نوسان ساز

تعریف: یک نوسان ساز اساساً یک مولد سیگنال است که یک سیگنال سینوسی یا غیر سینوسی با فرکانس خاصی تولید می کند. اسیلاتورها کاربردهای مختلفی دارند زیرا اینها جزء اساسی هر مدار الکتریکی و الکترونیکی هستند.

نوسانات پیوسته اساس کار یک نوسانگر است. گاهی اوقات گفته می شود که یک نوسان ساز تقویت کننده ای با بازخورد مثبت است. یا به طور دقیق تر، تقویت کننده فیدبک با بهره حلقه باز برابر یا تا حدودی بیشتر از 1.

در زمان تعریف، می گوییم نوسانگرها مولد هستند. اما به طور خاص تر، اسیلاتورها مبدل انرژی هستند که انرژی dc را به انرژی ac معادل تبدیل می کنند. محدوده فرکانس سیگنال ac در خروجی نوسانگر از چند هرتز تا چندین گیگاهرتز متغیر است.

ما قبلاً از این واقعیت آگاه هستیم که یک تقویت کننده به سیگنال ورودی ac نیاز دارد که در خروجی تقویت کننده تقویت شده و به دست می آید. با این حال، نوسانگر به سادگی به ولتاژ dc نیاز دارد تا سیگنال ac با فرکانس مورد نظر تولید کند.

اسیلاتور عمدتاً بر اساس سیگنال تولید شده در خروجی آن طبقه بندی می شود:

• نوسانگر سینوسی یا هارمونیک: در اینجا سیگنال به دست آمده در خروجی نوسانگر تغییرات سینوسی پیوسته را به عنوان تابعی از زمان نشان می دهد.
• نوسان ساز غیر سینوسی یا آرامش: در این حالت، سیگنال به دست آمده در خروجی نوسان ساز افزایش و کاهش سریع در سطوح مختلف ولتاژ را نشان می دهد. بدین ترتیب شکل موج هایی مانند موج مربعی، موج دندانه ای و غیره ایجاد می شود.

بلوک دیاگرام نوسانگر

همانطور که قبلاً گفتیم که یک نوسان ساز چیزی نیست جز ترکیبی از تقویت کننده همراه با یک مدار بازخورد مثبت. شکل زیر بلوک دیاگرام یک اسیلاتور را نشان می دهد:

در اینجا شبکه بازخورد مدار انتخابی فرکانس است. در اینجا قابل ذکر است که مدار نوسانی به کار گرفته شده قبل از مدار تقویت کننده در شکل بالا می تواند مدار مخزن LC، شبکه R-C یا کریستال کوارتز باشد.

تقویت کننده اساساً ولتاژ dc ارائه شده توسط منبع تغذیه را به برق ac تغییر می دهد. سپس این سیگنال ac از طریق یک مسیر بازخورد به مدار مخزن داده می شود. علاوه بر این، نوسانات مدار مخزن به تقویت کننده تغذیه می شود.

از آنجایی که تقویت کننده ورودی اعمال شده را در ترمینال خود تقویت می کند. بنابراین، در خروجی تقویت کننده، به دلیل ولتاژ dc اعمال شده، نوسانات تقویت شده حاصل می شود.

همانطور که می دانیم در اینجا از یک مدار بازخورد مثبت استفاده کرده ایم. دلیل این امر این است که بازخورد بخشی از خروجی را به مدار نوسان در مرحله صحیح فراهم می کند تا نوسانات پایدار داشته باشد.

اکنون ، بیایید بیشتر حرکت کنیم تا عملکرد دقیق یک نوسان ساز را درک کنیم.

عملکرد مدار یک نوسان ساز

در بخش قبلی ، ما در مورد کار اصلی یک نوسان ساز با کمک نمودار بلوک ایده گرفتیم. بنابراین ، در این بخش ، با تجزیه و تحلیل مدار از عملکرد نوسان ساز آشنا خواهیم شد.

شکل زیر نشان دهنده مدار بازخورد نوسان ساز اصلی است:

فرض کنید ، v_iورودی اعمال شده در ترمینال تقویت کننده دارای A. A. همچنین از شبکه بازخورد استفاده می شود. این شبکه بازخورد دارای کسر بازخورد β است. خروجی تقویت کننده V است_oو شبکه بازخورد V است_f.

در اینجا β اساساً کسری از خروجی را تعریف می کند که به عنوان بازخورد برای ورودی ارائه می شود.

در ابتدا ، v_iدر ترمینال تقویت کننده با افزایش A. اعمال می شود ، بنابراین ، در خروجی تقویت کننده که می گیریم ،

این ولتاژ سپس به شبکه بازخورد ارائه می شود که اساساً یک مدار رزونانس است تا بالاترین بازخورد را در فرکانس داشته باشد.

بنابراین ، سیگنال به دست آمده در خروجی تقویت کننده بازخورد به عنوان داده شده است ،

از آنجا ، v_f= βv_oو v_o= AV_i

اگر مدار تقویت کننده و بازخورد تغییر فاز 0 درجه را معرفی کند. سپس هر دو سیگنال بازخورد و همچنین سیگنال ورودی با یکدیگر در مرحله خواهند بود.

اکنون ، هنگامی که خروجی مدار بازخورد به همراه ورودی به تقویت کننده ارائه می شود.

سپس ، سیگنال در خروجی تقویت کننده به عنوان ،

بنابراین ، ما می توانیم بنویسیم ، افزایش حلقه بسته نوسان ساز با بازخورد ،

فرض کنید ، ما فقط خروجی مدار بازخورد را در ورودی تقویت کننده ارائه می دهیم و سیگنال ورودی در ابتدا کاربردی را حذف می کنیم.

پس از حذف V_i، افزایش حلقه نوسان ساز مسئول نوسانات پایدار است.

• اگر افزایش حلقه باز کمتر از یک یعنی یعنی Aβ باشد<1 . Then after some period of time, the output will die out. This is so because, here AβV_iبه عنوان ورودی به تقویت کننده عمل می کند ، بنابراین این کمتر از V خواهد بود_iو Aβ کمتر از وحدت خواهد بود.

از این رو ، هر بار پس از عبور از حلقه ، دامنه سیگنال کاهش می یابد. در نتیجه ، نوسانات از بین می روند.

• If loop gain is more than one i.e., Aβ>1سپس باعث می شود که خروجی ساخته شود. بنابراین ، هر بار در عبور از حلقه ، افزایش دامنه نوسانات مشاهده می شود.
• حال اگر افزایش حلقه برابر با یک یعنی Aβ = 1 باشد. سپس باعث V می شود_fبرابر با V باشد_iبشربنابراین در خروجی ، سیگنال یک شکل موج سینوسی مداوم خواهد بود. به این ترتیب ، ورودی به خودی خود توسط مدار ارائه می شود و از این رو خروجی سینوسی حاصل می شود.

لازم به ذکر است که در اینجا ، در ابتدا ، افزایش حلقه همیشه بیش از 1 است تا نوسانات ایجاد شود. اما ، هنگامی که یک ولتاژ مشخص توسط سیگنال حاصل شود ، اکنون افزایش حلقه 1 می شود.

این به دلیل رفتار غیرخطی مدار تقویت کننده بازخورد است.

معیارهای Barkhausen چیست؟

معیارهای Barkhausen دو شرط را برای دستیابی به نوسانات پایدار بیان می کند. این موارد در زیر آورده شده است:

1. افزایش حلقه باز که اخیراً در مورد آن بحث کرده ایم باید کمی بیشتر از یا برابر با 1 باشد. این به معنای Aβ ≥ 1 است.
2. تغییر فاز کلی مدار باید 0 باشد. بنابراین ، سیگنال ورودی و خروجی در مرحله با یکدیگر قرار می گیرد.

این دو شرط نوسانات پایدار را در خروجی تقویت کننده فراهم می کند. این به عنوان معیارهای Barkhausen گفته می شود.

اهمیت مدار نوسان

مدار نوسان توسط شبکه LC ، مدار RC یا کریستال کوارتز و غیره تشکیل می شود. در شکل در اینجا یک مدار مخزن با اتصال موازی یک سلف و خازن نشان داده می شود:

در شرایط سوئیچ باز ، عملکرد مدار ادامه نخواهد یافت. با این حال ، پس از بسته شدن سوئیچ ، عملکرد مدار شروع می شود.

هنگامی که سوئیچ بسته می شود ، خازن موجود در مدار شروع به تخلیه می کند. به دلیل تخلیه خازن شارژ شده ، الکترون ها شروع به حرکت از طریق مدار می کنند. جریان الکترون ها جریان را در مدار ایجاد می کند اما در جهت خلاف حرکت جریان الکترون.

با توجه به این جریان جریان از طریق سلف ، پیوند شار مشاهده می شود. این نتیجه باعث ایجاد میدان مغناطیسی در نزدیکی سلف می شود. در نتیجه قدرت/انرژی در سلف به عنوان یک میدان مغناطیسی ذخیره می شود. این انرژی ذخیره شده در سلف EMF را تولید می کند.

با توجه به EMF تولید شده ، جریان دوباره از طریق مدار شروع به جریان می کند. بنابراین ، هزینه ها جریان می یابد و خازن در نهایت شارژ می شود و انرژی را به شکل میدان الکترواستاتیک نگه می دارد.

این شارژ و تخلیه جایگزین خازن و سلف نوسانات مداوم را ایجاد می کند.

در اینجا ذکر می شود که مدار باعث ایجاد نوسانات مرطوب شده می شود. شکل زیر شکل موج را در صورت نوسانات مرطوب نشان می دهد:

در اینجا ، می توانیم ببینیم که دامنه نوسانات سینوسی برابر نیست. این به دلیل وجود تلفات در سلف و خازن است.

شکل زیر شکل موج برای نوسانات بدون فشار را نشان می دهد:

در اصل ، نوسان ساز چنین نوسانات را فراهم می کند اما این دقیقاً اتفاق نمی افتد.

فرکانس مدار نوسان ساز

همچنین به عنوان فرکانس رزونانس خوانده می شود. در اصل به عنوان فرکانس نوسانات تعریف شده است. معمولاً فرکانس خاصی که در آن نوسان ساز در ابتدا تنظیم می شود ، در کل چرخه نوسانات حفظ نمی شود.

این امر به این دلیل است که ، این مقاومت ، سلف و خازن با افزایش دمای مدار تغییر می کنند.

بنابراین ، فرمولی برای فرکانس رزونانس نوسان ساز وجود دارد:

ما میدانیم،

وت

برای تشدید

عبارت برای فرکانس رزونانس یک مدار LC تنظیم شده

مزایای نوسان ساز

• نوسان ساز تجهیزات بادوام است. از آنجا که می چرخد و از این رو شانس خسارت کمتری برای معرفی وجود دارد.
• فرکانس نوسان به راحتی قابل تنظیم است.
• فراوانی نوسان رفتار پایدار دارد.
• کمتر پر سر و صدا است.
• این یک وسیله بسیار کارآمد است.

برنامه های نوسان ساز

نوسان سازها به طور گسترده در مدارهای بی شماری مانند مدارهای تعدیل کننده دامنه و فرکانس ، در گیرنده های SuperHeterodyne و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. از اینها برای تولید سیگنال های ساعت استفاده می شود.