المذبذب الجامع المضبوط Tuned Collector Oscillator

يُعد المذبذب بأنّه دائرة إلكترونية تصدر إشارة متعرجة أو دورية مثل موجة جيبية، والهدف الأساسي من المذبذب هو تبديل إشارة التيار المستمر إلى إشارة التيار المتردد، كما تُستعمل المذبذبات في العديد من الاستخدامات مثل التلفاز والساعات والراديو وأجهزة الكمبيوتر وما إلى ذلك، وتستعمل جميع الأجهزة الإلكترونية تقريباً بعض المذبذبات لإنتاج إشارة متذبذبة.

ما هو المذبذب الجامع المضبوط Tuned Collector Oscillator؟

المذبذب الجامع المضبوط Tuned Collector Oscillator”: هو أحد أبسط مذبذبات “LC”، حيث تكون من دائرة خزان وتتكون من مكثف ومحث وترانزستور لتضخيم الإشارة، كما تتصرف دائرة الخزان المتصلة بالمجمع مثل حمل مقاوم بسيط عند الرنين وتقرر تردد المذبذب، وهو نوع من مذبذب الترانزستور، حيث تتكون الدائرة المضبوطة “الخزان” من محول ويتم توصيل مكثف بدائرة المجمع للترانزستور.

تتصرف الدائرة المضبوطة المتصلة بدائرة المجمع مثل حمولة مقاومة بحتة عند الرنين وتحدد تردد المذبذب، والتطبيقات الشائعة لمذبذب المجمع المضبوط هي دوائر مذبذب الترددات الراديوية والخلاطات ومزيلات تشكيل التردد ومولدات الإشارة وما إلى ذلك، ومخطط الدائرة للموالفة التقليدية يظهر مذبذب الجامع في الشكل التالي:

مبدأ عمل المذبذب الجامع المضبوط:

في الصورة السابقة يكون “R1″ و”R2” يشكلان انحياز مقسم الجهد للترانزستور، ويشير “Re” إلى المقاوم الباعث وهو موجود لتوفير الاستقرار الحراري، كما يستخدم “Ce” لتجاوز تذبذبات التيار المتردد المضخم وهو مكثف تجاوز المرسل، و”C2″ هو مكثف الالتفافية للمقاوم “R2″، ويشكل المحول الأساسي “L1” مع المكثف “C1” دائرة الخزان.

عندما يتم تشغيل مصدر الطاقة يبدأ الترانزستور في التوصيل ويبدأ المكثف “C1” في الشحن، وعندما يكون المكثف مشحوناً بالكامل، يبدأ في التفريغ من خلال الملف الأساسي “L1″، وعندما يتم تفريغ المكثف بالكامل سيتم نقل الطاقة المخزنة في المكثف كمجال إلكتروستاتيكي إلى المحرِّض كمجال كهرومغناطيسي، كما لن يكون هناك المزيد من الجهد عبر المكثف للحفاظ على التيار من خلال الملف يبدأ في الانهيار.

ومن أجل معارضة هذا يقوم الملف “L1” بتوليد “emf” خلفي أي عن طريق الحث الكهرومغناطيسي وهذا “emf “الخلفي يشحن المكثف مرة أخرى، ثم يتم تفريغ المكثف من خلال الملف وتتكرر الدورة، كما يُعد هذا الشحن والتفريغ سلسلة من التذبذبات في دائرة الخزان، ويتم إرجاع التذبذبات الناتجة في دائرة الخزان إلى قاعدة الترانزستور “Q1” بواسطة الملف الثانوي عن طريق الاقتران الحثي.

يمكن ضبط مقدار التغذية المرتدة عن طريق تغيير نسبة المنعطفات للمحول، ويكون اتجاه لف الملف الثانوي “L2” بطريقة تجعل الفولتية عبره هي طور “180 درجة”، ومعاكساً لاتجاه الجهد عبر الابتدائي “L1” وهكذا تنتج دائرة التغذية المرتدة انزياح طور بمقدار “180 درجة”، وينتج الترانزستور وحده تحول طور بمقدار “180 درجة” أخرى، ونتيجةً لذلك يتم الحصول على تحول طور إجمالي بمقدار “360 درجة” بين المدخلات والمخرجات وهو شرط ضروري للغاية للتغذية المرتدة الإيجابية والتذبذبات المستمرة.

يعوض تيار المجمع للترانزستور الطاقة المفقودة في دائرة الخزان، ويتم ذلك عن طريق أخذ كمية صغيرة من الجهد من دائرة الخزان وتضخيمها وإعادة تشغيلها على دارة الخزان، كما يمكن جعل المكثف “C1” متغيراً في تطبيقات التردد المتغير، وعند تشغيل الدائرة يبدأ تيار المجمع في الزيادة.

ونظراً لتوصيل المجمع بالملف “L1″، فإنّ هذا التيار ينتج مجالاً مغناطيسياً حوله، كما يؤدي هذا إلى إحداث جهد في ملف الدائرة المضبوطة “L”، وينتج عن الجهد المرتجع زيادة “ae” في جهد القاعدة للمرسل وتيار القاعدة، وبالتالي يتم الحصول على زيادة أخرى في تيار المجمع وتستمر الدورة حتى يتشبع تيار المجمع وفي هذه الأثناء يكون المكثف مشحوناً بالكامل.

عندما يصل تيار المجمع إلى مستوى التشبع لا يوجد جهد رجوع في “L”، حيث أنّ المكثف مشحون بالكامل ويبدأ في التفريغ خلال “L”، وهذا يقلل من استقطاب قاعدة الباعث وبالتالي “I B” وينخفض ​​تيار المجمع أيضاً، وبحلول الوقت الذي يصل فيه تيار المجمع إلى القطع يكون المكثف “C” مشحوناً بالكامل بالقطبية المعاكسة.

بعد إيقاف تشغيل الترانزستور يبدأ المكثف “C” في التفريغ عبر “L”، وهذا يزيد من انحياز قاعدة المرسل ونتيجةً لذلك يزداد تيار المجمع، كما تتكرر الدورة طالما تم توفير طاقة كافية للتعامل مع الخسائر في “LC” دائرة كهربائية، وتردد التذبذب يساوي تردد الرنين “LC”.

عيوب المذبذب الجامع المضبوط:

يتمثل العيب الرئيسي لدائرة مذبذب القاعدة في أنه بسبب انخفاض مقاومة باعث القاعدة والتي تظهر في التحويل مع الدائرة المضبوطة ويتم شحن دائرة الخزان، وهذا يقلل من “Q” الخاص به والذي بدوره يتسبب في انجراف تردد المذبذب، وهكذا يصبح الاستقرار أسوأ، ولهذا السبب لا يتم توصيل الدائرة المضبوطة عادةً بالدائرة الأساسية.

آلية عمل المذبذب الجامع المضبوط:

إنّ الترانزستور يتسبب في تحول طور بمقدار “180 درجة” عندما يضخم جهد الإدخال، و”L1″ و”C1″ يشكلان دائرة الخزان ومن هذين العنصرين، حيث سيتم الحصول على التذبذبات، كما يساعد المحول في إعطاء ردود فعل إيجابية ويقوم الترانزستور بتضخيم النواتج، وعند تشغيل مزود الطاقة يبدأ المكثف “C1” في الشحن.

عندما يتم شحنه بالكامل يبدأ في التفريغ من خلال المحث “L1″، كما يتم تحويل الطاقة المخزنة في المكثف على شكل طاقة إلكتروستاتيكية إلى طاقة كهرومغناطيسية، ويتم تخزينها في المحرِّض “L1” وبمجرد تفريغ المكثف تماماً يبدأ المحرِّض في شحن المكثف مرة أخرى، وهذا لأنّ المحرِّضات لا يتغير التيار من خلالها بسرعة وبالتالي فإنها ستغير القطبية عبر نفسها وتحافظ على تدفق التيار في نفس الاتجاه.

يبدأ المكثف بالشحن مرة أخرى وتستمر الدورة بهذه الطريقة، وتتغير القطبية عبر المحرِّض والمكثف بشكل دوري وبالتالي نحصل على إشارة متذبذبة كناتج، كما يتم شحن الملف “L2” من خلال الحث الكهرومغناطيسي ويغذي هذا الترانزستور، حيث تعمل الترانزستورات على تضخيم الإشارة والتي يتم أخذها كناتج، كما يتم إرجاع جزء من المخرجات إلى النظام فيما يعرف بالردود الإيجابية.

ردود الفعل الإيجابية هي ردود الفعل التي هي في طور مع المدخلات، ويقدم المحول تحولاً في الطور بمقدار “180 درجة” ويقدم الترانزستور أيضاً تحولاً في الطور بمقدار “180 درجة” أيضاً، وفي المجموع يتم الحصول على تحول طور بمقدار “360 درجة” ويتم إرجاعه إلى دائرة الخزان، وردود الفعل الإيجابية ضرورية للتذبذبات المستمرة، ويعتمد تردد التذبذب على قيمة المحرِّض والمكثف المستخدم في دائرة الخزان ويُعطى بواسطة:

F= 1/ 2π (L1 C1)^1/2

حيث أنّ “F” تساوي تردد التذبذب، و”L1″ هي قيمة المحاثة الأولية للمحول “L1″، و”C1” هي قيمة سعة المكثف “C1”.

خطوات تشغيل المذبذب الجامع المضبوط:

• عند إغلاق المفتاح “S” يبدأ تيار المجمع في الزيادة، ويقوم بشحن المكثف “C1”.

• بمجرد أن يتم شحن المكثف بالكامل، يتم تفريغه من خلال المحرِّض “L1”.

• تحدث عملية الشحن والتفريغ هذه بالتردد الوارد في المعادلة السابقة.

• عن طريق الحث المتبادل، تُحفز هذه التذبذبات بعض الجهد في الملف “L2”.

• الجهد المستحث في “L2” له نفس تردد دائرة الخزان “L1-C1”.

• لكنّ حجمها يعتمد على الاقتران بين “L1″ و”L2” وعدد الدورات في الملفات.

• يتم تطبيق هذا الجهد كجهد أساسي على الترانزستور والذي سيتم تضخيمه وتغذيته لدائرة المجمع.

• وبالتالي يتم تعويض الخسائر في دائرة الخزان وضمان التذبذبات غير المثبطة.

• يتم إنشاء تحول طور بمقدار “180 درجة” بين الفولتية “L1″ و”L2” بسبب عمل المحول.

• ثم يحدث تحول طور بمقدار “180 درجة” بين دارة الباعث الأساسي والمجمع بسبب خصائص الترانزستور، وبالتالي فإنّ مرحلة التغذية الراجعة هي نفس مرحلة دارة الخزان.