موج مثلثی و دندان اره ای چیست؟ ژنراتور (مولد) موج مثلثی

اسیلاتور چیست؟ این یک مدار الکترونیکی است که در یک چرخه تکراری، 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. همانطور که گفته شد، اسیلاتور ها یک شکل موج تکراری از نظر شکل، فرکانس و دامنه مورد نظر ایجاد می کنند که معمولاً برای راه اندازی مدار های دیگر استفاده می شود.

اسیلاتور های دندان اره ای و مثلثی

حالا، بیایید اسیلاتور های مثلثی و دندانه اره ای را بررسی کنیم. چه تفاوتی بین آن ها وجود دارد؟

یک موج مثلثی دارای افزایش و افت متقارن شکل موج است، اما یک دندان اره ای (اسیلاتور رمپ نیز نامیده می شود) به صورت شیب دار افزایش می‌یابد و سپس ناگهان مقدار آن افت می‌کند.

امواج مثلثی حاوی بی نهایت هارمونیک عجیب و غریب است که غالباً در ترکیب سازی صدا های موسیقی استفاده می شود. صدای آن ها مانند بوق و شیپور است. بعضی اوقات در منابع تغذیه سوئیچینگ و مدارهای کنترل موتور استفاده می شوند. آن ها اغلب به عنوان مولد های بر پایه زمان یا رفت و برگشتی و در ترکیب سازی صوتی استفاده می شوند زیرا هارمونیک ها عددی صحیح هستند و کار با آن ها به صورت دیجیتالی آسان است.

امواج دندان اره ای حاوی مقدار مساوی هارمونیک های زوج و فرد است (بر خلاف امواج مربعی که فقط هارمونیک زوج دارند، به همین دلیل است که صدای تولید شده از آن ها بیشتر شبیه موسیقی مانند گیتار است).

یکی از ساده ترین راه ها برای تولید موج مثلثی، تولید اسیلاتور آرامش و ایجاد یک موج مربعی و سپس ترکیب این‌ دو است.

اسیلاتور های آرامش

اسیلاتور آرامش دارای دو حالت متناوب هستند: 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 تکرار موج ایجاد می کند.

برای اینکه یک 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 دوره ای 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 الکتریکی، 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 فوق، منحنی آبی ولتاژ یکی از خازن ها را نشان می دهد. تا رسیدن به یک ولتاژ معین شارژ می شود و دوباره تخلیه می شود. منحنی سیاه ولتاژ در پایه کلکتور است که همان خروجی موج مربعی است. در مولتی ویبراتور، 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.

شکل موج خازن تقریباً شبیه موج مثلثی است که ما بدنبال آن هستیم، با این تفاوت که با شارژ و تخلیه خازن یک خمیدگی در شیب وجود دارد. افزودن منبع جریان ثابت به جریان شارژ می تواند این مشکل را برطرف کند، اما روش های بهتری وجود دارد.

ساده ترین راه برای تولید موج مثلثی تولید یک موج مربعی و سپس تغذیه آن توسط یک IC است.

در بالا یک اسیلاتور موج مربعی اساسی با استفاده از تایمر معروف 555 در شکل نشان داده شده است. این نیز یک اسیلاتور آرامش (غیرخطی) است. R1 ، R7 و C2 فرکانس را تنظیم می کنند و وقتی R1 و R7 برابر باشند، نسبت علامت به فاصله تقریباً برابر می شود.

f = 1.44 / (R1 + 2R7) * C = 1000 هرتز

در شکل، در سمت چپ، یک مدار اصلاح شده قرار دارد تا تغییرات زیادی در نسبت علامت به فاصله ایجاد کند، که ما برای تکمیل موج مثلثی خود از آن استفاده خواهیم کرد. R6 نسبت علامت به فاصله و R2 فرکانس را تنظیم می کند. با تنظیم دقیق نسبت علامت به فاصله و ثابت های زمانی در شیب های صعودی و نزولی می توان شکل موج مثلثی را کاملاً قرینه کرد.

در سمت راست IC قرار دارد. خروجی اسیلاتور موج مربعی از پین دو IC تغذیه می شود که موج مربعی را به یک موج مثلثی تبدیل می کند. C3 هرگونه تیزی در لبه را از بین می برد در حالی که R3 فیدبک DC را برای پایداری فراهم می کند.

تولید یک موج دندان اره ای با شیب زیاد کمی پیچیده تر است اگر بخواهید زمان صعود صفر باشد و هنگام افت ناگهانی یک شیب خطی صاف داشته باشید. مدار زیر دارای اسیلاتور موج مربعی CMOS 4011 است که در بخش 1 (اسیلاتور های موج مربعی) استفاده کردیم. خروجی موج مربعی از ورودی تریگر 555 تغذیه می شود، که هر زمان پالس ضعیف شود در پین2 (تریگر) دریافت می شود. میزان شارژ اکنون توسط یک منبع جریان ثابت (BC237) کنترل می شود تا شیب موج دندان اره ای را به صورت خطی تنظیم کند (ما قبلاً به این موضوع اشاره کردیم).

در زیر یک برد بورد و شکل موج بسیار ریز نشان داده شده است. البته فرکانس تابعی از مولد موج مربعی است و برابر 1 / (2.2R6 * C4) می باشد.

در مقاله بعد، اسیلاتور های موج سینوسی را بررسی خواهیم کرد.