أنواع المذبذبات Types Of Oscillators
تصنف المذبذبات من حيث تردد الإشارة المتولدة (المنتجة) إلى نوعين رئيسين هما:
- مذبذبات الترددات السمعية.
- مذبذبات الترددات الراديوية.
وتصنف من حيث شكل إشارة الخرج إلى ما يلي:
- مذبذبات الإشارات الجيبية.
- مذبذبات الإشارات غير الجيبية.
وهناك العديد من المذبذبات الاخرى التي سوف نقوم بشرحها بالتفصيل في السطور القادمة.
مذبذبات الإشارات الجيبية Sinusoidal Oscillators
توجد أنواع مختلفة من المذبذبات تعتمد على مكونات دارة التغذية الراجعة، وكيفية ترتيبها، فنجد أنه لدينا نوعان من المذبذبات الجيبية النوع الأول مذبذبات دوائر (RC) حيث تتكون دائرة التغذية الراجعة الموجبة من المكثف والمقاومة. أما النوع الثاني فهو مذبذبات دوائر (LC) والتي تكون فيها دائرة التغذية الراجعة الموجبة عبارة عن دائرة ملف مكثف.
أولا: مذبذبات دوائر المقاومة مع المكثف RC Oscillators
مذبذبات فرق الطور Phase Shift Oscillators
 |
| مذبذبات فرق الطور Phase Shift Oscillators |
يستخدم هذا المذبذب لتوليد إشارات في نطاق الترددات السمعية، ويمكن الإفادة منه في المختبرات والمشاغل لفحص دارات المضخمات السمعية في مختلف الأجهزة الإلكترونية، تتكون دارة التغذية الراجعة الموجودة في دارة مذبذب فرق الطور، من ثلاثة أجزاء، يتكون كل منها من مقاومة ومواسع (R1C1) و (R2C2) و (R3C3).
يقوم كل جزء بعمل فرق طور من صفر حتى أقل من 90 درجة وباختيار القيم المناسبة لكل من(R)، و(C)، تنتج إزاحة في طور الإشارة الراجعة مقدارها (60).
وبأخذ قيم (R3= R2=R1)، وكذلك (C3=C2=C1)، فإن محصلة الإزاحة في الطور تكون 180 درجة إضافة إلى إزاحة قيمتها 180 درجة ناتجة من استخدام دارة الباعث المشترك، وبذلك تكون التغذية الراجعة موجبة.
يعتمد تردد الإشارة الناتجة على قيم كل من (R)، و(C)، ويمكن إيجاد التردد في حالة استخدام ثلاثة أجزاء (RC) من المعادلة الآتية:
مذبذبات قنطرة واين Wien Bridge Oscillators
 |
| مذبذبات قنطرة واين Wien Bridge Oscillators |
تعتبر مذبذبات قنطرة واين من أبسط هذه المذبذبات حيث أخذت هذا الاسم بناء على وسيلة اختيار التردد لدائرة قنطرة وتستون Whetstone Bridge، وتتكون دائرة مذبذب قنطرة واين من مرحلتين لدائرة (RC) مع مكبر عمليات، يتم في مذبذب واين استخدام دائرة تغذية راجعة تتكون من دائرة (RC) توالي ترتبط مع دائرة (RC) توازي وبنفس القيم لكل من المقاومات والمكثفات مكونة ما يسمى بدائرة تأخير (Delay) أو تقديم (Advance) بناء على التردد حيث تكون زاوية الطور تساوي صفر درجة عند تردد الرنين (f).
تمثل دائرة (RC) توالي مرشح إمرار الترددات العالية (HPF) بينما تمثل دائرة (RC) توازي مرشح إمرار الترددات المنخفضة
(LPF)، نتيجة لتوصيل دائرة (HPF) مع دائرة (LPF) يتكون لدينا مرشح إمرار نطاق ترددي ذو درجة اختيار عالية ودقيقة بحيث يسمح فقط بمرور التردد المطلوب وهو تردد الرنين للدائرة، حيث يقوم المكثف الأول (C1) عند الترددات المنخفضة على منع مرور أي إشارة دخل نتيجة لممانعة المكثف العالية وبالتالي لا يكون هنالك أي خرج.
أما عند الترددات العالية ممانعة المكثف ( C2) منخفضة جدا والذي يعمل كدائرة قصر Short Circuitعلى الخرج مما يمنع خروج أي إشارة على خرج الدائرة، بينما يكون لدينا إشارة خرج فقط عندما يكون تردد إشارة الدخل يساوي تردد الرنين (f).
يمكن حساب تردد الرنين كما في المعادلة التالية:
عند حدوث التذبذب عند تردد الرنين لدائرة (RC) تكون قيمة المفاعلة السعوية مساوية تماما لقيمة المقاومة (Xc=R) وبالتالي زاوية الطور بين الدخل والخرج مساوية للصفر، وتكون كذلك إشارة الخرج عند أقصى قيمة لا حيث تساوي ثلث قيمة إشارة الدخل، أما نسبة خرج دائرة (RC) إلى دخلها فيمثل مقدار التوهين (B) لدائرة (RC) ويكون مقداره كما في المعادلة التالية:
يتم إعادة تغذية دخلي مكبر العمليات بإشارة خرج المكبر حيث يأخذ جزء من إشارة التغذية الراجعة ويوصل بدخل المكبر العاكس Negative Feedback عبر مقاومة مقسم الجهد (R2 ،R1).
أما الجزء الثاني من إشارة التغذية الراجعة فيؤخذ ويوصل بدخل المكبر الغير عاكس Positive Feedbackعبر دائرة (RC).
عند تردد الرنين المطلوب يكون الجهد على دخل المكبر العاكس Inverting Input مساويا لجهد الدخل على دخل المكبر الغير عاكس Non-Inverting Input أي أنهما متطابقين وزاوية الطور بينهما صفر Phase In مما يؤدي إلى أن يلغي كل منهما الآخر وبالتالي يحدث التذبذب.
لكي نحصل على كسب مقداره يساوي الوحدة للمكبر يجب تعويض مقدار الكسب الحاصل من دائرة (RC) وذلك بجعل قيمة كسب مكبر العمليات مساويا للقيمة ثلاثة (3= Gain) وهذا يكون باستخدام مقاومتي دائرة التغذية الراجعة السالبة (R2 ,R1) لمكبر العلميات.
مذبذبات توين Twin Oscillators
 |
| مذبذبات توين Twin Oscillators |
يستخدم مذبذب توين دائرتي (RC) إحداهما تعمل كمرشح (LPF) والأخرى كمرشح (HPF) حيث يتكون من المرشحين مرشح جديد هو مرشح إيقاف نطاق محدد (BSF).
توصل دائرة (RC) بدخل مكبر العمليات السالب فتعمل كتغذية راجعة سالبة، أما التغذية الراجعة الموجبة فنحصل عليها من توصيل المقاومات (R2 ,R1) كدائرة مجزئ للجهد على دخل المكبر الغير العاكس.
يمنع المكبر حصول التذبذب على الترددات الأقل أو الأعلى من تردد الرنين أو التردد المركزي للمرشح (BSF) سبب التغذية الراجعة السالبة. عند التردد المركزي (أو الرنين) يصبح وجود التغذية الراجعة السالبة مهملا فيحدث التذبذب نتيجة للتغذية الراجعة الموجبة من
خلال دائرة مقسم الجهد.
ثانيا: مذبذبات دوائر المكثف والملف LC Oscillators
مذبذبات هارتلي Hartley Oscillators
 |
| مذبذبات هارتلي Hartley Oscillators |
يستخدم هذا النوع من المذبذبات لتوليد ترددات ذوات قيم مختلفة، بدءا بالترددات العالية، وانتهاء بالترددات فوق العالية.
ومذبذب هارتلي هو أحد أنوع المذبذبات التوافقية، وهي من مذبذبات الدارات المضبوطة التي تستخدم لإنتاج الموجات في نطاق الترددات الراديوية، ويشار إليها أيضا بمذبذبات التردد الراديوي.
يحدد تردد المذبذب عن طريق دارة رنين التوازي المكونة من المواسع (C) الموصول على التوازي بالملفين (L2,L1) المتصلين ببعضهما.
تقوم دارة رنين التوازي بعمل التغذية الراجعة الموجبة؛ لأن الملفين (L2,L1) يعملان بوصفهما محولا له نقطة وسط، فتكون الإشارة على (L1) عند النقطة (X) معاكسة في الطور للإشارة على الملف (L2) عند النقطة (Z).
تعمل دارة الرنين على تحديد تردد إشارة الخرج التي يمكن إيجاد ترددها بالمعادلة الآتية:
حيث أن: (L=L1+L2+2M) وتعرف (M) بالحثية المتبادلة بين (L1)، و(L2).
يمكن تغيير قيمة تردد إشارة الخرج عن طريق المواسع المتغير (C)؛ لذا يناسب هذا النوع من المذبذبات أجهزة الاستقبال الراديوية.
مذبذبات كولبتس Colpitts Oscillators
 |
| مذبذبات كولبتس Colpitts Oscillators |
يعد هذا المذبذب من أنواع مذبذب (LC) التي تصنف ضمن فئة المذبذبات التوافقية، وتشبه دارة مذبذب كولبتس دارة مذبذب هارتلي،
ولكن دارة الرنين في هذا المذبذب تتكون من مواسعين (C2،C1)، وملف (L)، وفيها يوصل الملف على التوازي بالمواسعين (C2،C1) الموصولين على التوالي ببعضهما.
عند توصيل التغذية الكهربائية (DC) لدارة المذبذب يبدأ الترانزستور بالعمل؛ ما يزيد من تيار المجمع، ويشحن المواسعان (C1)، و(C2).
وبعد الحصول على أقصى شحنة ممكنة، فإنها تبدأ في التفريغ عن طريق الملف (L)، في أثناء هذه العملية تحول الطاقة الكهروستاتيكية المخرنة في المواسع إلى تدفق مغناطيسي يخزن داخل دارة الرنين على شكل طاقة كهرمغناطيسية، بعد ذلك يبدأ الملف التفريغ، فيشحن المواسعان مرة أخرى، وهكذا تستمر الدورة؛ ما يؤدي إلى تذبذبات في دارة الرنين.
ويوضح الشكل السابق أن خرج المضخم يظهر عبر المواسع (C1)، من ناحية أخرى فإن التغذية الراجعة إلى الترانزستور تنتج عن طريق المكثف (C2)؛ ما يعني أن إشارة التغذية الراجعة تكون مختلفة الطور مع فولتية الإشارة في الترانزستور بمقدار180 درجة، تحدد قيمة تردد الخرج المعادلة الآتية:
اعتمادا على هذه المعادلة، يمكن تغيير قيمة تردد إشارة الخرج عن طريق تغيير قيم المواسعين (C1)، و(C2).
مذبذبات كلاب Clapp Oscillators
 |
| مذبذبات كلاب Clapp Oscillators |
مذبذب كلاب شبيه جدا بمذبذب كولبتس، ويظهر الاختلاف بينهما فقط في أن مذبذب كلاب يحتوي على مكثف إضافي (C3) على التوالي مع الملف (L) في دائرة التغذية الراجعة.
يتميز مذبذب كلاب عن مذبذب كولبت بدقة واستقرارية أفضل. وبما أن المكثف (C3) متصل على التوالي مع المكثفين (C2،C1) فتكون المواسعة الكلية (CT) من خلال المعادلة التالية:
أما تردد الرنين للمذبذب يمكن حسابه من خلال المعادلة التالية:
في حال أن سعة المكثف (C3) أقل بكثير من سعة كل من المكثفين (C2،C1) تصبح عملية التحكم بقيمة تردد الرنين للمذبذب من خلال المكثف (C3) وبالتالي يمكن حسابها من خلال المعادلة التالية:
مذبذبات ارمسترونج Armstrong Oscillators
 |
| مذبذبات ارمسترونج Armstrong Oscillators |
في هذا النوع من المذبذبات يتم استخدام محول (Transformer) كدائرة تغذية راجعة من خلال الملف الثانوي (coil Secondary) للحفاظ على تقدم التذبذب.
يعتبر مذبذب آرمسترونج أقل المذبذبات شيوعا واستخداما بسبب حجم المحول وزيادة تكلفته، يتم تحديد تردد الرنين من خلال الملف الابتدائي (Lpri) والمكثف (C1) من خلال المعادلة التالية:
المذبذبات الكرستالية البلورية Crystal Oscillators
 |
| المذبذبات الكرستالية البلورية Crystal Oscillators |
تعد المذبذبات التي تستخدم الكريستال في دارة التغذية الراجعة للتحكم في قيمة التردد المطلوب توليده من أكثر المذبذبات
دقة وثباتا في الأداء، والكريستال مادة طبيعية تولد ترددات دقيقة جدا، وتعتمد قيمة التردد المتولد على حجم قطعة الكريستال.
تتكون الدارة الكهربائية المكافئة للبلورة من توصيلة مقاومة، ومواسع، وملف، ويمكنها العمل في رنين التوالي أو التوازي، ويتكون الكريستال المستخدم في التطبيقات الإلكترونية من رقاقة كريستال مثبتة بين قطبين، ومغلفة بغلاف خارجي للحماية.
مبدأ عمل الكريستال
يمتاز الكريستال الطبيعي بخصيصة تسمى ظاهرة الكهربائية الإجهادية Piezoelectric Effect وتعني أنه عندما تتعرض قطعة كريستال من حجم معين لحركة ميكانيكية خارجية فإنها تقوم بالتذبذب، وتتكون فولتية على نفس تردد الذبذبة المتكونة، والعكس صحيح؛ أي إنه عند تطبيق فولتية متناوبة على قطعة الكريستال فإنها تتذبذب على نفس تردد الفولتية المطبقة عليها.
والترانزستور المستخدم في المذبذب كولبتس الكريستالي هو ترانزستور (NPN)، وهو موصول بطريقة المجمع المشتر ك، تعمل المقاومة (R1) والمقاومة (R2) على تأمين انحياز الفولتية المباشرة (DC) لقاعدة الترانزستور، في حين تعمل المقاومة (RE) المتصلة بباعث الترانزستور على تعيين مستوى فو لتية الخرج.
تضبط المقاومة (R2) على أكبر قيمة ممكنة لمنع التحميل إلى البلورة المتصلة على التوازي، ويوضح مخطط الدارة أعلاه المواسع (C1) والمواسع (C2) اللذين ينتجان إشارة التغذية من خرج الترانزستور؛ ما يقلل من التغذية المرتدة، ويحد من كسب الترانزستور عن طريق القيمة القصوى (C1) والقيمة القصوى (C2)؛ لذا يجب الحفاظ على سعة الخرج منخفضة لتجنب تبديد الطاقة المفرط في البلورة.
المذبذبات غير الجيبية Non-Sinusoidal Oscillators
هي المذبذبات التي تعمل على توليد إشارات غير جيبية معقدة حيث تتغير هذه الإشارات من حالة الاستقرار إلى حالة أخرى بشكل سريع جدًا مثل الإشارة المربعة، والإشارة المثلثية.ومن أهم هذه المذبذبات:
مذبذبات الموجة المربعة Square Signal Oscillators
 |
| مذبذبات الموجة المربعة Square Signal Oscillators |
يبين الشكل السابق أحد أنواع مذبذبات الموجة المربعة، ويستخدم هذا المذبذب مضخم العمليات؛ إذ يستعمل المواسع (C) لعمليات الشحن والتفريغ.
مذبذبات الموجة المثلثة Triangular Signal Oscillators
 |
| مذبذبات الموجة المثلثة Triangular Signal Oscillators |
يبين الشكل السابق أحد أنواع مذبذبات الموجة المثلثة، ويستخدم هذا المذبذب مضخمي عمليات، يستخدم الأول بوصفه مقارنا، ويشبه في عمله عمل المفتاح ثنائي القطبية، ويستخدم المضخم الثاني بوصفه مكاملا للحصول على الموجة المثلثة.
الدارات متعددة الاهتزاز Multivibrator
تتكون الدارة المتعددة الاهتزاز من دارة مضخم تتابعي مكون من مرحلتين، بحيث يتصل مخرج المضخم الثاني بمدخل المضخم الأول لتوفير تغذية راجعة موجبة،؛ ما يجعل أحد المضخمات في حالة تشغيل، والأخر في حالة قطع.
تصنف الدارات المتعددة الاهتزاز إلى ثلاثة أنواع، هي:
- دارات مذبذبات الاهتزاز غير المستقرة Astable Multivibrator Oscillators
- دارات مذبذبات الاهتزاز ثنائية الاستقرار Bistable Multivibrator Oscillators
- دارات مذبذبات الاهتزاز أحادية الاستقرار Monostable Multivibrator Oscillators
مذبذبات الاهتزاز غير المستقرة Astable Multivibrator Oscillators
 |
| مذبذبات الاهتزاز غير المستقرة Astable Multivibrator Oscillators |
يطلق على دارة مذبذب الاهتزاز التي تولد الموجات المربعة ذاتيا من غير حلجة إلى نبضة قدح خارجية اسم دارة مذبذب الاهتزاز غير المستقرة.
تتكون هذه الدارة أساسا من دارتي مضخم باعث مشترك، يغذي كل منهما الآخر بالتغذية الراجعة الموجبة المطلوبة عن طريق دارة تغذية راجعة مكونة من المو اسعين (C1) و(C2)، حيث يوصل مجمع الترانزستور لكل منهما بقاعدة الترانزستور الآخر.
يشير تركيب (غير المستقر) إلى أن هذا النوع من الدارات غير مستقر، وأن حالة كل من الترانزستور (Tr1) والترانزستور (Tr2) تتغير باستمرار.
إن اختيار القيم المناسبة للمقاومات والمواسعين يجعل أحد الترانزستورين في حالة وصل، في حين يكون الآخر في حالة فصل
بسبب الفولتية السالبة على قاعدته.
عند تطبيق الفولتية ( Vcc) في الدارة، فإن كلا الترانزستورين يبدآن بالتوصيل، فإذا كان الترانزستور (Tr1) في حالة وصل فإن المواسع (C1) يبدأ الشحن عبر ( Tr1, R2)، فتأخذ فولتية قاعدة الترانزستور (Tr2) بالازدياد حتى يصبح (Tr2) في حالة وصل، و(Tr1) في حالة قطع أي تصبح فولتية قاعدته سالبة بسبب المواسع (C2)، ثم يبدأ المواسع (C2) بالشحن عبر (Tr2 R3) فتأخذ فولتية قاعدة (Tr1) بالازدياد حتى يصبح ( Tr1) في حالة وصل، و(Tr2) في حالة قطع مرة أخرى وهكذا تستمر العملية.
وتستخدم هده الدارات بوصفها مذبذبات لانتاج إشارات مربعة تستخدم في الدارات الرقمية.
مذبذبات الاهتزاز ثنائية الاستقرار Bistable Multivibrator Oscillators
 |
| مذبذبات الاهتزاز ثنائية الاستقرار Bistable Multivibrator Oscillators |
تختلف دارة مذبذب الاهتزاز ثنائية الاستقرار عن دارة مذبذب الاهتزاز غير المستقرة في الربط بين مرحلتي التضخيم؛ إذ يتم ذلك باستعمال المقاومة (R3) والمقاومة (R4) بدلا من المواسعات، وبذلك تكون حالة الوصل لأي من الترانزستورين مستقرة.
إن اختيار القيمة المناسبة للمقاومات يجعل أحد الترانزستورين في حالة وصل دائم، والآخر في حالة قطع دائم، فإذا كان الترانزستور (Tr1) في حالة وصل والترانزستور (Tr2) في حالة قطع عند وصل الدارة بمصدر الفولتية، كانت فولتية مجمع الترانزستور (Tr1) أقل من فولتية مجمع الترانزستور (Tr2)؛ أي إن ( Vc1<Vc2).
ويصل أثر نقصان الفولتية (Vc1) إلى قاعدة الترانزستور (Tr2) عن طريق المقاومة ( R3)، فتقل فولتية قاعدة الترانزستور (Tr2)، ويقل تبعا لذلك التيار (Ic2)، وتزداد الفولتية ( Vc2)، ويصل أثر هذه الفولتية إلى مجمعه (Vc1)، وتستمر هذه التغذية الراجعة، فيصل الترانزستور (Tr1) إلى حالة الاشباع (Vc1=0)، ويصل الترانزستور (Tr2) إلى حالة القطع.
يمكن عكس حالة الدارة بتطبيق نبضة موجبة ( VT) ذات اتساع كاف على قاعدة الترانزستور الذي يكون في حالة قطع (Tr2)، فيؤدي ذلك إلى مرور تيار بمجمع هذا الترانزستور، فتنقص فولتية مجمعه؛ ما يؤدي إلى نقصان فولتية قاعدة الترانزستور (Tr1)، فيقل تيار مجمعه، وتزداد فولتية مجمعه، وتؤثر هذه الزيادة في قاعدة الترانزستور (Tr2)، فيزداد تيار مجمعه، وتقل فولتيته حتى يصبح الترانزستور (Tr2) في حالة إشباع، والترانزستور (Tr1) في حالة قطع وهكذا.
مذبذبات الاهتزاز أحادية الاستقرار Monostable Multivibrator Oscillators
 |
| مذبذبات الاهتزاز أحادية الاستقرار Monostable Multivibrator Oscillators |
سمي هذا المذبذب بهذا الاسم لأن له حالة استقرار واحدة، يكون الترانزستور (Tr1) في حالة قطع، والترانزستور (Tr2) في حالة إشباع.
فإذا طبقت نبضة خارجية موجبة على قاعدة الترانزستور (Tr1) انعكست حالة كل من الترانزستورين، ولكن هذه الدارة ترجع
إلى حالتها الأولى بعد مدة تحددها الثوابت الزمنية للدارة.
يتبين من الدارة وجود فولتية موجبة تظهر على قاعدة الترانزستور (Tr2)؛ إذ يكون هدا الترانزستور في حالة الإشباع؛ أي إن فولتية مجمعه تكون أقرب إلى الصفر، ولما كانت هذه الفولتية تغذي قاعدة الترانزستور (Tr1) عن طريق المقاومة (R3)، فإن هذا الترانزستور يكون في حالة قطع.
إذن فالحالة المستقرة للدارة هي عمل (Tr1) في منطقة القطع، وعمل الترانزستور (Tr2) في حالة الاشباع.
وبتطبيق نبضة موجبة باتساع كافي على قاعدة الترانزستور (Tr1)، تنقص فولتية مجمعه (Vc1)، ويوثر ذلك في قاعدة الترانزستور (Tr2) عن طريق المواسع (C2)، فيقل تيار مجمعه، وترتفع فو لتية مجمعه (Vc2)، ويؤدي ذلك الى زيادة فولتية قاعدة التر انز ستور (Tr1)، ويزداد تيار مجمعه، وتنقص فولتية مجمعه (Vc1)، ويستمر ذلك حتى يصل الترانزستور (Tr1) إلى حالة الاشباع، والترانزستور (Tr2) إلى حالة القطع.
وبعد وقت قصير يعود الترانزستور (Tr1) إلى حالة القطع، ويعود الترانزستور (Tr2) إلى حالة الإشباع؛ أي إن الدارة تعود إلى حالة الاستقرار، وتظل في هذا الوضع حتى تأتي نبضة موجبة أخرى تقدح المذبذب، فتغير حالته وهكذا.
تستخدم هذه الدارة للتحكم في تشغيل دارات الكترونية مدة زمنية محددة، أو لتوليد إشارة نبضية بزمن (Tp).
مذبذبات المؤقت555 (555Timer Oscillators)
يمكنك التعرف عليه أكثر من خلال الموضوع التالي:
المؤقت الزمني 555
المازج mixer
 |
| المازج mixer |
هو عبارة عن دارة كهربائية غير خطية تنتج ترددات جديدة من ترددين مختلفين.
يتم تركيب دارة المازج باستخدام الثنائي، ويلاحظ تطبيق إشارات الترددين المختلفين (f1,f2)، وألمراد مزجهما على مدخلي الدارة، فتتولد إشارات خرج المازج وهي:
حاصل جمع الإشارتين (f1+f2).
حاصل طرح الاشارتين (f1-f2).
مضاعفات الإشارتين (f1)، (f2).
الإشارتان (f1)، (f2).
استخدامات المازج
من أهم تطبيقات دارة الماز ج ما يلي:
- تحويل الترددات إلى ترددات بينية كما في جهاز استقبال سوير هيتروداين.
- الحصول على ترددات لا يمكن توليدها مباشرة، وذلك باختيار التردد (f1+f2).
- تعديل الإشارة الحاملة في أجهزة إرسال تضمين الاتساع.
المصادر
كتاب الكترونيات الاتصالات المناهج السعودية
كتاب الاتصالات والالكترونيات منهج أردني