در این مطلب مجموعه مقالات مربوط به اسیلاتورهای خطی فهرست شده‌اند. یکی از مهم‌ترین بخش‌های هر مدار برای تولید نوسان، اسیلاتورها هستند. اسیلاتور یک مدار الکترونیکی است که سیگنال الکترونیکی متناوب نوسانی تولید می‌کند. این سیگنال می‌تواند شکل موج سینوسی، مربعی، مثلثی، دندان‌اره‌ای و غیره داشته باشد. مجله فرادرس، آموزش‌هایی را درباره اسیلاتورهای خطی منتشر کرده است. وظیفه اسیلاتورهای خطی، تبدیل جریان مستقیم منبع توان به سیگنال جریان متناوب است. از اسیلاتورهای خطی در ژنراتورها و مولدهای شکل موج استفاده می‌شود. سیگنال رادیویی تولید شده توسط فرستنده‌های تلویزیونی، سیگنال کلاک برای تنظیم کامپیوتر و ساعت کوارتز و صدای الکترونیکی تولید شده توسط سینتی‌سایزر‌ها، از جمله مثال‌های سیگنال معمول تولید شده توسط اسیلاتورهای خطی هستند.

اسیلاتورها معمولا به وسیله فرکانس سیگنال در خروجی خود به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند:

  • «اسیلاتور فرکانس پایین» (Low Frequency Oscillator)، یک اسیلاتور الکترونیکی است که سیگنالی با فرکانس پایین‌تر از ۲۰ هرتز تولید می‌کند. از این اسیلاتور در «سینتی‌سایزرهای صوتی» (Audio Synthesizers) استفاده می‌شود.
  • «اسیلاتور صوتی» (Audio Oscillator)، که سیگنال متناوب با فرکانسی در محدوده شنوایی انسان (بین $$\text{16 kHz}$$ تا $$\text{20 kHz}$$) تولید می‌کند.
  • «اسیلاتور فرکانس رادیویی» (Radio Frequency Oscillator)، که سیگنال متناوب با فرکانس $$\text{100 kHz}$$ تا $$\text{100 GHz}$$ تولید می‌کند.

به اسیلاتورهایی که از منبع تغذیه DC، خروجی AC با توان بالا تولید می‌کنند، «اینورتر» (Inverter) گفته می‌شود. اسیلاتورها از نظر الکترونیکی به دو نوع اسیلاتورهای خطی یا هارمونیک و اسیلاتورهای غیر خطی یا رلاکساسیون تقسیم می‌شوند. در این مجموعه مقالات، اسیلاتورهای خطی بررسی شده‌اند.

اسیلاتورهای خطی

اسیلاتورهای هارمونیک یا خطی یک سیگنال سینوسی در خروجی خود تولید می‌کنند. این اسیلاتورها دو دسته‌بندی کلی دارند:

اسیلاتور فیدبک

«اسیلاتورهای فیدبک» (Feedback Oscillator) از مدار فیدبک برای تولید سیگنال استفاده می‌کنند. از متداول‌ترین انواع اسیلاتور خطی، تقویت‌کننده‌های الکترونیکی هستند. خروجی تقویت‌کننده‌های الکترونیکی مثل ترانزیستورها یا تقویت‌کننده‌های عملیاتی توسط یک حلقه فیدبک به ورودی آنها متصل است. این اتصال از طریق یک فیلتر الکترونیکی انتخابگر فرکانس صورت می‌گیرد تا فیدبک مثبت ایجاد کند.

هنگامی که برای اولین بار منبع توان به تقویت‌کننده متصل می‌شود، نویز الکترونیکی درون مدار یک سیگنال غیر صفر تولید می‌کند که به شروع نوسان‌ها در مدار کمک می‌کند. نویز درون حلقه می‌چرخد و تقویت ‌می‌شود و سپس به سرعت فیلتر می‌شود. به این ترتیب، پس از چند دوره تناوب، سیگنال خروجی اسیلاتور به موج سینوسی در یک فرکانس معین همگرا می‌شود.

مدار اسیلاتور فیدبک را می‌توان بر اساس نوع فیلتر انتخابگر فرکانس که در حلقه فیدبک استفاده می‌شود، به دسته‌های زیر تقسیم کرد:

فیلتر مورد استفاده در مدار اسیلاتور LC، یک «مدار تنظیم‌شده» (Tuned Circuit) است که به نام «مدار تانک» (Tank Circuit) نیز شناخته می‌شود. مدار تنظیم‌شده یک رزوناتور است که از یک سلف (L)، خازن (C) متصل به هم تشکیل شده است. بارها از صفحه خازنی به سلف منتقل می‌شوند و در آن جریان می‌یابند و سپس به صفحه‌های خازن بر می‌گردند. بنابراین مدار تنظیم‌شده می‌توان انرژی الکتریکی نوسانی را در فرکانس رزونانس خود ذخیره کند. تلفات در مدار تانک بسیار کم است، اما تقویت‌کننده اثرات این تلفات را جبران می‌کند و توان مورد نظر را در سیگنال خروجی ایجاد می‌کند. اسیلاتورهای LC عموما در فرکانس رادیویی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این فرکانس، یک منبع فرکانسی قابل تنظیم مثل ژنراتور سیگنال، فرستنده‌های رادیویی قابل تنظیم و اسیلاتورهای محلی در گیرنده‌های رادیویی مورد نیاز است.

«اسیلاتور کولپیتس» (The Colpitts Oscillator)، یکی از انواع اسیلاتورهای LC با مدار تانک تنظیم‌شده و فیدبک مثبت است. مدار فیدبک این اسیلاتور، از دو خازن سری به صورت موازی با یک سلف استفاده می‌کند. در مدار تانک تشدیدی این اسیلاتور، از بین دو خازن انشعاب گرفته می‌شود. این انشعاب به خروجی اسیلاتور متصل می‌شود تا نوسان‌های سینوسی تولید شود.

«اسیلاتور هارتلی» (The Hartley Oscillator) با استفاده از دو سلف سری که موازی با یک خازن هستند، طراحی می‌شود. به این ترتیب، یک مدار تانک تشدیدی در اسیلاتور هارتلی ایجاد می‌شود که تولید شکل موج سینوسی می‌کند.

در مدار اسیلاتور RC، فیلتر یک شبکه از مقاومت‌ها و خازن‌ها است. اسیلاتورهای RC، بیشتر برای تولید سیگنال با فرکانس‌های پایین‌تر (مثلا رنج شنوایی) به کار می‌روند.

در «اسیلاتور پل وین» (The Wien Bridge Oscillator) به جای مدار تانک تنظیم‌شده LC از شبکه RC برای تولید شکل موج سینوسی در خروجی استفاده می‌شود. مدار فیدبک این اسیلاتور، از یک پل ویِن ساده تشکیل شده است.

فیلتر مورد استفاده در مدار اسیلاتور کریستالی، یک «کریستال پیزوالکتریک» (Piezoelectric Crystal) مانندکریستال کوارتز است. کریستال به صورت فیزیکی مانند یک رزوناتور ارتعاش می‌کند و فرکانس این ارتعاش، تعیین‌کننده فرکانس نوسان است. کریستال‌ها ضریب Q بالایی دارند. همچنین این اسیلاتورها، پایداری فرکانسی بهتری نسبت به اسیلاتورهای LC یا اسیلاتورهای RC دارند.

اسیلاتورهای کریستالی، متداول‌ترین نوع از اسیلاتورهای خطی هستند. از این اسیلاتورها برای پایدار کردن فرکانس سیگنال در فرستنده‌های رادیویی و تولید سیگنال کلاک در کامپیوترها و ساعت‌های کوارتز استفاده می‌شود. اسیلاتورهای کریستالی، معمولا از مدارهای مشابه اسیلاتورهای LC استفاده می‌کنند. در این حالت، مدار تنظیم‌شده با کریستال جایگزین می‌شود. مدار اسیلاتور پیرس نیز کاربردهای فراوانی دارد. فرکانس کریستال کوارتز معمولا به پایین‌تر از سی مگاهرتز محدود می‌شود.

بقیه انواع رزوناتورها، همانند «رزوناتورهای دی‌الکتریک» (Dielectric Resonators) و دستگاه‌های «موج آکوستیک سطحی» (Surface Acoustic Wave) برای کنترل اسیلاتورهای فرکانس بالا تا فرکانس مایکروویو استفاده می‌شوند. برای مثال از اسیلاتورهای آکوستیک سطحی برای تولید سیگنال‌های رادیویی در تلفن‌های همراه استفاده می‌شود.

علاوه بر آموزش‌های بالا، برای آشنایی بیشتر با مباحث مشابه و مرتبط به این مطالب، پیشنهاد می‌کنیم آموزش‌های کامل و جامع زیر را در فرادرس ببینید:

^^

بر اساس رای 2 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

برچسب‌ها