موج مربعی چیست؟ آموزش ساخت مولد موج مربعی

اسیلاتور چیست؟ یک مدار الکترونیکی است که در یک چرخه تکرار، حالت را از مثبت به منفی تغییر می دهد، بدون اینکه محرک دیگری به غیر از جریان DC داشته باشد و در خروجی یک شکل موج AC ایجاد می کند.

ژنراتور موج مربعی چیست؟

مولد های موج مربعی به طور کلی در الکترونیک و در پردازش سیگنال استفاده می شوند. شبیه به یک مدار اشمیت تریگر است که در آن ولتاژ مرجع برای مقایسه کننده به ولتاژ خروجی بستگی دارد. همچنین گفته می شود که یک مولتی ویبراتور ناپایدار (نوسان ساز ناپایدار) است.

یک ژنراتور موج مربعی بدیهی است که یک شکل موج مربعی تولید می کند، که این شکل موج مربعی می تواند در نسبت علامت به فاصله نیز قابل تنظیم باشد. و اغلب برای مدار های زمان بندی، پالس و کلاک استفاده می شود. یکی از ساده ترین راه ها برای تولید موج مربعی استفاده از یک اسیلاتور آرامش است.

اسیلاتور آرامش چیست؟

اسیلاتور آرامش دارای دو حالت متناوب است: یک دوره وقفه طولانی که در آن سیستم به حالت استراحت در می آید و سپس برای یک دوره تناوب مشخص یک تغییر کوتاه باعث تغییر ناگهانی در شکل موج خروجی می شود و سپس دوباره مدار به حالت پایدار برمی گردد. این دوره، ثابت زمانی است که معمولاً یک جفت RC (خازن و مقاومت) یا LC (خازن و سلف) می باشد.

نوعی دستگاه سوئیچینگ فعال مانند یک جفت ترانزیستور یا یک ترانزیستور تک پیوندی یا یک مقایسه کننده op-amp یا یک تراشه مانند 555 مورد نیاز است. دستگاه فعال بین حالت شارژ و تخلیه سوئیچ می کند و یک شکل موج ایجاد می کند.

برای اینکه هر اسیلاتور به عنوان یک اسیلاتور آرامش محسوب شود، باید شرایط زیر را داشته باشد :

• یک شکل موج دوره ای غیر سینوسی مانند شکل موج مثلثی، مربعی یا مستطیلی تولید کند.
• مدار یک اسیلاتور آرامش باید غیرخطی باشد. این به این معنی است که در طراحی مدار باید از یک دستگاه نیمه هادی مانند ترانزیستور، MOSFET یا op-amp استفاده شود.
• در طراحی مدار باید از یک جزء ذخیره کننده انرژی مانند سلف یا خازن استفاده شود که به طور مداوم شارژ و تخلیه انجام دهد تا یک شکل موج پریودیک تولید کند.

شکل A الا کلنگ را در حالت تعادل نشان می دهد اما هنگامی که سطل کم کم پر می شود تعادل بهم خورده و سمتی که سطل قرار دارد سنگین شده و به طرف پایین (زمین) می افتد. اما هنگامی که سطل خالی شود وضعیت به سرعت تغییر کرده و سمت چپ به زمین می افتد.فرض کنید که دوباره سطل شروع به پر شدن می کند و این چرخه دوباره تکرار می شود.

در مدار الکترونیکی، این چیزی است که اتفاق می افتد: خازن به آرامی از طریق یک مقاومت شارژ می شود تا زمانی که به یک قسمت غیر خطی از مدار برسد که باعث تخلیه ناگهانی خازن شده، و این چرخه دوباره تکرار می شود.

در شکل موج بالا و مدار مولتی ویبراتور زیر، منحنی آبی ولتاژ خازن C1 را نشان می دهد. خازن تا رسیدن به یک ولتاژ معین شارژ می شود، سپس ناگهان ترانزیستور دیگر را روشن کرده و دوباره تخلیه می کند. منحنی سیاه ولتاژ در پایه کلکتور است که همان خروجی می باشد. در مولتی ویبراتور زیر، از هر یک از کلکتور ها می توان به عنوان خروجی استفاده کرد. از این مدار، برای چشمک زدن متناوب دو LED استفاده می کنیم.

در زیر مدار مولتی ویبراتور و برد بوردی که مدار روی آن پیاده سازی شده، نشان داده شده است. این دو LED به طور متناوب در حدود 1.5 هرتز چشمک می زنند. هر یک از ترانزیستور ها، ترانزیستور NPN GP هستند. با تغییر C و R در یک نیمه می توان شکل موج را تغییر داد.

در زیر شکل موج ولتاژ کلکتور نشان داده شده است.

در اینجا خروجی موج مربعی مدار مولتی ویبراتور فوق نشان داده شده است. می بینید که موج مربع نسبتاً خوب است، اما کمی تاخیر در شارژ دارد. R1=R4=560Ω و R3=R2= 47k و و C2=C1= 10uF هستند. فرکانس تناوب LED در حدود 1.5 هرتز است.

دوره تناوب هر نیمه 0.69CR است. بنابراین اگر R2 =47k و C1 =10uF باشد، این برابر 0.32S در هر نیمه یا 0.64 برای هردو خواهد بود. پس:

f =1/T = 1 / 0.64 = 1.5Hz.

هر اسیلاتور آرامش را می توان با استفاده از هر گیت معکوس کننده ساخت. اگرچه دو گیت این کار را انجام می دهند (NOR NAND یا اشمیت) اما سه گیت راه اندازی بهتری دارند. فرکانس توسط R1 و C1 به صورت زیر محاسبه می شود:

که 45 هرتز بدست می آید.

فرکانس در محدوده 1:10 قابل تنظیم است و خروجی توسط R4 تنظیم می شود. R3 برای فیدبک است و در زمان بندی نقشی ندارد. یک شکل موج خوب و مربعی با مقادیر زیر بدست می آید.

R1 = 100k ، C = .004 f = 1kHZ، C = .04 f = 100Hz ، C = 0.4 ،      f = 10Hz.

از تایمر معروف 555 می توان یک اسیلاتور خوب تهیه کرد و ما در مقاله بعدی مولد های دندان اره ای و موج مثلثی را بررسی خواهیم کرد.