد که از یک تقویت کننده و یک شبکه فیدبک RC درست شده است. دامنه خروجی این شبکه فیدبک 1/3 ورودی آن می باشد و اختلاف فاز ایجاد نمی کند.

فرکانس نوسان ساز پل وین

نوسان ساز کریستالی (Crystal oscillator) فرکانس نوسان سازها ثابت نیست و توابع درجه حرارت و ولتاژ و کمیت های دیگر می باشد. برای فرکانس ثابت و پایداراز نوسان ساز کریستالی استفاده می شود. در نوسان ساز کریستالی ، کریستال در مدار تعیین کننده فرکانس یا شبکه فیدبک قرار می گیرد و فقط به فرکانس رزونانس خود اجازه عبور می دهد.

مولتی ویبراتور (multivibrator) یکی از اجزای مدارهایی که با پالس سرو کار دارند و عمل کلید زنی در آن ها انجام می شوند، مولتی ویبراتور است. انواع مولتی ویبراتورها 1- مولتی ویبراتور آستابل 2- مولتی ویبراتور مونوآستابل 3- مولتی ویبراتور بی آستابل کوپلاژ و انواع آن عمل اتصال تقویت کننده ها به یکدیگر را کوپلاژ گویند. انواع کوپلاژ عبارتند از 1- مستقیم 2- ترانسفورماتوری 3- خازنی

مولتی ویبراتور آستابل (astable multivibrator) بلوک دیاگرام مولتی ویبراتور آستابل به صورت زیر است. هر مولتی ویبراتورآستابل از دو تقویت کننده و دو کوپلاژ درست شده است.

مدار تقویت کننده مولتی ویبراتور آستابل تقویت کننده در مولتی ویبراتور آستابل از نوع تقویت کننده بایاس مستقیم می باشد.

مدار کامل مولتی ویبراتور آستابل مدار کامل مولتی ویبراتور آستابل به صورت زیر است

طرز کار مولتی ویبراتور آستابل پس از روشن کردن مدار هر دو ترانزیستور می توانند در حالت هدایت قرار گیرند ولی با توجه به یکسان نبودن βها و مقاوت ها یکی از آنها بیشتر هدایت می کند. اگر TR1 هادی تر باشد ولتاژ VC1 کمتر شده و درنتیجه ولتاژ بیس TR2 کم شده و در نهایت TR1 به اشباع و TR2 به قطع می رود.وقتی TR1 به اشباع رفت خازن C2 از طریق RB2 شارژ می شود و وقتی ولتاژ آن به 0.7V رسید TR2 اشباع و TR1 به قطع می رود. و وقتی TR2 به اشباع رفت خازن C1 از طریق RB1 شارژ می شود و وقتی به 0.7V رسید TR1 به اشباع می رود و TR2 به قطع می رود.

فرکانس نوسان ساز بی ثبات

مولتی ویبراتور مونو آستابل (monostable multivibrator) این نوع مولتی ویبراتور را نوسان ساز تک ضربه ای گویند زیرا با اعمال یک سیگنال به ورودی آن موجب می شود که مولتی ویبراتور موقتا به حالت نیمه پایدار رود. مدت زمان که مولتی ویبراتور در حالت نیمه پایدار باقی بماند به عوامل مدار بستگی دارد.

مولتی ویبراتور بی آستابل Bistable multivibrator این مولتی ویبراتور اغلب به فلیپ فلاپ معروف می باشد دارای دو حالت پایدار می باشد. که یکی LOW و دیگری HIGH می باشد. هنگامی که به آن سیگنال اعمال شود خروجی از یک حالت پایدار به حالت پایدار دیگر تغییر وضعیت می دهد.

مولد موج مربعی توسط IC555 یکی از آی سی های معروف که در صنعت استفاده می شود IC555 می باشد که در نوسان سازهای مربعی ، تایمرها و مدارهای آژیر به کار می رود. IC555 به صورت DIP و TO-99 موجود دارد.

مدار مولد موج مربعی توسط IC555

نوسان ساز VCO (Voltage Controlled oscillator) اسیلاتور VCO یک نوع نوسان ساز می باشد که فرکانس آن توسط ولتاژ DC ورودی تغییر می کند. در فرکانس بالا عنصر کنترل شده با ولتاژ معمولا“ دیود ورکتور می باشد. این دیود به یک مدار تانک اسیلاتور وصل می باشد. با تغییر ولتاژ کنترل ظرفیت خازنی دیود ورکتور تغییر می کند و ظرفیت خازن معادل تانک تغییر کرده و در نتیجه فرکانس نوسان ساز تغییر می کند.

فرکانس نوسان ساز در محدوده 1 کیلو تا 18 کیلو هرتز می باشد.