مقدمه
نوسان سازها یا مولدهای موج در سیستمهای مختلف الکترونیکی دارای کاربردهای وسیع و حساسی می‌باشند. در
مدارهای مخابراتی ، دیجیتالی و بسیاری دیگر از مدارهای الکترونیکی نوسان سازها به عنوان یکی از بخشهای اصلی تلقی می‌شود. آنچه که در طراحی نوسان سازها بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد شکل موج دلخواه با
فرکانس مورد نظر می‌باشد و هر خواسته طراحی متوجه فرکانسهای بالا با شکل موج پایدارتری می‌باشد به همان میزان دقت عمل و بهره گیری از فن آوریهای پیشرفته بیشتر احساس می‌گردد. با توجه به مطالب فوق ، به موازات پیشرفت فن آوری در زمینه ساخت قطعات مجزا و
مجتمع (آی سی) ، روشهای متعدد در زمینه طراحی در سطوح مختلف کاربردی از سوی طراحان مربوطه از گذشته تا به حالا ابداع گردیده است.
نوسان ساز با فیدبک
بطور کلی در مدارهای فیدبک دار بواسطه شبکه فیدبک قسمتی از سیگنال خروجی با سیگنال ورودی برای دستیابی به مقاصد مشخصی مخلوط می‌گردد. در مدارهای تقویت کننده که هدف بهبود و تثبیت و مشخصات تقویت کنندگی (یعنی مقاومت ورودی و خروجی و بهره ولتاژ و جریان ، پاسخ فرکانسی و عملکرد خطی تقویت کننده) است، عموما از فیدبک منفی استفاده می‌شود. اما نوسان سازهای با فیدبک ، تقویت کننده‌هایی هستند که خروجی انها بواسطه شبکه فیدبک مثبت به حالت ناپایداری ونوسان رسیده است. بوجود آمدن این حالت بدان علت است که شبکه فیدبک به صورت تشدید کننده (مثبت) و بر هم زننده پایداری و نه تثبیت کننده (منفی) پایداری تقویت کننده عمل نموده است.
با بیانی ساده فیدبک مثبت زمانی اتفاق می‌افتد که علاوه بر 80 درجه اختلاف فاز خروجی نسبت به ورودی تقویت کننده ، قسمت نمونه گیری شده موج در مسیر شبکه فیدبک و در اعمال به ورودی 180 درجه اختلاف دیگر یعنی مجموعا 360 درجه اختلاف فاز نسبت به ورودی پیدا می‌کند (هم فاز می‌شوند). بنابراین با توجه به همفاز بودن موج ورودی و موج نمونه گیری شده ، خروجی مدار به حالت ناپایدار در خواهد آمد.
نوسان سازهای رادیویی (Radioferq - RF)
نوسان سازهای رادیویی همانطور که از نامشان پیداست برای تولید امواج در محدوده فرکانسی رادیویی برای بکار گیری در مدارهای مخابراتی طراحی و ساخته می‌شوند. در این نوع نوسان سازها شبکه فیدبک به صورت LC (
سلف و
خازن) و بکار گیری سه روش پایه‌ای آرمسترانگ ، کولپیتس و هارتلی قابل پیاده سازی می باشند. بنا به خاصیت فیلتری مدارات LC و عبور دادن محدوده فرکانسی مشخصی از خود ، دستیابی به فرکانس مورد نظر شکل موج خروجی از طریق محاسبه مقادیر L و C شبکه فیدبک امکان پذیر می‌باشد.
بطوری که تنها موج با فرکانس تعیین شده می‌تواند از خروجی و از طریق مسیر فیدبک به ورودی اعمال گردد. این روزها به دلیل مشکلات طراحی از طریق مدار و دستیابی دقیق به فرکانس مورد نظر از عنصری به نام کریستال استفاده می‌گردد. کریستالها از مواد پیزو الکتریک که خاصیت جالبی دارند ساخته می‌شوند. این ویژگی عبارت است از اینکه هرگاه به این مواد ولتاژ الکتریکی اعمال شود شروع به لرزش و تکان مکانیکی ، با فرکانس مشخصی می‌نمایند و اگر به آنها لرزه وارد شود ولتاژ ضعیف الکتریکی تولید می‌نمایند. کریستالها علاوه بر نوسان سازهای رادیویی در سایر نوسان سازهای دیگر نیز به عنوان عنصر فرکانسی مهم و مطمئن کاربرد دارد و نقش خود را ایفا می‌نماید. نوسان سازهای رادیویی را در صورتهای مختلف ، بسته به محل بکارگیری این در سیستمهای مخابراتی و با محدوده فرکانسی متنوع رادیویی می‌توان دید.
نوسان سازهای منطقی
در سیستم دیجیتالی تولید پالس ساعت با شکل موج و فرکانس قابل قبول از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای تولید پالس ساعت مورد نیاز سیستم می‌توان از امکانات موجود در آی سی‌های TTL (سری 7400) و CMOS (سری 4000) به همراه قطعات جانبی استفاده نمود. در مواردی که اهمیت پایداری فرکانس در حداقل ممکن خود قرار می‌گیرد می‌توان مدار نوسان ساز را با استفاده از گیتهای منطقی ، مقاومت و خازن (RC) ساخت. در شکل زیر یک نمونه نوسان ساز پالس ساعت CMOS را مشاهده می‌نمایند. در کاربردهای دقیقتر ، استفاده از کریستال به همراه مدار RC بسیار متداول می‌باشد. همانطور که گفته شد کریستالها در اطراف فرکانس کار خود ، نوسان می‌نمایند. بنابراین در طراحی این نوع مدارها تعیین مقدار C , R برای بکار گیری صحیح کریستال مهم می‌باشد. در موارد حساستر مانند سیستمهای ریز پردازنده (میکرو پروسسوری) اغلب آی سی‌های پالس ساعت مخصوص چه به صورت مجزا و یا درون آنها ساخته می‌شود که کریستالها را در رابطه با آنها بکار می‌گیرند.
مسیر اصلی نوسان سازها
تا کنون صرف نظر از قسمت (شبکه) فیدبک نوسان سازهای با فیدبک در بخش مسیر اصلی نوسان سازها (قسمت تقویت کننده) مدارهای ترانزیستوری و منطقی را ملاحظه کردید. در بسیاری از موارد ، بکار گیری تقویت کننده‌های عملیاتی در این بخش می‌تواند علاوه بر ساده سازی مراحل طراحی ، امکان تولید شکل موجهای مختلف از قبیل سینوسی ، مربعی و مثلثی را ایجاد نماید. تقویت کننده‌های عملیاتی را اغلب با شبکه‌های RC به صورت نوسان ساز طراحی می‌نمایند. در شکل زیر نمونه‌ای از مدار نوسان ساز با استفاده از تقویت کننده عملیاتی و شبکه RC را مشاهده می نمائید.
تبدیل شکل موج سینوسی به مربعی
مدار مقابل می‌تواند با استفاده ورودی سینوسی آن را به شکل موج مربعی تبدیل نماید در واقع مدار فوق خود به تنهایی به عنوان نوسان ساز شناخته نمی‌شود بلکه به عنوان مکمل نوسان ساز تلقی می شود.
تبدیل شکل موج مربعی به مثلثی
تقویت کننده‌های عملیاتی بکار رفته در مدارهای فوق بسته به محدوده فرکانسی موج و ملاحظات مداری می‌توانند متفاوت باشند. بطور مثال یکی از تقویت کننده‌های عملیاتی معمول LM399 است که می‌تواند با یک منبع تغذیه بر خلاف تقویت کننده عملیاتی 741 کار نماید که به عنوان یک امتیاز برای آن تلقی می‌گردد.
مباحث مرتبط با عنوان
