آموزش الکترونیک

اسیلاتور هارتلی چیست؟ آموزش مدار نوسان ساز Hartley

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

نوسان ساز 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.

نوسان ساز هارتلی

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 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 :

مدار مخزن Tank نوسانگر هارتلی

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.

حتما ببینید :  تست برد آردوینو (آموزش تعمیر خرابی سوختن آردوینو)

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.

نوسان ساز هارتلی بر اساس ترانزیستور

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

نحوه کار مدار نوسانگر 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 ).

اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید.

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 :

F = 1 / 2π√LTC

القایی کل مدار مخزن LT = L1 + L2 است.

نوسان ساز هارتلی بر اساس Op-Amp

نوسان ساز 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.

حتما ببینید :  مقایسه ویژگی های انواع برد آردوینو (معرفی قویترین و بهترین)

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.

A = - (R2 / R1)

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 :

F = 1 / 2π√LTC

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 :

اکنون ،

مثال نوسان ساز هارتلی

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

17.6 mH – 0.039 mH = 17.56 mH.

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.

تفاوت نوسان ساز هارتلی و کولپیتس

مزایا و معایب نوسان ساز 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.

نظرتان را در مورد این مطلب با ستاره دادن اعلام کنید امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد. نظرات ، مشکلات و پیشنهادات خود را در پایین صفحه اعلام کنید

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا