مذبذب كلاب Clapp Oscillator

يظهر ترتيب مذبذب يتم التحكم فيه بالجهد له خصائص محسنة ليشمل مذبذباً من نوع “Clapp” يستخدم ترانزستور كعنصر نشط، ويتم توصيل الأقطاب الكهربائية لمثل هذا الترانزستور بدائرة طنين قابلة للضبط إلكترونياً وبحمولة بطريقة تفصل بفعالية اثنين.

ما هو مذبذب Clapp؟

مذبذب “Clapp”: هو نوع مختلف من مذبذب “Colpitts”، حيث يتم إضافة مكثف إضافي “C3” إلى دائرة الخزان ليكون في سلسلة مع المحرِّض بداخله، كما أنّه في الواقع نسخة مضبوطة من مذبذب “Colpitts” ومذبذب “Clapp” يشبه إلى حد كبير مذبذب “Colpitts” مع مقسم الجهد السعوي الذي ينتج إشارة التغذية المرتدة.

تؤدي إضافة مكثف “C3” في سلسلة مع المحث “L1” إلى الاختلاف في التصميمين ويميز “Clapp” Oscillator” عن تكوينات “Colpitts” و”Hartley“، وكما هو الحال مع جميع المذبذبات يجب الالتزام بمعايير “باركهاوزن” التي تتطلب ربحاً إجمالياً واحداً وتغييراً في الطور بمقدار صفر درجة من الإدخال إلى المخرجات، ويمكن حساب تردد التذبذب بنفس طريقة حساب أي دارة طنين.

أساسيات مذبذب Clapp:

مذبذب “Clapp” هو واحد من عدة أنواع من المذبذب الإلكتروني الذي يتم إنشاؤه من ترانزستور أو أنبوب مفرغ وشبكة ردود فعل إيجابية، وباستخدام مزيج من المحث “L” مع مكثف “C” لتحديد التردد وبالتالي يسمى أيضاً مذبذب “LC”.

شبكة الانحياز للتيار المباشر غير معروضة في مذبذب “Clapp”:

بالإشارة إلى الدائرة الافتراضية في الشكل تتكون الشبكة من محث واحد وثلاثة مكثفات، كما تشكل المكثفات “C1″ و”C2” مقسم جهد يحدد مقدار جهد التغذية المرتدة المطبق على إدخال الترانزستور ومذبذب “Clapp” هو مذبذب “Colpitts” يحتوي على مكثف إضافي موضوع في سلسلة مع المحرِّض، كما أنّ تردد التذبذب بالهرتز للدائرة في الشكل، والتي تستخدم ترانزستور تأثير المجال “FET”.

بصرف النظر عن وجود مكثف إضافي تبقى جميع المكونات الأخرى ووصلاتها مماثلة لتلك الموجودة في مذبذب “Colpitts”، ومن ثم فإنّ عمل هذه الدائرة مطابق تقريباً لعمل “Colpitts”، حيث تتحكم نسبة التغذية المرتدة في توليد واستدامة التذبذبات، ومع ذلك يتم إعطاء وتيرة التذبذب في حالة مذبذب “Clapp” بواسطة:

F= 1/ 2π (L(1/C1 + 1/C2 + 1/C3))^1/2

عادةً يتم اختيار قيمة “C3” لتكون أصغر بكثير من المكثفتين الأخريين، وهذا لأنّه في الترددات الأعلى كلما كان “C3” أصغر سيكون المحث أكبر، ممّا يسهل التنفيذ ويقلل أيضاً من تأثير الحث الضائع، ومع ذلك يجب اختيار قيمة “C3” بعناية فائقة، وهذا لأنّه إذا تم اختياره ليكون صغيراً جداً، فلن يتم إنشاء التذبذبات لأنّ فرع “LC” سيفشل في الحصول على تفاعل حثي صافٍ.

ومع ذلك تجدر الإشارة إلى أنّه عند اختيار “C3” لتكون أصغر مقارنةً بـ “C1” و”C2″، فإنّ السعة الصافية التي تحكم الدائرة ستكون أكثر اعتماداً عليها، وبالتالي يمكن تقريب معادلة التردد كـ:

F= 1/ 2π (LC3)^1/2

علاوةً على ذلك فإنّ وجود هذه السعة الإضافية سيجعل مذبذب “Clapp” مفضلاً على “Colpitts” عندما تكون هناك حاجة لتغيير التردد، كما هو الحال مع مذبذب التردد المتغير “VCO” يمكن تقديم السبب تالياً:

• في حالة مذبذب “Colpitts” يجب تغيير المكثفات “C1″ و”C2” من أجل تغيير تردد التشغيل، ومع ذلك خلال هذه العملية تتغير حتى نسبة التغذية المرتدة للمذبذب والتي بدورها تؤثر على شكل الموجة الناتج.

• يتمثل أحد الحلول لهذه المشكلة في جعل كلاً من “C1″ و”C2” ثابتين في الطبيعة مع تحقيق التباين في التردد باستخدام مكثف متغير منفصل، كما يمكن التخمين بما يفعله “C3” في حالة مذبذب “Clapp” والذي بدوره يجعله أكثر استقراراً على “Colpitts” من حيث التردد.

• يمكن زيادة ثبات تردد الدائرة بشكل أكبر عن طريق وضع الدائرة في غرفة بدرجة حرارة ثابتة وباستخدام الصمام الثنائي “Zener” لضمان جهد إمداد ثابت.

• بالإضافة إلى ذلك، إنّ قيم المكثفات “C1″ و”C2” عرضة لتأثير السعات الضائعة على عكس “C3”.

• هذا يعني أنّ تردد الطنين في الدائرة سيتأثر بالسعات الضائعة إذا كان لدى المرء دائرة بها “C1″ و”C2” فقط، كما في حالة مذبذب “Colpitts”.

• ومع ذلك إذا كان هناك “C3” في الدائرة فإنّ التغييرات في قيم “C1″ و”C2” لن تغير من تردد الطنين كثيراً؛ لأنّ المصطلح السائد سيكون “C3”.

• بعد ذلك يُلاحظ أنّ مذبذبات “Clapp” مضغوطة نسبياً؛ لأنّها تستخدم مكثفاً صغيراً نسبياً لضبط المذبذب على نطاق تردد واسع، وهذا لأنّه حتى التغيير الطفيف في قيمة السعة يغير تردد الدائرة إلى حد كبير.

• علاوة على ذلك فإنّها تعرض عامل “Q” مرتفعاً مع نسبة “L / C” عالية وتيار دائري أقل مقارنة بمذبذبات “Colpitts”.

• كما أنّ هذه المذبذبات موثوقة للغاية وبالتالي فهي مفضلة على الرغم من وجود نطاق محدود لتكرار العملية.

ملاحظة:“FET” هي اختصار لـ “Field-effect transistor”.

أهمية Clapp Oscillator:

المذبذب ليس سوى دائرة خزان تتكون من مكثف ومحث، ويتم تخزين الشحنة المخزنة في المكثف في شكل مجال إلكتروستاتيكي، وعندما يقوم المكثف بتفريغ الطاقة المخزنة فيه ستبدأ في التناقص، ووذلك لأن المحرِّض الموجود في الدائرة يبدأ في الشحن.

وبالتالي يخزن الطاقة في شكل مجال مغناطيسي وبهذه الطريقة يتم تحويل الطاقة من شكل إلى آخر وبالتالي يتم الحفاظ على التذبذبات، ولكن بسبب الخسائر التي يمتلكها المكثف مثل فقدان العزل الكهربائي وفقدان الإشعاع في المحرِّضات، فإنّ التذبذبات تصبح مثبطة، وبسبب السعة الثابتة لشكل الموجة الجيبية يبقى بعيد المنال.

عمل Clapp Oscillator:

يمكن شرح عمل مذبذب “Clapp” بسهولة بمساعدة مخطط دائرته، حيث أنّ الدائرة تتكون من مكبر أحادي المرحلة وشبكة تحول الطور، حيث يتكون مكبر الصوت أحادي المرحلة من شبكة مقسم الجهد كما يتم توفير الترانزستور المتصل في هذه الدائرة بواسطة مصدر الطاقة “Vcc”، يتم توفير الطاقة لمحطة تجميع الترانزستور من خلال ملف “RFC”، كما إنّ استخدام ملف “RFC” هو منع أي مكون تيار متردد موجود في مصدر الطاقة وتزويد دائرة الترانزستور بطاقة التيار المستمر فقط.

توفر دائرة الترانزستور هذه الطاقة لشبكة إزاحة الطور من خلال مكثف الفصل “CC2″، كما يتم استخدام هذا المكثف بحيث يتم توفير مكون التيار المتردد فقط من الطاقة لشبكة إزاحة الطور، وإذا تم إدخال أي مكون من مكونات التيار المستمر في شبكة تغيير الطور، فسيؤدي ذلك إلى تقليل عامل “Q” للملف، كما يتم توصيل طرف باعث الترانزستور بالمقاوم “RE” ممّا يحسن من ثبات دائرة مقسم الجهد، ويتم توصيل المكثف بالتوازي مع هذا الباعث المقاوم لتجاوز التيار المتردد في الدائرة.

ستظهر الطاقة المضخمة الناتجة عن مكبر الصوت عبر المكثف “C1″، وستكون التغذية الراجعة التجديدية التي يتم تمريرها إلى دائرة الترانزستور من خلال المكثف “C2″، كما أنّ الجهد عبر المكثف “C1” والمكثف “C2” سيكونان في طور معاكس، وهذا بسبب تأريض المكثف “C1″ و”C2” من خلال الطرف المشترك.

سيكون الجهد عبر المكثف “C1” في نفس المرحلة للجهد الناتج عن دائرة مكبر الصوت، والجهد عبر “C2” معاكس في الطور مع الجهد عبر دائرة مكبر الصوت، كما يتم تمرير هذا الجهد في المرحلة المعاكسة إلى دائرة مكبر الصوت، حيث توفر دائرة مكبر الصوت نفسها تحول الطور بمقدار “180 درجة”.

وبالتالي فإنّ إشارة التغذية المرتدة التي لديها بالفعل تحول طور “180 درجة” يتم تمريرها عبر دائرة مكبر الصوت، وبعد ذلك سيكون تحول الطور الكامل “360 درجة” وهو الشرط المطلوب لدائرة مذبذب لتوفير التذبذبات.

مزايا Clapp Oscillator:

• يمتلك “Clapp Oscillator” ثباتاً عالي التردد مقارنة بالمذبذبات الأخرى، وعلاوةً على ذلك فإنّ تأثير معلمات الترانزستور في مذبذبات “Clapp” أقل بكثير مقارنة بالمذبذبات الأخرى، لذلك فإنّ مشكلة السعة الضائعة ليست خطيرة في حالة مذبذب “Clapp”.

• يمكن زيادة ثبات تردد مذبذب “Clapp” عن طريق إحاطة دائرة المذبذب بأكملها في منطقة درجة حرارة ثابتة، وإلى جانب ذلك يجب توفير مصدر الجهد بواسطة منظم جهد مثل الصمام الثنائي زينر.