مثال نوسان ساز هارتلی

انواع شیر ظرفشویی؛ از دیروز تا امروز.

اسیلاتور هارتلی — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)

در آموزش‌های قبلی مجله فرادرس، درباره اسیلاتور LC بحث کردیم. در این آموزش قصد داریم راجع به اسیلاتور هارتلی صحبت کنیم.

محتوای این مطلب جهت یادگیری بهتر و سریع‌تر آن، در انتهای متن به صورت ویدیویی نیز ارائه شده است.

«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.

اساس کار اسیلاتور هارتلی

یکی از معایب اصلی اسیلاتورهای LC که در بخش قبلی آن را مطرح کردیم، این است که هیچ کنترلی روی دامنه نوسان‌ها وجود ندارد. به این ترتیب، تنظیم اسیلاتور برای کار در فرکانس مطلوب بسیار مشکل است.

شکل زیر، مدار تانک یک اسیلاتور هارتلی را نشان می‌دهد:

اگر تزویج الکترومغناطیسی بین سلف‌های $$L_1$$ و $$L_2$$ بسیار کوچک باشد، فیدبک ایجاد شده بسیار ناچیز خواهد بود و نوسان‌ها پس از مدتی میرا می‌شوند.

به همین ترتیب، اگر فیدبک بسیار بزرگ باشد، دامنه نوسان‌ها افزایش می‌یابد. این افزایش دامنه به دلیل شرایط مدار، محدود می‌شود. به این ترتیب، در سیگنال اعوجاج روی می‌دهد. بنابراین «تنظیم» (Tuning) اسیلاتور، کار بسیار پیچیده‌ای است.

هرچند، اگر مقدار دقیقی از ولتاژ به عنوان «منبع فیدبک» (Feedback Source) مورد استفاده قرار گیرد، می‌توان نوسان‌هایی با دامنه ثابت تولید کرد. اگر ولتاژ در فیدبک مدار بیش از مقدار کافی باشد، دامنه نوسان‌ها با بایاس کردن تقویت‌کننده قابل کنترل است. به این ترتیب،‌ همزمان با افزایش دامنه نوسان‌ها، بایاس نیز افزایش می‌یابد و بهره تقویت‌کننده کم می‌شود.

اگر دامنه نوسان‌ها کاهش یابد، ولتاژ بایاس نیز کاهش می‌یابد و بهره تقویت‌کننده زیاد می‌شود. به این ترتیب، فیدبک مدار افزایش می‌یابد. در این حالت، دامنه نوسان‌ها ثابت باقی می‌ماند. این فرآیند، «بایاس خودکار بیس» (Automatic Base Bias) نام دارد.

یکی از مزایای بایاس خودکار بیس، در «اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ» (Voltage Controlled Oscillator) این است که می‌توان با استفاده از شرایط بایاس کلاس B یا بایاس کلاس C، بهره اسیلاتور را در ترانزیستور افزایش داد. مزیت این روش، آن است که کلکتور فقط در بخشی از چرخه نوسان، حامل جریان خواهد بود و در حالتی که کلکتور خاموش است، جریان بسیار کوچکی از آن عبور خواهد کرد.

یکی از مرسوم‌ترین انواع اسیلاتورهای LC با فیدبک تشدیدی موازی از این خاصیتِ «خود تنظیمی» (Self-Tuning)، استفاده می‌کند. این نوع اسیلاتورها، به نام «اسیلاتورهای هارتلی» (Hartley Oscillators) شناخته می‌شوند.

مدار ساده اسیلاتور هارتلی

در اسیلاتور هارتلی،‌ «مدار LC تنظیم‌شده» (Tuned LC Circuit) بین کلکتور و بیس تقویت‌کننده ترانزیستوری قرار می‌گیرد. از وسط سیم‌پیچ سلفی این مدار، یک انشعاب گرفته می‌شود و امیتر ترانزیستور به این نقطه متصل می‌شود. به این ترتیب اسیلاتور، ولتاژ نوسانی تولید می‌کند.

با گرفتن انشعاب از قسمت میانی سیم‌پیچ سلفی، فیدبک مدار تانک LC تنظیم‌شده حاصل می‌شود. به این ترتیب دو سلف سری با هم و موازی با یک خازن (C)، «مدار تانک» (Tank Circuit) اسیلاتور هارتلی را تشکیل می‌دهند.

مدار اسیلاتور هارتلی را مثال نوسان ساز هارتلی با نام «اسیلاتور با اندوکتانس دو نیم‌شده» (Split-Inductance Oscillator) نیز می‌شناسند. زیرا در این حالت، سیم‌پیچ $$L$$ از وسط دو نیم می‌شود. شکل زیر، یک مدار ساده اسیلاتور هارتلی را نشان می‌دهد:

شکل (۲) – مدار ساده اسیلاتور هارتلی

در حقیقت، اندوکتانس L در این حالت مانند دو سیم‌پیچ مجزا عمل خواهد کرد. با عبور جریان از قسمت XY سیم‌پیچ در مدار تانک، یک سیگنال در قسمت YZ سیم‌پیچ القا می‌شود. مدار تانک اسیلاتور هارتلی را می‌توان به روش‌های مختلفی ساخت. با گرفتن یک انشعاب از سیم‌پیچ، مدار تانک اسیلاتور هارتلی مانند یک اتو ترانسفورماتور عمل خواهد کرد. می‌توان این مدار را به صورت یک جفت سری سیم‌پیچ به موازات یک خازن نیز در نظر گرفت که این مسئله در شکل (۲) نشان داده شده است.

فرکانس نوسان اسیلاتور هارتلی

هنگامی که مدار نوسان می‌کند، اختلاف پتانسیل بین نقطه $$X$$ یا کلکتور ترانزیستور، نسبت به نقطه $$Y$$ یا امیتر ترانزیستور و اختلاف پتانسیل بین نقطه $$Z$$ یا بیس ترانزیستور، نسبت به نقطه $$Y$$، به اندازه ۱۸۰ درجه اختلاف فاز خواهد داشت.

در فرکانس نوسان، امپدانس بار کلکتور، مقاومتی خواهد بود و افزایش ولتاژ بیس باعث کاهش ولتاژ کلکتور خواهد شد. به این ترتیب، یک اختلاف فاز ۱۸۰ درجه دیگر نیز بین ولتاژ کلکتور و بیس به وجود می‌آید. این اختلاف فاز، به همراه اختلاف فاز ۱۸۰ درجه در حلقه فیدبک، باعث ایجاد اختلاف فاز کلی ۳۶۰ یا صفر درجه در مدار خواهد شد. به این ترتیب، یک فیدبک مثبت در مدار اسیلاتور هارتلی ایجاد می‌شود و نوسان‌ها پایدار باقی می‌مانند.

مقدار فیدبک به محل انشعاب‌گیری از سلف، بستگی دارد. اگر نقطه انشعاب به کلکتور ترانزیستور نزدیک‌تر باشد، مقدار فیدبک افزایش می‌یابد. اما ولتاژ خروجی که از کلکتور مدار گرفته می‌شود، کاهش می‌یابد. به همین ترتیب، اگر نقطه انشعاب از کلکتور دورتر باشد، مقدار فیدبک کم می‌شود و ولتاژ خروجی زیاد می‌شود.

در شکل (۲)، مقاومت‌های $$R_1$$ و $$R_2$$ باعث پایدار شدن بایاس DC ترانزیستور می‌شوند و خازن‌ها، عامل حذف سیگنال DC هستند.

در مدار اسیلاتور هارتلی، جریان DC در کلکتور فقط از یک قسمتِ سیم‌پیچ عبور می‌کند. به همین دلیل، به این اسیلاتور، «اسیلاتور تغذیه‌شده به صورت سری» (Series-Fed Oscillator) نیز گفته می‌شود. فرکانس نوسان اسیلاتور هارتلی نیز به صورت زیر داده می‌شود:

اگر سیم‌پیچ‌های $$L_1$$ و $$L_2$$‌ روی هسته‌های متفاوت پیچیده شوند، $$L_T$$ به صورت زیر محاسبه خواهد شد:

اما اگر سیم‌پیچ‌های $$L_1$$ و $$L_2$$ روی یک هسته پیچیده شوند، $$L_T$$ به صورت زیر محاسبه خواهد شد:

$$L_T = L_1 + L_2 + 2M$$

ذکر این نکته ضروری است که $$L_T$$، سلف معادل حاصل از دو سلف سری است و اندوکتانس متقابل این دو سلف ($$M$$) نیز در این محاسبه در نظر گرفته شده است.

فرکانس نوسان اسیلاتور هارتلی را می‌توان با تغییر خازن C تنظیم کرد که به آن «تنظیم به وسیله خازن» (Capacitive Tuning) گفته می‌شود. همچنین می‌توان محل «پودر آهن» (Iron-dust) را در سیم‌پیچ تغییر داد که به آن «تنظیم به وسیله سلف» (Inductive Tuning) گفته می‌شود. به این ترتیب می‌توان فرکانس نوسان را در محدوده وسیعی تنظیم کرد. همچنین، اسیلاتور هارتلی در خروجی خود دامنه‌ای ایجاد می‌کند که در کل بازه فرکانسی ثابت است.

اسیلاتور هارتلی تغذیه شده به صورت موازی

همانند آنچه درباره اسیلاتور هارتلی تغذیه شده به صورت سری توضیح دادیم، می‌توان مدار تانک تنظیم‌شده را به صورت موازی به تقویت‌کننده متصل کرد. شکل زیر، مدار «اسیلاتور هارتلی تغذیه شده به صورت موازی» (Shunt-Fed Hartley Oscillator Circuit)، را نشان می‌دهد:

شکل (۳) – اسیلاتور هارتلی تغذیه شده به صورت موازی

جریان کلکتور ترانزیستور،‌ مولفه‌های DC و AC متفاوتی دارد و هرکدام از این جریان‌ها، مسیرهای متفاوتی را در مدار طی می‌کنند. از آنجا که خازن $$C_2$$ همه سیگنال‌های DC را در مدار حذف می‌کند، هیچ جریان مستقیمی از سیم‌پیچ سلفی ($$L$$) عبور نمی‌کند. به این ترتیب، توان کمتری در مدار تنظیم‌شده تلف می‌شود.

در فرکانس نوسان، سیم‌پیچ فرکانس رادیویی (RFC) یا همان $$L_2$$ در چوک RF، راکتانس بسیار بزرگی خواهد داشت. بنابراین همچنان که جریان DC از $$L_2$$ عبور می‌کند و به منبع تغذیه برمی‌گردد،‌ بیشتر جریان فرکانس رادیویی،‌ به مدار تانک تنظیم LC از طریق خازن $$C_2$$‌ اعمال می‌شود. می‌توان به جای سیم‌پیچ $$L_2$$ از یک مقاومت نیز استفاده کرد، اما در این حالت، بهره مدار کاهش می‌یابد.

یک مدار اسیلاتور هارتلی شامل دو سلف با ظرفیت $$0.5$$ میلی‌هانری را در نظر بگیرید. این دو سلف به صورت سری با یکدیگر و به صورت موازی با یک خازن متغیر در مدار قرار می‌گیرند. ظرفیت خازن بین $$100$$ پیکوفاراد و $$500$$ پیکوفاراد متغیر است. حد بالا و پایینِ فرکانس نوسان و پهنای باندِ اسیلاتور هارتلی را بیابید.

حل: می‌دانیم که فرکانس نوسان اسیلاتور هارتلی به صورت زیر محاسبه می‌شود:

این مدار، از دو سلف موازی هم تشکیل شده است. بنابراین اندوکتانس معادل این سلف مثال نوسان ساز هارتلی به صورت زیر محاسبه می‌شود:

$$L_T = L_1 + L_2 = 0.5 mH + 0.5 mH = 1.0 mH$$

بنابراین حد بالای فرکانس نوسان به صورت زیر خواهد بود:

به همین ترتیب، حد پایین فرکانس نوسان اسیلاتور هارتلی به صورت زیر محاسبه می‌شود:

پهنای باند اسیلاتور هارتلی نیز به صورت زیر است:

پهنای باند = $$f_H – f_L = 503-225= 278 KHz$$

مدار اسیلاتور هارتلی به همراه اپ – امپ

علاوه بر استفاده از ترانزیستور دو قطبی (BJT) در ناحیه فعال اسیلاتور هارتلی، می‌توان از یک تقویت‌کننده عملیاتی یا ترانزیستور اثر میدان نیز استفاده کرد. عملکرد اسیلاتور هارتلی با اپ – امپ همانند نوع ترانزیستوری آن است و فرکانس نوسان آن نیز با نوع ترانزیستوری آن برابر است. شکل زیر، یک اسیلاتور هارتلی تقویت‌شده با اپ – امپ را نشان می‌دهد:

شکل (۴) – مدار اسیلاتور هارتلی به همراه اپ – امپ

یکی از مزایای استفاده از اسیلاتور هارتلی با اپ – امپ، این است که بهره تقویت‌کننده عملیاتی را می‌توان با استفاده از مقاومت‌های $$R_1$$ و $$R_2$$ به راحتی تنظیم کرد. مانند اسیلاتور هارتلی با تقویت‌کننده ترانزیستوری،‌ بهره مدار برابر یا کمی بزرگتر از نسبت $$L1/L2$$‌ خواهد بود. اگر دو سیم‌پیچ سلفی، به دور یک هسته پیچیده شوند و تزویج متقابل وجود داشته باشد، بهره مدار به صورت زیر نوشته می‌شود:

جمع‌بندی

همانطور که بیان شد، اسیلاتور هارتلی شامل یک مدار تانک تشدیدی LC موازی است و فیدبک آن به وسیله تقسیم‌کننده سلفی ایجاد می‌شود.

مانند بیشتر مدارهای نوسان‌ساز، اسیلاتور هارتلی در انواع متفاوتی وجود دارد. مرسوم‌ترین نوع اسیلاتور هارتلی، از تقویت‌کننده ترانزیستوری استفاده می‌کند و در مدار شکل زیر نشان داده شده است:

انشعاب بین دو سلف مدار تانک، یک شبکه تقسیم‌کننده ولتاژ سلفی ایجاد می‌کند. به این ترتیب، بخشی از سیگنال خروجی به امیتر ترانزیستور برمی‌گردد تا فیدبک مدار را تشکیل دهد. این اسیلاتور همواره سیگنال فیدبک مثبت دارد، زیرا ولتاژ در خروجی امیتر ترانزیستور با خروجی کلکتور همواره هم‌فاز است. نوسان‌ها در اسیلاتور هارتلی همواره شکل موج سینوسی دارند و فرکانس این نوسان‌ها با فرکانس تشدید مدار تانک برابر است.

اسیلاتورهای هارتلی معمولا بین فرکانس‌های 2۰ کیلوهرتز و 3۰ مگاهرتز مورد استفاده قرار می‌گیرند. هرچند این نوع اسیلاتور برای فرکانس‌های پایین مناسب نیست، زیرا منجر به استفاده از سلف‌های بزرگ می‌شود که حجم مدار را افزایش می‌دهد. همچنین خروجی اسیلاتور هارتلی، شامل تعدادی زیادی هارمونیک‌ است. بنابراین استفاده از این اسیلاتور برای کاربردهایی که به موج سینوسی خالص نیاز است، پیشنهاد نمی‌شود.

از اسیلاتور هارتلی، برای تولید موج سینوسی در فرکانس مطلوب استفاده می‌شود. همچنین، «اسیلاتورهای محلی» (Local Oscillators) در گیرنده‌های رادیویی و اسیلاتورهای RF نیز از نوع اسیلاتور هارتلی هستند.

در بخش بعدی از این سری آموزش در مجله فرادرس، به بررسی اسیلاتورهای کولپیتس خواهیم پرداخت. این اسیلاتورها دقیقا معکوس اسیلاتور هارتلی هستند. اسیلاتورهای کولپیتس، از دو خازن سری به موازات یک سلف در مدار تانک تشدیدی خود استفاده می‌کنند.

اگر علاقه‌مند به یادگیری مباحث مشابه مطلب بالا هستید، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش‌های زیر مراجعه کنید:

مثال نوسان ساز هارتلی

ساعت هوشمند مکالمه دار با قیمت مناسب

کلکسیون فنون ناب محمدرضا گرایی را ببینید + فیلم

چرا از رپورتاژ آگهی استفاده میکنیم؟

حراج آخر فصل ابزار توسن، اره پروفیل بر، پیچ گوشتی برقی و فرز آهنگری را ارزان بخرید

خانواده عجیب خزعلی؛از معاون رئیس جمهور تا خواننده و زندانی! + تصاویر

محمدرضا دیانی، نسل پنجم صنعت لوازم خانگی ایرانی

بدنه کشتی از چیست؟

انواع شیر ظرفشویی؛ از دیروز تا امروز.

خرید دستگاه ساشه پرکن و راه اندازی خط تولید مواد بسته بندی ساشه ای

راهنمای خرید بیمه ارزان خودرو در سال ۱۴۰۱

5 برند برتر داکت اسپلیت خارجی

لیست قیمت تورهای استانبول از سراسر ایران

درمان انواع بیماری های پوستی با دستگاه LDM

گوناگون

بهترین متخصص اسلیو معده کیست؟

مرکز درمان بیماری های نشیمنگاه با لیرز در تهران

لیفت اندوسکوپیک ابرو چیست؟ هزینه آن چقدر است؟

اسیلاتور هارتلی چیست؟ آموزش مدار نوسانگر هارتلی

در این آموزش به طور کامل با نوسانگر (نوسان ساز یا اسیلاتور) هارتلی Hartley به طور کامل و گام به گام آشنا میشویم.

اسیلاتور هارتلی

به زبان ساده ، نوسان ساز یک مداری است که قدرت DC را از منبع تغذیه به قدرت AC به Load (بار) تبدیل می کند. سیستم نوسان ساز با استفاده از هر دو مولفه ی فعال و غیر فعال ساخته می شود و از آن برای تولید شکل موج سینوسی یا هر شکل موج تکراری دیگری در خروجی بدون استفاده از سیگنال ورودی خارجی استفاده می شود. ما در مورد چند نوسان ساز در آموزش های قبلی به بحث پرداختیم.

هر نوع از فرستنده و گیرنده ی تلویزیون رادیویی یا هر گونه تجهیزات آزمایشگاهی دارای نوسان ساز است. آن یک جز اصلی برای ایجاد سیگنال ساعت است. یک برنامه ی نوسان ساز ساده می تواند داخل دستگاهی متداول مانند یک ساعت دیده شود. ساعت ها از یک نوسان ساز برای تولید سیگنال ساعت 1 هرتز استفاده می کنند.

نوسان سازها بسته به شکل موج خروجی تحت عنوان نوسان ساز سینوسی یا نوسان ساز آرامش طبقه بندی می شوند. اگر یک نوسان ساز با فرکانس مشخص در سراسر خروجی یک موج سینوسی تولید کند ، نوسان ساز سینوسی نامیده می شود. نوسان سازهای آرامش امواج غیر سینوسی مانند موج مربع یا موج مثلثی یا هر نوع موج مشابهی را در طول خروجی فراهم می کنند.

علاوه بر طبقه بندی های نوسان ساز بر اساس سیگنال خروجی ، نوسان سازها می توانند با استفاده از ساختار مدار مثل نوسان ساز مقاومت منفی ، نوسان ساز بازخورد و .. طبقه بندی کرد.

نوسان ساز هارتلی یکی از نوسان ساز بازخورد از نوع LC (خازن القایی) است که در سال 1915 توسط مهندس آمریکایی رالف هارتلی اختراع شد. در این آموزش ، ما در مورد ساختار و برنامه ی کاربردی نوسان ساز هارتلی به بحث می پردازیم.

مدار مخزن Tank

نوسان ساز هارتلی یک نوسان ساز LC است. یک نوسان ساز LC از یک مدار مخزن تشکیل شده است مثال نوسان ساز هارتلی که یک بخش ضروری برای ایجاد نوسان مورد نیاز است. مدار مخزن از سه مولفه ، دو القاگر و یک خازن استفاده می کند. خازن به طور موازی با دو القاگر سری متصل می شود. نمودار مدار نوسان ساز هارتلی در زیر آورده شده :

چرا ترکیب خازن-القاگر تحت عنوان مدار مخزن نامیده می شود؟ زیرا مدار LC فرکانس نوسان را ذخیره می کند. در مدار مخزن ، خازن و دو القاگر سری به طور تکرار شونده توسط یکدیگر شارژ و تخلیه می شوند که آن یک نوسان ایجاد می کند. زمان بندی شارژ و تخلیه یا به عبارت دیگر ، مقدار خازن و القاگرها فاکتور تعیین کننده ی اصلی برای فرکانس نوسان است.

نوسان ساز هارتلی بر اساس ترانزیستور

در تصویر بالا یک مدار نوسان ساز هارتلی عملی نشان داده شده است که مولفه ی فعال ترانزیستور PNP است. در مدار ، ولتاژ خروجی سراسر مدار مخزنی که به کالکتور متصل شده است ظاهر می شود. با این حال ولتاژ بازخورد نیز بخشی از ولتاژ خروجی است که به عنوان V1 نشان داده می شود و در سراسر القاگر L1 ظاهر می شود.

بسامد به صورت مستقیم با نسبت خازن و مقادیر القاگر متناسب است.

نحوه کار مدار اسیلاتور هارتلی

مولفه ی فعال نوسان ساز هارتلی ترانزیستور است. نقطه ی عملیاتی DC در ناحیه ی فعال از مشخصات توسط مقاومت های R1, R2, RE و کالکتور ولتاژ تغذیه VCC اداره می شود. خازن CB خازن مسدود کننده است و CE خازن کنار گذر ایستر است.

ترانزیستور در پیکربندی امیتر متداول ، پیکربندی شده است. در این پیکربندی ، ولتاژ ورودی و خروجی ترانزیستور یک تغییر فاز 180 درجه ای دارد. در مدار ، ولتاژ خروجی V1 و ولتاژ بازخورد V2 تغییر فاز 180 درجه ای دارد. با شانه زنی این دو ، ما یک تغییر فاز 360 درجه ای بدست می آوریم که برای نوسان ضروری است ( از آن به عنوان ملاک Barkhausen یاد می شود ).

مورد ضروری دیگر برای شروع نوسان داخل مدار بندی بدون اعمال سیگنال خارجی ، ایجاد ولتاژ نویز داخل مدار است. هنگامی که برق روشن است ، ولتاژ نویز با طیف گسترده ای از نویز ساخته می شود و آن مؤلفه ولتاژ مورد نیاز در فرکانس، که برای نوسان ساز مورد نیاز است را دارد.

عملکرد AC مداربندی تحت تاثیر مقاومت R1 و R2 برای یک مقدار مقاومت زیاد ، نیست. این دو مقاومت برای بایاس کردن ترانزیستور استفاده می شوند. زمین و CE برای مصون سازی مدار کلی مورد استفاده قرار می گیرند و از این دو مقاومت و خازن به عنوان مقاومت و خازن امیتر استفاده می شود.

عملکرد AC تا حد زیادی تحت تاثیر فرکانس رزونانس مدار مخزن است. فرکانس نوسان می تواند با استفاده از فرمول زیر تعیین شود :

القایی کل مدار مخزن LT = L1 + L2 است.

اسیلاتور هارتلی بر اساس Op-Amp

در تصویر بالا ، نوسان ساز هارتلی بر اساس Op-Amp نشان داده شده است جایی که خازن C1 به طور موازی با L1 و L2 در سری متصل شده است.

op-amp در یک پیکربندی معکوس متصل است ، جایی که مقاومت R1 و R2 مقاومت بازخورد است. بهره ی آمپلی فایر می توانند توسط فرمول ذکر شده تعیین شود.

بازخورد و ولتاژ خروجی نیز همچنین در مدار نوسان ساز هارتلی بر اساس Op-Amp بالا نشان داده شده است.

فرکانس نوسان می تواند با استفاده از فرمولی مشابه که در بخش نوسان ساز بر اساس ترانزیستور استفاده می شود ، محاسبه شود.

مثال نوسان ساز هارتلی

یک نوسان ساز هارتلی با فرکانس متغیر KHz 60-120 متشکل از خازن قابل تنظیم ( تریمر ) ( 100 pF تا 400 pF ) را در نظر بگیرید. مدار مخزن دو القاگر دارد که مقدار یک القاگر 39uH است. بنابراین برای یافتن مقدار القاگر دیگر ، ما فرآیند زیر را دنبال می کنیم.

فرکانس نوسان ساز هارتلی است :

در این وضعیتی که تغییرات فرکانس بین 60 تا 120 kHz است ، نسبت 1:2 است. تغییر فرکانس را می توان با یک جفت سیم پیچ به دست آورد زیرا ظرفیت در نسبت 100pF متفاوت است : 400 pF که یک نسبت 1:4 است.

بنابراین هنگامی که فرکانس F برابر با 400 pF است :

بنابراین ظرفیت کل 17.6 mH است و مقدار القاگر دیگر می شود :

تفاوت نوسان ساز هارتلی و کولپیتس

نوسان ساز Colpitts بسیار شبیه به نوسان ساز هارتلی است اما یک تفاوت در ساختار ، میان این دو وجود دارد. با وجود اینکه هارتلی و Colpitts ، هر دو نوسان ساز دارای سه مولفه در مدار مخزن هستند ، اما نوسان ساز Colpitts از یک القاگر منفرد به طور موازی با دو خازن در سری استفاده میکند در حالیکه نوسان ساز هارتلی دقیقا به طور متضاد استفاده می کند ، یک خازن منفرد به طور موازی با دو القاگر در سری.

مزایا و معایب اسیلاتور هارتلی

مزایا

1. دامنه ی خروجی متناسب با محدوده ی فرکانس مغیر نیست و دامنه تقریبا به طور ثابت باقی می ماند.
2. فرکانس به آسانی در مدار مخزن با استفاده از یک تریمر به جای خازن ثابت قابل کنترل است.
3. به دلیل تولید فرکانس RF پایدار ، برای برنامه های RF بسیار مناسب است.

معایب

1. نوسان ساز هارتلی یک موج سینوسی معوج ایجاد می کند و برای عملیات مرتبط با موج سینوسی خالص مناسب نیست.
2. در فرکانس پایین مقدار القاگر بزرگ می شود.

مدار نوسان ساز هارتلی به طور عمده برای ایجاد موج سینوسی در دستگاه های متفاوت مانند فرستنده و گیرنده های رادیویی استفاده می شود.

نوسان ساز های سینوسی

نوسان ساز های سینوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیک دارند.این نوسان سلز ها منبع حامل فرستنده ها را تامین می کنندوبخشی از مبدل فرکانس را در گیرنده های سوپر هیترودین تشکیل می دهند.نوسان ساز ها در پاک کردن وتولید مغناطیسی در ضبط مغناطیسی و زمانبندی پالسهای ساعت در کار های دیجیتال به کار می روند.بسیاری از وسایل اندازه گیری الکترونیکی مثل ظرفیت سنج ها نوسان ساز دارند.

نوسان ساز های سینوسی انواع مختلفی دارند اما همه آنها از دو بخش اساسی تشکیل می شوند:

بخش تعیین کننده فرکانس که ممکن است یک مدار تشدید یا یک شبکه خازن مقاومتی باشد.مدار تشدید بسته به فرکانس لازم می تواند ترکیبی از سلف و خازن فشرده طولی ازخط انتقال یا تشدید کننده حفره ای باشد.البته شبکه های خازن مقاومتی فرکانس طبیعی ندارندولی می توان از جابه جایی فاز آنها برای تعیین فرکانس نوسان استفاده کرد.

دوم بخش نگهدارنده که انرژی رابه مدار تشدید تغذیه می کند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به یک تغذیه نیاز دارد. در بسیاری از نوسان ساز ها این قسمت قطعه ای فعال مثل یک ترانزیستور است که پالسهای منظمی را به مدار تشدید تغذیه می کند.

شکل دیگری از بخش نگهدارنده تشدید نوسان ساز یک منبع با مقاومت منفی یعنی قطعه یا مداری الکترونیکی است که افزایش ولتاز اعمال شده به آن سبب کاهش جریان آن می شود. قطعات نیمه رسانا یا مدار های متعددی وجود دارند که دارای چنین مشخصه ای هستند

سه دسته مشخص از نوسان ساز ها را می توان دسته بندی کرد که در ادامه این مقاله توضیح خواهم داد:

نوسان ساز های فید بک مثبت

ابتدا بهتر می دانم تا کمی در باره فید بک توضیح بدهم

به طور کلی هر سیستم دارای ورودی و خروجی می باشد حا لا اگر بنا به هر علتی مقداری از خرو جی را با ورودی ها ترکیب کرده و وارد یک سیستم کنیم به این کار فید بک گفته می شود که کار برد های فراوانی در دنیای تکنولوژی دارد برای نمونه از فید بک برای کنترول فرایند یک سیستم استفاده می شود مثلاَ در هنگام راه رفتن شما یک سیستم(خیلی مدرن) هستید که اطلاعات را با چشم خود گرفته و به مغز می فرستید ودر آنجا پردازش شده تصمیم می گیرید که چه کار کنید اما در مورد فید بک مثبت با ید بگویم که دو نوع فید بک را می توان در نظر گرفت منفی و مثبت. در فید بک مثبت که یک مثال جالب از آن را در بالا برایتان بیان کردم هدف اغلب کنترول یک فرایند است یک مثال دیگر فرض کنید یک ظرف از مایعی که در حال جوشیدن است در تماس با یک منبع گرما مثل شعله گاز قرار دارد با گرم شدن بیش از حد مایع از ظرف بیرون می ریزد وآتش را کم می کند و دمای مایع را کاهش می دهد وبا کاهش دمای ما یع آتش دوباره احیا می شود ومایع دو باره گرم شده وسر ریز می کند مثال نوسان ساز هارتلی و دوباره … اما در فید بک مثبت خرو جی به ورودی اضافه می شود واز فید بک مثبت به همین دلیل برای تشدید استفاده می شود همان مثال قبل را در نظر بگیرید با یک مایع آتشزا این بار با گرم شدن مایع و سر ریز آن آتش شدشدتر می شود وهمین طور تا آخر.

نکته مهم این است که در دنیای مادی همه چیز روبه میرایی و مردن میرود (ای روزگار نا مراد)وچیز هایی مثل اصطکاک همیشه(بعضی موقع های بیشتر)مزاحم هستند در باره نوسان هم میرایی باعث کاهش دامنه نوسان و از بین رفتن آن می شود بنا براین از فید بک مثبت برای جبران این میرایی استفاده می کنیم.

انواع مختلفی از نوسان ساز ها که از فید بک مثبت استفاده می کنند وجود دارد.

نوسان ساز هارتلی

این نوسان ساز نمونه ای از نوسان ساز های فرکانس پایین است که با استفاده از مدار فرکانس را تعیین می کند ویک ترانزیستور نیز تامین کننده پالس های نگه دارنده است.مدار شکل زیر یک تقویت کننده امیتر مشترک را نشان می دهد که مدار بین کلکتور و بیس آن متصل شده است سر وسط سلف به طور موثر به امیتر متصل شده است (مقاومت منبع تغذیه برابر صفر فرض می شود). تقویت کننده امیتر مشترک سیگنال ورودی خود را معکوس می کند و سیگنال خروجی آن با سر وسط زمین شده سلف قبل از اعمال به بیس معکوس می شود.در نتیجه در این مدار ورودی را خود تقویت کننده تا مین می کند. یعنی فید بک مثبت قابل تو جهی که وجود دارد باعث ایجاد نوسان می شود و دامنه سیگنال (در فر کانس تشدید ) به سرعت افزایش می یابد.پالسهای ناشی از جریان بیس را پر می کنند در نتیجه جهت ولتاژ تو لید شده بیس را به طور منفی بایاس می کند با افزایش دامنه سیگنال ولتاز دو سر نیز زیاد می شود تا به حالت تعادل بر سد. حالت تعادل زمانی روی می دهد که اتلاف مدار ناشی از بار شدن خروجی مقاومت اهمی و جریان بیس با انرژی وارد شده از کلکتور به این خازن برابرشود.در این شرایط نهایی ترانزیستور می تواند به خوبی در بیشتر قسمتهای سیکل قطع باشد ودر هر قله مثبت بیس پالس ناگهانی به جریان بیس (وجریان کلکتو)اعمال شود.در فاصله زمانی بین دو فله متوالی از طریق شروع به تخلیه می کند. اما اگر یک ثابت زمانی در مقایسه با زمان تناوب نوسان بزرگ باشد مقدار کمی از ولتاژ دو سر در این فاصله زمانی از بین می رود و می توان را به عنوان یک منبع ثابت بایاس منفی در نظر گرفت . در بسیاری از نوسان ساز ها از این روش بایاس کردن استفاده می شود. این روش دارای مزیت جبران سازی برای هر گونه افت دامنه نوسان در اثر افزایش بار خروجی یا افت ولتاژ منبع تغذیه است.کاهش دامنه نوسان باعث کاهش بایاس می شود به طوری که ترانزیستور پالس های جریان بزرگتری برای ثابت نگه داشتن دامنه می گیرد.

نو سان ساز کلپیتس

نکته مهم در شکل بالانیاز به وجود سه اتصال میان مدار تنظیم شده و ترانزیستور برای ایجاد فید بک مثبت است. امیتر به سر وسط سلف متصل می شود ولی می توان آن را به صورت معادل با استفاده از دو خازن برابر به طور سری مانند شکل بعد به شاخه خازنی مدار متصل کرد.در این نوسان ساز از یک فت اتصالی با مقاومت در مدار درین استفاده شده و مدار با خازن به در ین متصل شده است. بنا بر این مدار بر خلاف تغذیه مستقیم شکل اول به طور موازی تغذیه می شود.

خازن های تعیین کننده فرکانس و با خازن های ورودی و خروجی ترانزیستور موازی هستند و در نتیجه این خازنها در تعیین فر کانس نوسان نیز تاثیر دارند. با بزرگتر کردن و تا حد امکان تاثیر این خازنها به حد اقل می رسد.از سوی دیگر اگربه نوسانی با فر کانس بالا نیاز باشد خازنهای تنظیم باید خیلی کوچک باشند. در این موارد می توان از خازنهای ورودی و خروجی ترانزیستور به جایواستفاده کرد. یک خازن متغییر کوچک مانند شکل سوم برای تنظیم به دو سر سلف متصل می شود. در این مدار نیز که با پالسهای جریان گیت شارژ و از طریق تخلیه می شود به طور خود کار بایاس لازم را تامین می کند. برای آنکه امکان زمین شدن سر متغییر خازن (و در نتیجه بیس ترانزیستور) وجود داشته باشد یک چوک با امپدانس زیاد در فر کانس کار به مدار امیتر افزوده می شود.

هر سه نوسان ساز بالا که شرح دادم در کلاس برای دامنه های نوسان بزرگ عمل می کنند. برای به دست آوردن شکل موج سینوسی خروجی را باید از مدار گرفت. مثلا با سیم پیچی که مانند شکل اول و دوم به طور القایی به مدار متصل می شود.اگر خروجی از خود ترانزیستور گرفته شود مثلا از مقاومتی در مدار امیتر یا سورس قطار پالسی با فر کانس تکراری برابر با فرکانس تشدید به دست می آید.

نوسان ساز راینارتز

این نوسان ساز چون زیاد در گیرنده های ترانزیستوری استفاده می مثال نوسان ساز هارتلی شود باید حتما در بارش می نوشتم.در این مدار فید بک مثبت با اتصال مدار کلکتور به مدار امیتر با القای متقابل وتامین می شود. و هر دوبه مدار تعیین کننده فرکانسنیز متصل هستند. این نوسان ساز به روش تقسیم ولتاژ پایدار می شود ولی همانطور که نشان داده شده است اثر بازوی پایینی مقسم ولتاژ باید با خازن کم مقاومتی خنثی شود تا سیگنال تولید شده در دوسرمستقیما بین بیس و امیتر اعمال شود . در نگاه اول به نظر می رسد که بخش تعیین کننده فرکانس در نوسان ساز راینرتز چهار اتصال دارد ولی اتصال مثبت و منفی منبع تغذیه در واقع مشترک هستند زیرا امپدانس منبع در فرکانس نوسان ناچیز است یا بهتر است که چنین باشد.

نوسان ساز کنترل شده کریستالی

و اما از همه مهمتر که حتما باید در باره ا ش بدانید این مورد است چون در بعضی کاربرد ها لازم که نوسان ساز پایداری فرکانسی زیادی داشته باشد یعنی یک فر کانس ثابت را بدون وابستگی به عوامل دیگر تولید کند مثل منبع موج حامل در فرستنده ها اگر کنترل تلویزیون را دیده باشید احتمالا یک قطعه مکعبی زرد رنگ(کریستال) را در آن دیده اید یا مدار تلویزیون یا بعضی رادیو ها واز دیگر جاهایی که این نوسان ساز به کار می رود منابع تولید کننده پالسهای ساعت در کامپیوتر ها و سیستم های دیجیتال است . روش رایج برای به دست آوردن پایداری فرکانسی لازم استفاده از کریستال پیزوالکتریک برای کنترل فرکانس نوسان است .چنینکریستالهایی(بسته به ابعاد و شکلشان)دارای فرکانس تشدید طبیعی هستنددر عمل کریستال بین دو صفحه فلزی نصب می شود که اتصال الکتریکی با کریستال را ایجاد می کند . را ه های متعددی بزای اتصال کریستال به مدار نوسان ساز وجود دارد.که یک نمونه از آن در شکل بعدی آمده است در این شکل کریستال بین کلکتور و بیس ترانزیستور وصل شده تا نوسان ساز کلپیتس را تشکیل دهد . خازنهای داخلی کلکتور بیس و بیس امیتر فید بک مثبت را تامیین می کنند. مدار کلکتور نیازی به تنظیم ندارد سیم پیچ ثانویه ترانسفور ماتور نقطۀ خروجی را ایجاد می کند..

نوسان سازهای مقاومت منفی

همان طور که گفتم اگریک مدار تشدید به منبعی با مقاومت منفی مناسب متصل شود نوسان خواهد کرد. که تفاوت آن با نوسان ساز هایی که قبلا گفتم این است که تنها به دو اتصال به بخش تعیین کننده فرکانس نیاز دارد.منظور از مقاومت منفی قطعه ای است که مشخصه انقالی آن(نمودار ولتاژ _جریان) حد اقل در یک محدودۀ کو چک شیب منفی داشته باشد یعنی با افزایش ولتاژ لا اقل در بعضی از ناحیه های ولتاژی جریان آن کاهش یابدویا با افزایش جریان ولتاژ آن کاهش یابد.این عنصر می تواند یک قطعه خواص یا یک مدار باشد که یکی با کلی فکر طراحی کرده.

برای استفاده از یک مقاومت منفی در یک نوسان ساز از این نوع باید مقدار مقاومت منفی برابر مقدار مقاومت مثبت مدار تشدید متصل به آن باشد.

چون اصولا چیزی که باعث میرایی دامنه نوسان می شود مقاومت مثبت است(ای عنصر مزاحم)و تمام این قصه ها که گفتیم خلا صه اش این بود که چه طور این میرایی را جبران کنیم حا لا یک عنصر مطلوب مثل مقا ومت منفی را داریم که اثر میرایی مقاومت مثبت را از بین می برد.

دیود تونل

یکی ازقطعات نیمه رسانا که مشخصه اش یک مقاومت منفی را نشان می دهد دیود تونل است . این قطعه یک دیود است که غلظت ناخالصی درآن بسیار زیاد وپیوند آن بسیارنازک است. شکست در دیود تونل در مقاذیر بایاس معکوس خیلی پایین اتفاق می افتد و در نتیجه ناحیۀ مقاومت معکوس زیاد وجود ندارد.شیب منفی در بایاس مستقیم کم معمولا بین0.1 تا 0.3 ولت ایجاد می شود.(از این جا به بعد چند خط حرف بیخود…)_این مشخصه جالب و عجیب ومفیدو..به دلیل نفوذ در سد پتانسیل در پیوند با الکترونهایی که انرژی کافی برای عبور از این سد ندارند به وجود می آید. این اثر معروف به اثر تونل در فیزیک کلاسیک غیر قابل توجیه است ولی با مکانیک کوانتومی قابل توضیح است . دیود های تونل را می توان باظرفیت خیلی کمی تولید کرد و نوسان ساز هایی که با آن کار می کنند در فرکانسهای چند مگا هرتزی قابل ساخت هستند برای به دست آوردن بیشترین مقدار خروجی (یا همان به قول دانشجویان متعال برق ماکزیمم سویینگ متقارن) باید نقطه کار در وسط ناحیه مقاومت منفی قرار داده شود واضح است که دامنه خروجی کمتر از یک ولت می باشد.

نوسان ساز پوش_ پول

مشخصه مقاومت منفی را می توان از یک مدار دو ترانزیستوری نیز به دست آورد. نمونه این مدار در شکل زیر نشان داده شده است که اساس آن از یک ملتی ویبراتور استابل تشکیل می شود.اگر ترکیب وجود نداشته باشد شکل موج مربعی خروجی در هر دو کلکتور تولید خواهد کرد و ترانزیستورهابه طور متناوب بین قطع و اشباع تغییر وضعیت خواهند داد. وجود مدار تنظیم شده این عملکرد را اصلاح می کند زیرا سلف در فرکانس های پایین مسیری با امپدانس کم میان کلکتور ها ایجاد می کند در حالی که خازنها این کار را در فرکانس های بالا انجام می دهند که هر دو عملکرد معمولی مولتی ویبراتور را تحت تاثیر قرار خواهد داد عملکرد مدار منطبق بر فرکانس تشدید مدار تنظیم شده است که در آن مدار تنظیم شده بیشترین امپدانس را دارد و در نتیجه خروجی مدار سینوسی است در این فرکانس مقاومت موثر میان کلکتورها تقریبا برابر است که قابلیت هدایت متقابل ترانزیستور هاو تضعیف مدار های تزویج میان ترانزیستور هاست . یکی از این مدار های تزویج است ولی با خازن ورودی موازی است و این امر می تواند در تضعیف مدار تاثیر بگذارد . برای ایجاد نوسان باید مقاومت دینامیکی مدار بیشتر از باشد.

مثال نوسان ساز هارتلی

آزمون ساخت پروژه پایه یازدهم رشته الکترونیک | پودمان 4: پروژه مخابراتی

تیم مدیریت گاما

آزمون آنلاین شیمی فنی یازدهم | فصل 1: ساختار اتم و مفاهیم پایه شیمی

تیم مدیریت گاما

آزمون مجازی کاربرد فناوری های نوین | پودمان 2: فناوی اطلاعات و ارتباطات

تیم مدیریت گاما

امتحان ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان رشته الکترونیک | پودمان…

امتحان ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان رشته الکترونیک | پودمان…

سوالات امتحان تئوری ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان فنی شهید یاوری…

مهرشاد قوامی دشت پاگردی

سوالات امتحان ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان | پودمان 4: پروژۀ…

آزمون ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان فنی ابتکار | پودمان مثال نوسان ساز هارتلی 2 تا…

امتحان ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان رشته الکترونیک | پودمان…

آزمون پودمانی ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان فنی پیامبر اعظم…

امتحان ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان رشته الکترونیک | پودمان…

امتحان ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان رشته الکترونیک | پودمان…

امتحان ساخت پروژه (برد الکترونیکی دستگاه) یازدهم هنرستان رشته الکترونیک | پودمان…