Amozeshelectronic.com

Tag Archives: نوسان

نوسان ساز ها

مدار تشدید نوسان کننده

هنگامی که یک ولتاز ثابت اما با فرکانس متغیر به مداری مرکب از یک خازن و سیم پیچ و مقاومت اعمال می کنیم راکتاانس (واکنش) مدار مرکب از خازن و مقاومت ویا مدار سیم پیچ و مقاومت این است که هم دامنه و هم فاز ولتاژ خروجی را نسبت به ولتاژ ورودی تغییر دهد.
در فرکانسهای بالا راکتانس خازن پایین است و مانند یک اتصال کوتاه عمل می کند، در حالی که راکتانس سیم پیچ بالا خواهد بود و مانند یک مدار باز عمل خواهد کرد، در فرکانسهای پایین بر عکس سیم پیچ مانند یک اتصال کوتاه عمل کرده و خازن مانند یک مدار باز عمل می کند، بین این دو حد مداری مرکب از خازن و سیم پیچ مدار مانند یک مدار تشدید و یا میزان شده که یک فرکانس تشدید دارد که در آن راکتانس خازنی و راکتانس القایی همدیگر را خنثی کرده و تنها مقاومت ساده مدار را باقی می گذارند که در مقابل جریان قرار می گیرد ، و این به آن معناست که فاز جریان با ولتاژ تغییر نکرده است،مدار زیر را ملاحظه کنید:

osc1

مدار تانک نوسان کننده مرکب از خازن و سیم پیچ

مدار مرکب از یک سیم پیچ القایی و یک خازن است. خازن انرژی را به صورت میدان الکترو استاتیک که یک پتانسیل(ولتاژ استاتیک) را روی دو سر آن ایجاد میکند ذخیره می کند در حالیکه سیم پیچ القایی انرژی را به صورت میدان الکترو مغناطیسذخیره می کند. با قرار دادن سویچ در نقطه الف خازن تا حد ولتاژ مستقیم پر می شود، هنگامی که خازن کاملآ پر شد سویچ را در نقطه ب قرار می دهیم.
خازن که اکنون به موازات سیم پیچ قرار گرفته است شروع به تخلیه بار خود از راه سیم پیچ می کند ولتاژ خازن شروع به افتادن می کند در حالیکه جریان سیم پیچ شروع به افزایش گرفتن است، این جریان رو به افزایش در سیم پیچ سبب شکل گیری میدان الکترو مغناطیسی می شود که با عبور جریان مخالفت می کند. هنگامی که خازن کاملاٌ تخلیه شد انرژِای که به صورت میدان الکترو استاتیک ذخیره شده بود به شکل میدان الکترو مغناطیسی در اطراف سیم پیچ ذخیره می شود.
از آنجا که حالا هیچ نیروی خارجی ای برای نکهداشتن میدان الکترومغناطیسی وجود ندارد جریان کاهش یافته و در همان حال میدان شروع به از بین رفتن می کند و بر اثر آن یک نیروی الکترومغناطیسی پسگرا ایجاد شده که می خواهد جریان را در جهت اولیه آن حفظ کند.
این جریان خازن را دو باره و اما در جهت خلاف شارژ اولیه پر می کند، خازن شروع به پر شدن می کند تا زمانی که کلیه انرژی ذخیره شده در سیم پیچ تخلیه شود انرژی ای که در ابتدا در خازن به شکل میدان الکترو استاتیک ذخیره شده بود اکنون به شکل معکوس در خازن ذخیره شده است و حالا دو باره روند خالی شدن خازن از راه سیم پیچ تکرار می شود با تکرار شدن ای روند و عوض شدن جهت جریان شکل ولتاژ و جریان مرتباٌ عوض شده و یک جریان و ولتاژ متناوب را به وجود می آورد.
این روند اساس کار یک مدار تانک و یا تشدید است که ازبه لحاظ نظری همواره ادامه پیدا خواهد کرد اما ای مدار ایده آل نبوده و با هر بار تغییر مکان نیرو از خازن به سیم پیچ و بالعکس مقداری نیرو تلف شده و سرانجام نوسان کاملاٌ از بین می رود.
بنابر این در یک مدار تشدید موازی(تانک) دامنه ولتاژ نوسانی ذر هر نیم سیکل نوسان کمتر شده و سر انجام به صفر می رسددر این موارد اصطلاحاٌ گفته می شود که مدار میرا است و درجه این میرایی به وسیله فاکتور کیو(Q ) تعیین می شود.

 

osc2

 

فرکانس ولتاژ نوسانی به مقدار اندکتانس(راکتانس القایی) و کاپا سیتانس(راکتانس ظرفیتی) در مدار تانک بستگی دارد ما اکنون می دانیم که برای اینکه تشدید در یک مدار تانک شکل بگیرد باید یک نقطه فرکانسی وجود داشته باشد که در آن راکتانس القایی و راکتانس ظرفیتی مساوی باشند تا یکدیگر را خنثی کنند و اختلاف فازی در مدار به وجود نیاید و تنها مقاومت ساده مداری باقی بماند.
محور افقی محور فرکانس و محور عمودی محور راکتانس به اهم استosc39

resonance formule

این معادله نشان می دهد که چه اندازه خازن و یا اندازه سیم پیچ کمتر شود فرکانس مدار افزایش پیدا خواهد کرد، برای پایدار نگاه داشتن نوسانات بای میزان انرژی اتلاف شده را جبران کرد و دامنه ولتاژ را نیز ثابت نگهداشت بنابر این میزان انرژی جبران شونده بایستس مساوی انرژی اتلاف شده به وسیله مقاومت مدار باشد.
اگر انرژی جبرانی مدار زیاد باشد دامنه افزایش پیدا کرده و برش پیک ولتاژ رخ خواهد داد و اگر کمتر از حد لازم باشد سبب از بین رفتن نوسانات خواهد شد.
برای پایدار نگاه داشتن نوسانات می توان از یک مدار که به خروجی مدار تانک وصل است استفاده کرد به این شکل که با اضافه کردن یک آمپلی فایر و تثبیت بهره تقویت آن به اندازه لازم انرژی اتلاف شونده را ایجاد کرد.
برای پایدار نگاه داشتن نوسانات بهره کلی می بایست مساوی یک باشد، اگر کمتر از آن باشد نوسان شروع نخواهد شد و اگر از آن بیشتر باشد برش نوک نوسان و از هم گسیختگی آن روی می دهد
مدار زیر را ملاحظه کنید:

osc4

 

در شکل بالا از یک ترانزیستور دو قطبی به عنوان تقویت کننده استفاده شده است که مدار تانک بجای مقاومت بار جمع کننده عمل می کند، سیم پیچ دیگری بین پایه ترانزیستور و منتشر کننده آن قرار گرفته که با سیم پیچ مدار تانک کوپلاژ القایی دارد، در کوپلاژ القایی دو سیم پیچ در مجاورت هم بوده اما به همدیگر متصل نیستند با شروع نوسان و عبور جریان از سیم پیچ ۱در سیم پیچ ۲ نیز که در مجاورت آن قرار دارد جریان الکترو مغناطیسی القا خواهد شد که سبب بوجود آمدن نوساناتی با فرکانس مدار تانک خواهد شد.
با کم و زیاد کردن میزان نیروی القا شده( مثلاٌ با نزدیک و دور کردن دو سیم پیچ از یکد یگر) می توان بهره تقویت را کم و زیاد کرد و نوساناتی با دامنه ثابت بوجود آورد.
هنگامی که مدار به نوسان بیافتد امپدانس مدار مقاومتی است و ولتاژ جمع کننده و پایه با هم ۱۸۰ درجه اختلاف فاز(مرحله) دارند. برای اینکه نوسانات پایدار بمانند و ثبات مدار حفظ شود باید ولتاژ اعمال شده از مدار تنظیم کننده به مدار تانک هم فاز باشند.
بنابر این ما باید یک اختلاف فاز ۱۸۰ درجه ای بین جمع کننده وپایه بوجود بیاوریم که با پیچیدن سیم پیچ پایه در جهت درست و متناسب با سیم پیچ جمع کننده و یا قرار دادن یک مدار ایجاد کننده اختلاف فاز۱۸۰ درجه ای میسر می شود.
از نوسان کنندها برای ساختن امواج رادیوی و فرکانسهای بالا استفاده می شود و انواع بسیار زیادی از قبیل نوسان ساز هارتلی، آرمسترانگ، کولپیتس و کلاپ ساخته شده اند.

اختلاف فاز

اکنون به مسئله فاز(مرحله) در مدارات الکترونی می پردازیم گفتیم که مدارات الکترونی در برابرسیگنال ورودی از خود واکنشهای متفاوتی بروز می دهند؛ به شکل زیر نگاه کنید:

phase shift1

شکل بالا سمت چپ ،یک مدار ساده را نشان می دهد که از یک ورودی ولتاژ متناوب و یک مقاومت تشکیل شده است و در سمت راست نمودار ولتاژ و جریان ان مدار دیده می شود،می بینید که نمودار جریان و ولتاژ از نظر مرحله و فاز یکسان هستند و تنها جریان در سطح پایین تری از ولتاژ قرار دارد که انهم به خاطر وجود مقاومت کاهنده جریان است و در نتیجه بین موج ورودی و خروجی این مدار تفاوت مرحله ای وجود ندارد، واکنش این مدار تنها مقاومتی یا رزیستانس است.
اکنون به شکل زیر که مرکب از یک خازن و ولتاز متناوب ورودی است نگاه کنید:

phase shift 3

 

 

گفتیم که خازن در مقابل جریان متناوب مانند یک اتصال کوتاه عمل کرده و متناسب با ظرفیت خود شروع به پر شدن می کند، هنگامی که ولتاژ به بالا ترین حد خود رسیده باشد خازن عملاٌ پر شده و میزان جریان صفر خواهد شد ، پس ازان ولتاژ رو به کاهش گذاشته ولی جریان ذخیره شده در خازن در جهت عکس جاری شده و منفی می شودو هنگامی که ولتاژ اعمال شده به مدار به صفر می رسد جریان ایجاد شده به وسیله خازن به حد اکثر خود می رسد و به این ترتیب جریان خازن نود درجه از ولتاژ ورودی پیش می افتد، مقاومت این مدار در برابر جریان به فرکانس ولتاژ ورودی نیز وابسته است ،با بالا رفتن فرکانس مقاومت مدار کمتر می شود، مقاومت و واکنش این مدار را نسبت به ولتاژ متناوب راکتانس می نامند و انرا با این علامت نشان می دهند: Xc مدار زیر نیز از یک ولتاژ ورودی متناوب و یک سلف(سیم پیچ) تشکیل شده است به شکل با دقت نگاه کنید:

 

 

phase shift2

 

 

 

در بخش مربوط به القا گفتیم که ولتاژی که رو به افزایش است( و جریان بوجود امده به وسیله ان نیز در حال افزایش است) در سیم پیچ سبب واکنشی به شکل مقاومت بسیار زیاد می شود که از عبور جریان جلو گیری می کند، پس عملاٌ تا بالاترین نقطه ولتاژ جریانی نخواهیم داشت چون تا ان نقطه جریان مدام در حال افزایش است و میدان مغناطیسی مرتباٌ در حال شکل گیری است هنگامی که ولتاژ ورودی از میزان حد اکثر خود شروع به کم شدن می کند میدان مغناطیسی مانند یک منبع مستقل عمل کرده و با کاهش جریان مخالفت می کند وهنگامی که ولتاژ ورودی به پایین ترین حد خود برسد جریان سیم پیچ به بیشترین حد ممکن می رسد ، و می بینید که جریان از ولتاژ نود درجه عقب می افتد ، به واکنش این مدارراکتانس گفته می شودو انرا با Xl نشان می دهند.
اکنون به بررسی مداری که مرکب از یک مقاومت و یک خازن است، می پردازیم، به شکل زیر نگاه کنید:

 

 

 

phase shift 5

 

ولتاژ دو سر مقاومت دیگر تنها به ولتاژ متناوب ورودی بستگی ندارد، چون جریانی که از خازن عبور می کنددر دو سر ان ولتاژ و اختلاف پتانسیل ایجاد می کند و بنابر این ولتاژ دو سر مقاومت از ولتاژ ورودی جلو افتاده و به فرکانس نیزبستگی دارد، بردارهای مرحله نما نیز این مسئله را نشان می دهند.
مدار دیگری را در شکل زیر به شما نشان می دهیم که مرکب از یک مقاومت و یک سلف است:

 

 

phase shift 4

همانطور که می بینید اختلاف فشار الکتریکی دو سر مقاومت به میزان جریانی که ازسیم پیچ می گذرد بستگی دارد و چون این جریان از سیم پیچ می گذرد به ان وابسته شده و تابع ان می شود، مادام که ولتاژ در حال افزایش است سیم پیچ با عبور جریان مخالفت می کند؛ چون مرتباٌ بر میزان میدان مغناطیسی افزوده می شود، اما هنگامی که ولتاژ به بالاترین حد خود رسید وبتدریج از میزان ان کاسته شد سیم پیچ با کاهش ان مخالفت کرده و تلاش می کند تا از کم شدن جریان جلو گیری کند و با مصرف میدان مغناطیسی مانند یک منبع مستقل عمل کرده وشروع به عبور دادن جریان از خود می کند و ولتاژ دو سر مقاومت نیز به این جریان وابسته بوده و با ولتاژ ورودی نود درجه اختلاف مرحله ای پیدا کرده و عقب می افتد.
اکنون که با مدارات مرکب از یک مقاومت، یک خازن ، یک سیم پیچ ، یک مقاومت وخازن ، و یک مقاومت و سیم پیچ اشنا شدیم به مداراتی می پردازیم که مرکب از مقاومت و سیم پیچ و خازن هستند و به عنوان فیلتر و مدارات تشدید کاربردهای زیادی دارند.