نوسان‌ساز آرامشی
در الکترونیک یک نوسان‌ساز آرامشی یک مدار نوسان‌ساز الکترونیکی غیر خطی است که یک سیگنال خروجی تکراری غیرسینوسی، مانند یک موج مثلثی یا موج مربعی را تولید می‌کند. این مدار شامل یک حلقه بازخورد است که حاوی یک قطعه کلیدزنی مانند ترانزیستور، مقایسه‌کننده، رله، آمپ‌امپ یا یک قطعه با مقاومت منفی مانند دیود تونلی است که به‌طور مکرر خازن یا سلفی را از طریق یک مقاومت شارژ می‌کند تا زمانی که به یک سطح آستانه برسد، سپس دوباره آن را تخلیه می‌کند. دوره تناوب نوسان‌ساز به ثابت زمانی مدار خازنی یا سلفی بستگی دارد. قطعات فعال به‌طور ناگهانی بین حالت شارژ و تخلیه سوئیچ می‌کند و بنابراین شکل‌موج تکراری متناوب متغییری تولید می‌کند. این در تضاد با دیگر انواع نوسان‌ساز الکترونیکی، نوسان‌ساز هارمونیکی یا خطی است که از یک تقویت‌کننده با بازخورد برای تحریک نوسانات تشدیدی در یک تشدیدگر و تولید یک موج سینوسی استفاده می‌کند. نوسان‌سازهای آرامشی برای تولید سیگنال‌هایی با فرکانس پایین برای کاربردهایی مانند چراغ چشمک زن (چراق راهنما) و بوق‌های الکترونیکی و در نوسان‌سازهای کنترل‌شده با ولتاژ (وی‌سی‌او)، اینورترها و منبع تغذیه کلیدزنی، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال دو-شیب و فانکشن ژنراتور استفاده می‌شوند.
اصطلاح "نوسان‌ساز آرامشی" همچنین در بسیاری از زمینه‌های گوناگون علوم که نوسانات غیرخطی تولید می‌کنند به سیستم‌های دینامیکی اطلاق می‌شود و می‌تواند با استفاده از همان مدل ریاضی نوسان‌سازهای آرامشی الکترونیکی تجزیه و تحلیل شود. به عنوان مثال، آبفشان‌های زمین گرمایی، شبکه‌های آتش‌کننده سلول‌های عصبی، سیستم‌های گرمایشی کنترل شده با ترموستات واکنش‌های شیمیایی جفت‌شده، تپش قلب انسان زمین‌لرزه‌ها، جیرجیر گچ بر روی تخته‌سیاه، جمعیت چرخه‌ای حیوانات شکارچی و شکار و سامانه‌های فعال‌سازی ژن به عنوان نوسان‌سازهای آرامشی مدل‌سازی شده‌اند. نوسان‌سازهای آرامشی با دو فرایند متناوب در مقیاس‌های زمانی مختلف مشخص می‌شود: یک دوره آرامش طولانی که طی آن سیستم به یک نقطه تعادل نزدیک می‌شود، تناوب با یک دوره تکانشی کوتاه که در آن نقطه تعادل جابجا می‌شود. دوره یک نوسان‌ساز آرامشی عمدتاً توسط ثابت زمان آرامش تعیین می‌شود. نوسان‌سازهای آرامشی نوعی چرخه محدود است و در نظریهٔ کنترل غیرخطی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
اولین مدار نوسان‌ساز آرامشی، مولتی‌ویبراتور آستابل، توسط هنری آبراهام و یوجین بلوک با استفاده از لامپ‌های خلأ در طول جنگ جهانی اول اختراع شد. بالتازار وان دِر پُل برای اولین بار نوسان‌ساز آرامشی را از نوسان‌ساز هارمونیکی متمایز کرد، اصطلاح «نوسان‌ساز آرامشی» را به وجود آورد و اولین مدل ریاضی یک نوسان‌ساز آرامشی، مدل قدرت‌مند نوسان‌ساز وان دِر پُل در سال ۱۹۲۰ به دست آورد. وان دِر پُل اصطلاح "آرامش" را از مکانیک گرفته‌است. تخلیه خازن مشابه روند "آرامش تنش"، از بین رفتن تدریجی تغییر شکل و بازگشت به حالت تعادل در یک محیط غیرکشسان است. نوسان‌ساز آرامشی را می‌توان به دو کلاس تقسیم کرد
نوسان‌ساز آرامشی معمولاً برای تولید سیگنال‌های با فرکانس پایین برای کاربردهایی مانند چراغ چشمک زن و بوق الکترونیکی استفاده می‌شوند. و سیگنال‌های ساعت در برخی از مدارهای دیجیتالی. در دوران لامپ خلأ از آنها به عنوان نوسان‌سازها در اندام‌های الکترونیکی و مدارهای انحراف افقی و مبنای‌های زمانی برای اسیلوسکوپ‌های سی‌آرتی استفاده می‌شد. یکی از رایج‌ترین مدارهای انتگرال‌گیر میلر بود که توسط آلن بلوملین اختراع شد، که از لامپ‌های خلأ به عنوان منبع جریان ثابت برای تولید یک شکل‌موج سطح شیب‌دار بسیار خطی استفاده می‌کرد. آنها همچنین در نوسان‌سازهای کنترل شده با ولتاژ (وی‌سی‌او)، اینورترها و منابع تغذیه کلیدزنی، مبدل‌های آنالوگ دیجیتال دو-شیب و در فانکشن ژنراتور برای تولید امواج مربعی و مثلثی استفاده می‌شوند. نوسان‌سازهای آرامشی به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا طراحی آنها آسان‌تر از نوسان‌سازهای خطی است، ساخت آنها بر روی تراشه‌های مدار مجتمع آسان‌تر است زیرا به سلف‌هایی مانند نوسان‌سازهای LC نیازی ندارند و می‌توان آنها را در محدوده فرکانس وسیعی تنظیم کرد. با این حال آنها دارای نویز فاز بیشتر و پایداری فرکانس ضعیف‌تری نسبت به نوسان‌سازهای خطی هستند. قبل از ظهور میکروالکترونیک، نوسان‌سازهای آرامشی ساده اغلب از یک قطعه مقاومت منفی با پسماند مانند لامپ تایترون، لامپ نئون، یا ترانزیستور تک‌پیوندی استفاده می‌کردند، اما امروزه بیشتر آنها با مدارهای مجتمع اختصاصی مانند تراشه تایمر ۵۵۵ ساخته می‌شوند.
این مثال را می‌توان با خازن یا مدار یکپارچه مقاومتی-خازنی که به ترتیب توسط یک منبع جریان یا ولتاژ ثابت و یک قطعه آستانه‌ای با پسماند (لامپ نئون، تایترون، دیاک ، ترانزیستور دو قطبی معکوس-بایاس‌شده، یا ترانزیستور تک‌پیوندی) موازی با خازن متصل شده، ساخت.
یک نوسان‌ساز آرامشی مشابه را می‌توان با آی‌سی تایمر ۵۵۵ (در حالت بی‌ثبات عمل می‌کند) که جای لامپ نئون بالا را می‌گیرد، ساخت.
یک نوسان‌ساز مهارساز از خواص القایی ترانسفورماتور پالس برای تولید امواج مربعی با راه‌اندازی ترانسفورماتور به حالت اشباع استفاده می‌کند، که سپس جریان تغذیه ترانسفورماتور را تا زمان تخلیه و غیراشباع کردن ترانسفورماتور قطع می‌کند، که پس از آن یک پالس دیگر از جریان تغذیه را می‌چکاند، به‌طور کلی از یک تک ترانزیستور به عنوان عنصر کلیدزنی استفاده می‌شود.
formula_1 تنظیم شده با formula_2 دوسر مقاومت تقسیم ولتاژ:
formula_4 با استفاده از قانون اهم و معادله دیفرانسیل خازن بدست می‌آید:
بازنویسی مجدد معادلات دیفرانسیل formula_4به فرم استاندارد نتایج زیر را ایجاد می‌کند:
توجه داشته باشید که دو جواب برای معادله دیفرانسیل وجود دارد، جواب تحریک شده یا خصوصی و جواب همگن. حل برای جواب تحریک شده، مشاهده کنید که برای این فرم خاص، جواب یک ثابت است. به عبارت دیگر، formula_8 که در آن A ثابت است و .
با استفاده از تبدیل لاپلاس برای حل معادله همگن منجر می‌شود به
formula_4 مجموع جواب خصوصی و همگن است.
حل برای B مستلزم ارزیابی شرایط اولیه است. در زمان ۰ ، و . جایگزینی در معادله قبلی ما،
ابتدا بیایید برای سهولت محاسبه فرض کنیم که . با نادیده گرفتن شارژ اولیه خازن، که برای محاسبه فرکانس بی‌ربط است، توجه داشته باشید که شارژها و تخلیه‌ها بین و است. برای مدار بالا، V باید کمتر از ۰ باشد. نیمی از دوره تناوب (T) همان زمانی است که از V سوییچ می‌کند. این اتفاق می‌افتد زمانی که V شارژ می‌شود از formula_17 به formula_18 .
وقتی V معکوس V نباشد باید نگران زمان شارژ و تخلیه نامتقارن باشیم. با در نظر گرفتن این مسئله در نهایت فرمولی از این شکل بدست می‌آوریم:
که منجر به نتیجه فوق می‌شود .