آموزشی: درخواست از استاد رجبی برای کمک و تشریح نوسانسازها

[6466]

با سلام خدمت دوستان عزیز .استاد گرانقدر آقای رجبی
راستش بنده از علاقه مندان شدید الکترونیک هستم که متاسفانه در دوران جوانی نتواستم این رشته رو دنبال کنم.میخواستم.
الان در زمینه الکترونیک مطالعه زیاد دارم اما گاهی به مشکلاتی میرسیم که نیاز به یه استاد داریم.
چند وقتیه که دارم در زمینه نوسانسازها مطالعه میکنم.اما هرچی مطالعه دارم نمیتونم به اصول نوسانسازی واقف بشم.مثلا نوسانسازی با ترانزیستور یا با آپ امپ یا با کریستال
اینجا میخواستم از جناب استاد رجبی خواهش کنم که اوصل نوسانسازی رو از ابتدا واسمون توضیح بدن.که یه نوسانساز چطوری کار میکنه و چند نوع نوسانساز داریم و خیلی مسایل دیگه
شاید خیلی از دوستان دیگه مثل بنده باشن که علاقه مند به این موضوعات هستن
با تشکر از استاد رجبی

 

[gadraj]

با سلام خدمت دوستان عزیز .استاد گرانقدر آقای رجبی
راستش بنده از علاقه مندان شدید الکترونیک هستم که متاسفانه در دوران جوانی نتواستم این رشته رو دنبال کنم.میخواستم.
الان در زمینه الکترونیک مطالعه زیاد دارم اما گاهی به مشکلاتی میرسیم که نیاز به یه استاد داریم.
چند وقتیه که دارم در زمینه نوسانسازها مطالعه میکنم.اما هرچی مطالعه دارم نمیتونم به اصول نوسانسازی واقف بشم.مثلا نوسانسازی با ترانزیستور یا با آپ امپ یا با کریستال
اینجا میخواستم از جناب استاد رجبی خواهش کنم که اوصل نوسانسازی رو از ابتدا واسمون توضیح بدن.که یه نوسانساز چطوری کار میکنه و چند نوع نوسانساز داریم و خیلی مسایل دیگه
شاید خیلی از دوستان دیگه مثل بنده باشن که علاقه مند به این موضوعات هستن
با تشکر از استاد رجبی

با سلام :
سوال جالب و پیچیده ای که تقریبا قلب کلی از مدارات الکترونیک را شکل میدهد { احسن به طرح سوال } .
مطلب را با تمثیل خیلی ساده تر شروع میکنم ببینید هر مدار یا دستگاه الکترونیکی شامل مدارات طبقاتی مختلفی را دارا میباشند که همه این مدارات دست بهم داده و دستگاه یا پروژه ای را شکل میدهند اما یک وجه اشنراکی بین همه انها مشاهده میشود و ان اینکه همه این مدارات دارای یک یا چند ورودی و خروجی دارند مثلا یک تقویت کننده صوتی را در نظر بگیرید !!! دارای یک ورودی میکروفون و یک خروجی بلندگو دارد وظیفه این مدار این هست که هر چی سیگنال صوتی از میکروفون وارد مدار شود !! با استفاده از منبع تغذیه ای که با ان مرتبط هست این سیگنال ورودی را تقویت کرده و با توان بالاتری به بلندگو تحویل میدهد - اگر کمی تامل عمیق تری داشته باشید در کلی از مدارات چنین مسایلی وجود دارد که با استفاده از منبع تغذیه ای که دارد {باتری یا برق و... } ورودی را گرفته و پردازش را در خود انجام داده و به خروجی تحویل میدهد بعبارتی تقریبا همه مدارات دارای ورودی و خروجی { صرف نظر از منبع تغذیه که لازمه همه مدارات فعال هست } دارند ..... اما از بین این همه مدارات یک مورد استثنایی داریم که انهم مروبوط میشه به نوسان ساز یا اوسیلاتور ... تعریفی از مدار اوسیلاتور :

در یک تعریف می توان گفت اوسیلاتورها تنها مداراتی هستند که فاقد ورودی میباشند و با اعمال تغذیه - خود بخود شروع به انجام وظیفه نموده و نتیجه را در خروجی خود اماده میکنند .
اما خود این نوسان ساز ها هم برای خود دنیایی دارند که طبقه بندی شده و هر کدام از انها به نوعی نام گذاری و مورد استفاده مناسب خود دارند ....
- هارتلی - کولپیتس - مولتی ویبراتور { استابل + مونواستابل + بی استابل } - کریستالی - و خیلی انواع دیگر که شناخت کامل انها لازمه تخصص کافی و مهارت طراحی و... نیاز دارند که سعی میکنم به زبانی ساده تر در اسرع وقت بدانها نیز بپردازم یک وجه اشتراکی نیز در بین همه نوسانساز ها وجود دارد که تقریبا تمامی نوسان ساز های اکتیو {فعال } را میتوان توسط قطعاتی از قبیل انواع ترانزیستور و انواع ایسی ها و کریستال کوارتز ها طراحی و بکار گرفت اما دسته دومی از نوسان ساز ها هستند که پسیو { غیر فعال } نام دارند که معمولا برای ساخت و طراحی نیازی به قطعات غیر فعال مانند مقاومت و خازن و سیم پیچ و صافی های سرامیکی و.... دارند لذا میتوان گفت که همه نوسان ساز ها در این دو گروه جای گرفته اند ..>> الف : اکتیو یا فعال هستند و >> ب : پسیو یا غیر فعال هستند .
ساده ترین مداری از گروه فعال را با مثالی تشریحی پیگیری میکنیم :
شکل زیر را در نظر بگیرید ؟!! :
[hide] [/hide]
- مدار فوق از دو ترانزیستور معمولی مثل bc109 و چهار عدد مقاومت و دو ال ای دی و دو خازن الکترولیتی تشکیل یافته - شما وقتی ولتاژ مدار را وصل میکنید بلافاصله مشاهده خواهید کرد که یکی از این ال ای دی ها روشن شده و پس از زمانی که قابل تعریف میباشد خاموش و بلافاصله - ال ای دی - دومی روشن و این سیکل کاری تا قطع ولتاژ - در مدار فوق ادامه خواهد یافت و این یعنی یک نوسان ساز مولتی ویبراتور { نوسان ساز - خود بخود پایدار }
در تشریح چگونه عمل کرد مدار کافیست که یکی از دو مرحله {حالت هایی از روشن شدن یا خاموش شده یکی از ترانزیستور } ها را در نظر بگیرید . میدانید که با اعمال ولتاژ بایاس به ترانزیستور موجب هدایت { روشن شدن } و با قطع بایاس ان موجب قطع { خاموشی } ان خواهد شد .
در مدار فوق با فرض اینکه ترانزیستور شماره 1 - با وصل شدن ولتاژ روشن گردید ... توجه کنید که این مرحله { کدام ترانزیستور ابتدا روشن میشود ؟} به هیچ وجه قابل پیش بینی نیست و دلیل ان هم برمیگردد به تلرانسی که قطعات در مدارات از خود نشان میدهند اینجا فرض بر این هست که ترانزیستور یک روشن شده و ترانزیستور شماره 2 خاموش هست ....
چون بیس ترانزیستور Q۲ از طریق مقاومت R۲ به منبع تغذیه متصل است ترانزیستور Q۲ خاموش نخواهد ماند و پس از مدتی { ثابت زمانی خازن مربوطه با مقاومت همراه }دوباره روشن خواهد شد و بالعکس .
در نتیجه هر دو ال ای دی موجود در روی کلکتور ترانزیستورها به نوبت و مرتب یکی پس از دیگری روشن و خاموش گردیده و منتنج به شکل موجی در روی هر کلکتور ها به صورت مربعی ایجاد خواهد شد که به نسبت کاربرد و محل مصرفی ان استفاده میگردد .
به جهت مزید اطلاع علاقمندان : زمان روشن و خاموشی و بعبارتی فرکانس این مولتی ویبراتور را از طریق محاسبه فرمول زیر میتوان محاسبه و طراحی کرد [hide] [/hide]
در ادامه تاپیک بقیه را نیز به تفصیل مطالعه خواهید کرد .
خسته نباشید
تا جلسه بعدی ....
موفق باشید .

 

[gadraj]

با سلام :
در پست قبلی اشاره ای به انواع اوسیلاتورها داشتیم که چند مورد نام برده شد از منظر نوع شکل موج تولیدی در خروجی چنین مدارات - میتوان به دو گروه عمده تقسیم بندی کرد ... الف : اوسیلاتورهای سینوسی ..... ب : اوسیلاتورهای غیر سینوسی { مربعی + دندان اره ای + مثلثی + .... }
به جهت پرهیز از اینکه مطالب پست طولانی و خسته کننده نگردد مقاله ای تهیه و در قالب یک فایل برای اوسیلاتورهای گروه اول تقدیم میکنم امیدوارم براتون مفید واقع شود .
پسورد فایل با حروف بزرگ WWW.IRANTK.IR
دانلود کنید : [hide] مشاهده فایل‌پیوست نوسان ساز های سینوسی.rar[/hide]
ادامه دارد .
موفق باشید

 

[gadraj]

با سلام :
ساده ترین مدار اوسیلاتور سینوسی توسط چند مقاومت و خازن با یک ترانزیستور معمولی را که در اکثر مدارات { بخصوص در تلفن و ادوات صوتی } کاربرد دارد تشریح میکنیم :
اشاره میکنم که نوسان سازها با استفاده از خاصیت میرایی کار خود را شروع میکنند اما میدانیم که این خاصیت دوامی نداشته و بزودی به صفر میرسد برای جبران و دوام این میرایی در اوسیلاتورها از مدار فیدبک و تقویت ان استفاده میگردد .
نوعی مدار ساده که در اوسیلاتورهای سینوسی RC مورد استفاده قرار میگیرد {RC Phase-Shift Network } میباشد بلوک دیاگرام چنین مداراتی طبق شکل زیر از چند عدد مقاومت و خازن و یک قطعه فعال { اعم از ترانزیستور یا تقویت کننده های عملیاتی OPAMP و گیت های دیجیتالی} که ارایش منظمی دارد میباشد شکل را مشاهده کنید :
[hide] [/hide]
در چنین مداری از خروجی قطعه فعال توسط یک شبکه متشکل از مقاومت و خازن { به شکل T } که هر طبقه باید 60 درجه با طبقه مابعدی و ماقبلی خود اختلاف فازی ایجاد میکند را بکار بگیریم و از انجا که در جبران میرایی به 180 درجه اختلاف فاز نیاز داریم { فرمولهای مورد نیاز در انتهای پست تقدیم میگردد } لذا استفاده از سه مرحله از این شبکه برای پایداری و جبران سازی کافی خواهد بود برای مثال مداری طبق شکل روبرو که برای فرکانس محدوده بوق ازاد تلفن محاسبه و طراحی گردیده نیز خدمتون تقدیم میکنم میتونید به همین سادگی مدار را بسته و خروجی انرا به ورودی امپلی فایر صوتی اعمال و صدایی شبیه بوق ازاد تلفن { توسط ولومها میتونید بدلخواه فرکانس را نیز تغییر دهید اما توجه کنید که این میزان تغییر نباید بقدری باشد که از اختلاف فاز 60 درجه در هر طبقه تجاوز یا کمتر گردد } را بشنوید شکل را میبینیم :
[hide] [/hide]
توجه کنید که مدار پروتیوس شبیه سازی شده و جهت تطبیق امپدانس بلندگو با نرم افزار توسط یک ترانزیستور دوم تقویت شده است در صورت عدم نیاز میتوانید این نقویت را حذف کنید .
با فرض اینکه چنین مداری را اماده کرده اید حال با ترفند ساده دیگری میخواهیم صدای تون بوق اشغال تلفن نیز بدان اضافه کنیم :
شکل را ملاحظه کنید : [hide] [/hide]
در شکل قبلی مقادیر قطعات بین 300 الی 500 هرتز { فرکانس استاندارد بوق ازاد تلفن 400 الی 455 هرتز تعریف شده میباشد } محاسبه و طراحی گردیده بود حال اگر مدار اسیلاتور دومی را با فرکانس یک هرتز محاسبه کنیم و خروجی این مدار را با مدار اولی مچینگ کنیم میرسیم به مدار ساده ای که قادر هست فرکانس خروجی مدار قبلی را در هر ثانیه یک بار قطع و وصل کند و حاصل همون صدای تون استاندارد بوق اشغال تلفن خواهد بود که خیلی هم کاربردی میباشد .
کل مدار در نرم افزار پروتیوس طراحی و فایلهای اماده شبیه سازی شده را خدمتون نیز تقدیم میکنم میتونید با استفاده از فرمولهایی که همراه فایل ضمیمه پیوست شده به نسبت نیاز خود تغییرات لازم را انجام داده و به مدار اسلاتور با فرکانس دلخواه برسید { همین اژیرهای پلیسی و دزدگیرها و....که اوسیلاتورهای چند فرکانسی نام دارند از همین روش استفاده کرده اند معمولا بجای ترانزیستور از گیت های دیجیتالی بهره برده شده اما اساس در کل همین بود که تشریح گردید .
- توجه یکی از معایب چنین مدارات اوسیلاتورها این هست که به ولتاژ سویچ حساس هستند بعبارتی باید ولتاژ به مدار در یک مرحله و یک مرتبه وصل گردد فرضا با شارژ شدن خازنی - ولتاژ اعمالی به ارامی -احتمال دارد مدارتان با تاخیر و یا اصلا کار نکند لذا در تست - این مورد را مد نظر داشته باشید و با حوصله و تامل کار را پیش ببرید .
دانلود کنید : [hide] مشاهده فایل‌پیوست انواع نوسان ساز های سینوسی.rar[/hide] پسورد فایل : WWW.IRANTK.IR
خسته نباشید .
ادامه دارد .

 

[gadraj]

با سلام :
اسیلاتور با گیت های دیجیتالی :
الف : با CD4093
CD4093 یک ایسی دیجیتالی هست که در داخل خود - دارای چهار عدد گیت نند انحصاری میباشد از انجا که خروجی این گیت ها نسبت به ورودی خود 180 درجه اختلاف فازی دارد لذا بهسهولت میتوان از یک گیت ان مدار نوسان سازی طراحی کرد که فرکانس ان از زیر صفر الی محدوده کار ایسی { معمولا نوع تاپیکالشون تا 50 مگاهرتز اما در عمل ممکن هست نوع انتخابی شما کمتراز این مقدار جواب دهد } باشد خروجی این گیت ها معمولا در محدوده توان گیت و حدودا زیر 20 میلی امپر میباشد اما برای اعمال به مدارات ما بعدی خود در حد کفایت میباشد در شکل زیر با استفاده از گیت دوم این ایسی به عنوان تقویت کننده در نرم افزار پروتیوس طراحی و شبیه سازی شده است که شما در صورت عدم نیاز میتوانید گیت دوم را حذف کنید با توجه به سادگی مدار میتوان تعداد چهار عدد اوسیلاتور مجزا را با یک عدد از این ایسی در فرکانس های مختلفی طراحی کنید از کاربردهای چنین مداراتی بیشتر در تولید صداهای اژیر چند فرکانسی و کلاک ساعت برای شمارنده ها و..... بهره برد .
فرمول ساده ای برای طراحی دارند که مشهور به فرمول { تاوو } یا همون ثابت زمانی خازن و ان عبارتست از :
[hide]†= 1/ 07 × RC [/hide]
† = زمان بر حسب ثانیه
0/7 = ثابت زمانی هفتم هر خازنی
RC = ظرفیت خازن به فاراد در مقدار مجموع مقاومتهای همراهش به اهم
مسلما شکل خروجی چنین مداراتی از نوع مربعی خواهد بود .
دانلود فایل [hide] مشاهده فایل‌پیوست 4093 OSC.rar[/hide]
پسورد همون : WWW.IRANTK.IR
موفق باشید .
ادامه دارد .

 

[6466]

استاد رجبی بسیار عالی بود مثل همیشه واقعا ممنون
راجع به اسیلاتور پست 4 اگه میشه یکخورده واضح تر توضیح بدید .یه مقدار گیج کننده بود.
در مورد اوسیلاتورهایی که از کریستال استفاده میکنن هم لطفا توضیح بدید
با تشکر

 

[gadraj]

استاد رجبی بسیار عالی بود مثل همیشه واقعا ممنون
راجع به اسیلاتور پست 4 اگه میشه یکخورده واضح تر توضیح بدید .یه مقدار گیج کننده بود.
در مورد اوسیلاتورهایی که از کریستال استفاده میکنن هم لطفا توضیح بدید
با تشکر

با سلام :
یک مدار با ارایش امیتر مشترک عبارت از اینست که ورودی از بیس ترانزیستور اعمال میشه و خروجی ان سیگنال در کلکتورظاهر خواهد شد فرق این سیگنال بین ورودی و خروجی در چنین مداری – صرف نظر از تقویت دامنه – ایجاد اختلاف فازی هست که 180 درجه خروجی با ورودی دارد مدار ساده شکل زیر را در نظر بگیرید :
[hide] [/hide]

فرض کنید قسمت مثبت رونده این سیگنال که به بیس اعمال میشود – چون ترانزیستوراز طریق مقاومت یک + {مقاومت بیس } در استانه بایاس {هدایت } قرار گرفته لذا بخش مثبت رونده این سیگنال {با ابی مشخص شده } موجب هدایت ترانزیستور و در نتیجه ولتاژ مثبت موجود روی کلکتور به منفی تنزل خواهد کرد متعاقبا که بخش منفی سیگنال {قرمز رنگ } به بیس رسید موجب خاموشی ترانزیستور و برگشت ولتاژ مثبت از طریق مقاومت { ار. ال } به کلکتور و نتیجه این سیکل کاری - ظاهر شده سیگنال ورودی در خروجی اما با 180 درجه اختلاف فازی { صرف نظر از تقویت دامنه } به همراه میباشد حال چنانکه همین سیگنال خروجی را به ورودی اعمال کنیم !! { فیدبک مثبت } در حالت ایده ال باید این سیکل کاری مرتبا تکرار و موجب تولید پالس گردد اما از یک طرف با توجه به خاصیت اتلاف انرژی در تبدیلات و همچنین خاصیت میرایی - در عمل چنین نخواهد بود و بعد از چند سیکل تکراری و بدلیل افت دامنه همین سیگنال دیگر قادر به تحریک ترانزیستور نشده { همون خاصیت میرایی } و مدار از نوسان باز خواهد ماند { دقت کنید که در هر مرحله دامنه سیگنال نیز تقویت میشود اما چون دامنه خروجی چنین مداری شدیدا وابسته به دامنه ورودی میباشد لذا میزان تقویت نیز در هر مرحله کمتر از مراحل قبلی و نهایتا به صفر خواهد رسید } .
​

ممکن هست این سوال براتون پیش بیاد که با توجه به اختلاف 180 درجه ای ایجاد شده در یک مرحله - چرا؟؟ و به چه دلیل ؟؟ از تعدادی مدار مشابه مسلسل استفاده میکنیم تا این اختلاف 180 درجه ای را بسازیم ؟ شکل را دقت کنید :
[hide]

پاسخ روشن هست زیرا این 180 درجه یک مرحله ای هنوز خاصیت میرایی را در بر دارد اما با استفاده از روش چند مرحله ای – ترانزیستورمدار در هر بار ازسیکل کاری مدار - با یک سیگنال دیگری که با فاز سیگنال قبلی فاصله 60 درجه ای دارد مواجه هست { همین جاست که مسله تولید هارمونیک موج سینوسی پیش میاد و در زمان عبور از نقطه صفر همدیگر را خنثی نمیکنند یاداوری میکنم که یک موج سینوسی هیچ وقت یک شکل دقیق واقعی یک تک سیگنال صاف نیست بلکه حاوی شکل موجهایی هست که پر از هارمونیک امواج سینوسی فرکانس فوق میباشد } و با استفاده از جمع و جبری این هارمونیکها !!! ترانزیستور را قادر میسازیم تا خاصیت میرایی هر مرحله - در مرحله بعدی از بین رفته { نقطه عبور از صفر با زاویه دیگری میباشد که قادر به خنثی سازی سیکل قبلی را غیر ممکن میسازد} بعبارتی در بیس ترانزیستور هیچگاه نقطه صفری که همدیگر را تلاقی و خنثی کند نداریم { چنانکه یک موج سینوسی مثبت با موج سینوسی مشابه منفی {180 درجه اختلاف } جمع گردد حاصل صفر خواهد بود } و ترانزیستور بطور مدام به سیکل کاری خود ادامه می دهد .
​

[/hide]
در مورد اوسیلاتورهای کریستالی همینطور که شاهد هستین تاپیک ادامه دارد و در اسرع وقت خواهیم پرداخت .
موفق باشید .
ادامه دارد .

 

[6466]

بسیار عالی بود استاد رجبی ممنون.منتظر ادامه مباحث شما هستیم