موضوع مقاله: نوسان‌ساز سدی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نوسان‌ساز سدی | مقدمه: یک نوسان‌ساز سَدی (که گاهی نوسان‌ساز پالس نامیده می‌شود) یک پیکربندی ساده از قطعات الکترونیکی گسسته است که می‌تواند یک سیگنال آزادگردی تولید کند و تنها به یک مقاومت، یک ترانسفورماتور و یک عنصر تقویت‌کننده مانند ترانزیستور یا لامپ خلاء نیاز دارد (اگرچه معمولاً یک خازن نیز وجود دارد). | ## بخش 1: نوسان‌ساز سدی | این نام از این واقعیت گرفته شده است که عنصر تقویت‌کننده برای بیشتر چرخه کار قطع یا «مسدود» است و پالس‌های دوره‌ای را بر اساس اصل نوسان‌ساز آرامشی تولید می‌کند. خروجی غیرسینوسی برای استفاده به عنوان نوسان‌ساز محلی فرکانس رادیویی مناسب نیست، اما می‌تواند به عنوان یک مولد زمان‌بندی، برای تغذیه چراغ‌ها، ال‌ئی‌دی‌ها، سیم ئی‌ال یا نشانگرهای کوچک نئون عمل کند. اگر خروجی به عنوان سیگنال صوتی استفاده شود، تُن‌های ساده برای کاربردهایی مانند آلارم یا دستگاه تمرین کد مورس نیز کافی هستند. برخی از دوربین‌ها از یک نوسان‌ساز سَدی برای روشن کردن فلاش قبل از عکس‌برداری برای کاهش اثر قرمزی چشم استفاده می‌کنند. به دلیل سادگی مدار، این مدار اساس بسیاری از پروژه‌های آموزشی در کیت‌های الکترونیکی تجاری را تشکیل می‌دهد. سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور را می‌توان به یک بلندگو، یک لامپ یا سیم‌پیچ‌های یک رله تغذیه کرد. به جای مقاومت، یک پتانسیومتر که به صورت موازی با خازن زمان‌بندی قرار می‌گیرد، امکان تنظیم آزادانه فرکانس را فراهم می‌کند، اما در مقاومت‌های کم، ترانزیستور می‌تواند بیش از حد تحریک شود و احتمالاً آسیب ببیند. عملکرد مدار این مدار به دلیل بازخورد مثبت از طریق ترانسفورماتور کار می‌کند و شامل دو زمان است - زمان Tclosed که هنگام بسته شدن کلید است و زمان Topen که هنگام کلید باز است. در تحلیل از کوته‌نوشت زیر استفاده شده است: t، زمان، یک متغیر Tclosed: لحظه‌ای در پایان چرخه بسته، آغاز چرخه باز. یک کلید ایده‌آل، ولتاژ تغذیه Vb را در دو سر سیم‌پیچ اولیه ارائه می‌دهد، بنابراین در حالت ایده‌آل Vp = Vb. Vs، ولتاژ دو سر سیم‌پیچ ثانویه Vz، ولتاژ بار ثابت ناشی از مثلاً ولتاژ معکوس یک دیود زنر یا ولتاژ مستقیم یک دیود نور گسیل (ال‌ئی‌دی). Im، جریان مغناطیس‌کننده در سیم‌پیچ اولیه Ipeak,m، حداکثر یا «پیک» جریان مغناطیس‌کننده در سیم‌پیچ اولیه است. Lp، (خود) القایی سیم‌پیچ اولیه، حاصلضرب تعداد دورهای سیم‌پیچ اولیه Np به توان دو، و «ضریب القایی» AL. R، مقاومت ترکیبی کلید و مقاومت سیم‌پیچ اولیه Up، انرژی ذخیره شده در شار میدان مغناطیس‌کننده در سیم‌پیچ‌ها، که با جریان مغناطیس‌کننده Im نشان داده می‌شود. یک تحلیل دقیق‌تر به موارد زیر نیاز دارد: M = اندوکتانس متقابل، مقدار آن با درجه‌ای که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌پیچ اولیه با سیم‌پیچ ثانویه تزویج (به اشتراک گذاشته می‌شود) و همین‌طور برعکس، تعیین می‌شود. تزویج هرگز کامل نیست؛ همیشه چیزی به نام «شار نشتی» سیم‌پیچ اولیه و سیم‌پیچ ثانویه وجود دارد. معمولاً از اندازه‌گیری‌های اتصال کوتاه سیم‌پیچ ثانویه و اتصال کوتاه سیم‌پیچ اولیه محاسبه می‌شود. Lp,leak = خودالقایی که نشان دهنده میدان مغناطیسی ایجاد شده با و تزویج شده به سیم‌پیچ‌های اولیه است Ls,leak = خودالقایی که نشان دهنده میدان مغناطیسی ایجاد شده با و تزویج شده به سیم‌پیچ‌های ثانویه است. | ## بخش 2: نوسان‌ساز سدی | مقادیر فقط برای دورهای سیم‌پیچ اولیه، فقط دورهای سیم‌پیچ ثانویه و سیم‌پیچ‌های اولیه به سیم‌پیچ ثانویه وجود دارد. عملکرد در طول Tclosed (زمانی که کلید بسته است) وقتی کلید (ترانزیستور، لامپ خلاء) بسته می‌شود، ولتاژ منبع Vb را در دو سر سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور قرار می‌دهد. این جریان مغناطیس‌کننده Im بر هر جریان سیم‌پیچ ثانویه بازتاب شده Is که به یک بار سیم‌پیچ ثانویه (مثلاً به پایانه کنترل کلید؛ جریان سیم‌پیچ ثانویه بازتاب شده در سیم‌پیچ اولیه = Is/N جریان می‌یابد، "سوار" می‌شود. جریان سیم‌پیچ اولیه در حال تغییر باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ("شار") در سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور می‌شود. این میدان در حال تغییر، یک ولتاژ سیم‌پیچ ثانویه (نسبتاً) ثابت Vs = N× Vb را القا می‌کند. در برخی از طرح‌ها (همان‌طور که در نمودارها نشان داده شده است) ولتاژ سیم‌پیچ ثانویه Vs به ولتاژ منبع Vb اضافه می‌شود. در این حالت، از آنجا که ولتاژ در دو سر سیم‌پیچ اولیه (در طول زمانی که کلید بسته است) تقریباً Vb است، Vs = (N+1)×Vb. به‌طور جایگزین، کلید ممکن است مقداری از ولتاژ یا جریان کنترلی خود را مستقیماً از Vb و بقیه را از Vs القایی دریافت کند؛ بنابراین ولتاژ یا جریان کنترلی کلید "هم‌فاز" است، به این معنی که کلید را بسته نگه می‌دارد و (از طریق کلید) ولتاژ منبع را در سیم‌پیچ اولیه حفظ می‌کند. در حالتی که مقاومت سیم‌پیچ اولیه کم یا بدون مقاومت سیم‌پیچ اولیه و مقاومت کلید کم یا بدون مقاومت سیم‌پیچ اولیه باشد، افزایش جریان مغناطیس‌کننده Im یک «شیب خطی» است که توسط فرمول پاراگراف اول تعریف می‌شود. در حالتی که مقاومت سیم‌پیچ اولیه یا مقاومت کلید یا هر دو قابل توجه باشد (مقاومت کل R، مثلاً مقاومت سیم‌پیچ اولیه به علاوه یک مقاومت در امیتر، مقاومت کانال فت)، ثابت زمانی Lp/R باعث می‌شود جریان مغناطیس‌کننده یک منحنی صعودی با شیب کاهشی مداوم باشد. در هر دو حالت، جریان مغناطیس‌کننده Im بر جریان سیم‌پیچ اولیه کل Ip (و کلید) غلبه خواهد کرد. با این حال، در حالت اول (مقاومت کم)، کلید درنهایت قادر به «پشتیبانی» جریان بیشتر نخواهد بود، به این معنی که مقاومت مؤثر آن به قدری افزایش می‌یابد که افت ولتاژ در دوسر کلید برابر با ولتاژ تغذیه می‌شود. در حالت دوم (مثلاً مقاومت سیم‌پیچ اولیه و/یا امیتر غالب)، شیب (کاهشی) جریان تا نقطه‌ای کاهش می‌یابد که ولتاژ القایی به سیم‌پیچ ثانویه دیگر برای بسته نگه داشتن کلید کافی نیست. در حالت سوم، ماده «هسته» مغناطیسی اشباع می‌شود، به این معنی که نمی‌تواند افزایش بیشتر میدان مغناطیسی خود را پشتیبانی کند. در همه موارد، نرخ افزایش جریان مغناطیس‌کننده سیم‌پیچ اولیه (و درنتیجه شار)، یا نرخ افزایش شار به‌طور مستقیم در مورد ماده هسته اشباع شده، به صفر (یا نزدیک به صفر) کاهش می‌یابد. در دو حالت اول، اگرچه جریان سیم‌پیچ اولیه همچنان جریان دارد، اما به مقدار ثابتی برابر با ولتاژ تغذیه Vb تقسیم بر مقاومت کل R در مدار سیم‌پیچ اولیه نزدیک می‌شود. فقط تغییر شار باعث القای ولتاژ به سیم‌پیچ ثانویه می‌شود، بنابراین یک شار ثابت نشان دهنده شکست القا است. در حالت سوم، جریان سیم‌پیچ اولیه ممکن است به دلیل اشباع هسته موقتاً افزایش یابد، اما درنهایت به دلیل القای ولتاژ ناکافی در سمت سیم‌پیچ ثانویه، کلید باز خواهد شد. | ## بخش 3: نوسان‌ساز سدی | اما اکنون هیچ ولتاژ سیم‌پیچ اولیه (Vb) برای حفظ افزایش بیشتر میدان مغناطیسی یا حتی یک میدان حالت پایدار وجود ندارد، زیرا کلید باز شده و در نتیجه ولتاژ سیم‌پیچ اولیه حذف می‌شود. میدان مغناطیسی (شار) شروع به فروپاشی می‌کند و این فروپاشی با القای جریان و ولتاژ به دورهای سیم‌پیچ اولیه، دورهای سیم‌پیچ ثانویه یا هر دو، انرژی را به مدار بازمی‌گرداند. القا به سیم‌پیچ اولیه از طریق دورهای سیم‌پیچ اولیه خواهد بود که تمام شار از آنها عبور می‌کند (که با اندوکتانس سیم‌پیچ اولیه Lp نشان داده می‌شود). شار فروپاشیده، ولتاژ سیم‌پیچ اولیه‌ای ایجاد می‌کند که جریان را مجبور می‌کند یا از سیم‌پیچ اولیه به سمت کلید (که اکنون باز است) یا به سمت یک بار سیم‌پیچ اولیه مانند ال‌ئی‌دی یا دیود زنر و غیره جریان یابد. القا به سیم‌پیچ ثانویه از مسیر حلقه‌های سیم‌پیچ ثانویه که شار متقابل (پیوندی) از آنها عبور می‌کند، انجام می‌شود. این القا باعث ایجاد ولتاژ در سیم‌پیچ ثانویه می‌شود و اگر این ولتاژ مسدود نشود (مثلاً توسط یک دیود یا توسط امپدانس بسیار بالای یک گیت فِت)، جریان سیم‌پیچ ثانویه به مدار سیم‌پیچ ثانویه جریان می‌یابد (اما در جهت مخالف). در هر صورت، اگر هیچ قطعه‌ای برای جذب جریان وجود نداشته باشد، ولتاژ در کلید بسیار سریع افزایش می‌یابد. بدون بار سیم‌پیچ اولیه یا در صورت جریان سیم‌پیچ ثانویه بسیار محدود، ولتاژ فقط توسط ظرفیت‌های توزیع شده سیم‌پیچ‌ها (به اصطلاح ظرفیت بین‌سیم‌پیچ) محدود می‌شود و می‌تواند کلید را از بین ببرد. وقتی فقط ظرفیت‌خازنی سیم‌پیچ و یک بار سیم‌پیچ ثانویه کوچک برای جذب انرژی وجود داشته باشد، نوسانات با فرکانس بسیار بالا رخ می‌دهد و این «نوسانات مزاحم» منبع احتمالی تداخل الکترومغناطیسی هستند. شار در حال فروپاشی باعث می‌شود جریان سیم‌پیچ اولیه از سیم‌پیچ اولیه به سمت کلید که اکنون باز است، جاری شود، یعنی در همان جهتی که هنگام بسته بودن کلید جریان داشت، جاری شود. برای اینکه جریان از انتهای کلید سیم‌پیچ اولیه خارج شود، ولتاژ سیم‌پیچ اولیه در انتهای کلیدزنی باید نسبت به انتهای دیگر آن که در ولتاژ تغذیه Vb است، مثبت باشد. اما این نشان دهنده یک ولتاژ سیم‌پیچ اولیه با قطبیت مخالف با زمانی است که کلید بسته بود: در طول Tclosed ، انتهای کلیدزنی سیم‌پیچ اولیه تقریباً صفر و بنابراین نسبت به انتهای تغذیه منفی بود. به دلیل «سوی سیم‌پیچی» ترانسفورماتور (جهت سیم‌پیچ‌های آن)، ولتاژی که در سیم‌پیچ ثانویه ظاهر می‌شود، اکنون باید منفی باشد. یک ولتاژ کنترل منفی، کلید (مثلاً ترانزیستور دوقطبی NPN یا فِت کانال N) را باز نگه می‌دارد و این وضعیت تا زمانی که انرژی شار فروپاشی (توسط چیزی) جذب شود، ادامه خواهد داشت. هنگامی که جذب‌کننده یک خازن است، شکل‌موج ولتاژ و جریان یک موج سینوسی با ۱/۲ سیکل است و اگر جذب‌کننده یک خازن به همراه مقاومت باشد، شکل موج یک موج سینوسی میراشده با ۱/۲ سیکل است. ولتاژ (یا جریان) کنترل به کلید اکنون «نامسدود» است تا به ورودی کنترل «جریان» یابد و کلید را ببندد. مشاهده این موضوع هنگامی که یک خازن ولتاژ یا جریان کنترل را «کموتاسیون» می‌کند، آسان‌تر است. نوسانِ حلقه‌زنی، ولتاژ یا جریان کنترل را از منفی (کلید باز) به ۰ و به مثبت (کلید بسته) منتقل می‌کند. | ## جمع‌بندی | هنگامی که از خازن و مقاومت برای جذب انرژی استفاده می‌شود، نرخ تکرار به ثابت زمانی RC یا ثابت زمانی LC هنگامی که R کوچک یا ناموجود است (L می‌تواند Lp، Ls یا Lp,s باشد) وابسته است.