1. الفصل الرابع chapter four Oscillatorsالمذبذبات
وهي الدوائر الالكترونية التي تقوم بتوليد أشارات التيار المتناوب ذات الإشكال الموجية المختلفة ذاتيا )أي دون الحاجة إلى أشارة إدخال. (تكون إشارة التغذية الخلفية هي الإدخال الوحيد للمكبر الداخلي وفي مدى من الترددات تمتد من الترددات المسموعة (20000 – 20هرتز(مرورا بالترددات الراديوية 100 كيلو هرتز إلى 30 ميكا هرتز حتى أقصى مدى للترددات العالية.
أن توليد الإشارة يجب أن لا يفهم على انه خلق للطاقة و أنما هو في الحقيقة تحويل القدرة المستمرة المجهزة بواسطة مصدر القدرة المستمرة المستخدم مع الذبذبات إلى قدرة متناوبة ذات خصائص مرغوبة من حيث السعة والتردد .

2. الفكرة الأساسية للتردد : concept of oscillator
لفهم كيفية قيام المذبذب بتوليد أشارة أخراج بدون أشارة إدخال انظر الشكل الذي يبن مصدر فولتية 𝜐يسوق طرفي الخطأ للمكبر وتسوق الإشارة المكبرةA𝜐 دائرة التغذية الخلفية لتنتج فولتية التغذية الخلفية هذه الفولتية ترجع إلى النقطة xفإذا كانت إزاحة الطور خلال المكبر ودائرة التغذية الخلفية صحيحة .فأن الإشارة عند النقطةx تكون بنفس طور الإشارة التي تسوق طرفي الخطأ للمكبر تماما . بعبارة أخرى أذا كانت إزاحة الطور حول الدارة كلها 0̊كون لدينا تغذية خلفية موجبة positive feedback .
أن قيمة Aβ )) كسب الدارة مهمة .افرض إننا ربطنا النقطتينy , x وأزلنا مصدر الفولتية vأشارة التغذية الخلفية تسوق طرفي الخطأ المكبر فادا كانAβأقل من واحد كانت اقل منv وبذلك تموت أشارة الخراج كما في (2)لأننا لم نعد مصدر فولتية كافية على الجانب الأخر. أذا زاد Aβعلى الواحد زادت علىv وبذلك تنمو فولتية الإخراج وأخيرا أذا كانت Aβ يساوي واحد فانه سوف لن يطرأ أي تغيير في فولتية الإخراج وسنحصل على أخراج ثابت (e).في أي مذبذب تغذية خلفية في البداية يجب أن يزيد كسب الدارة Aβعلى واحد عند التردد الذي تكون إزاحة طور الدارة فيه0̊ بعد الوصول إلى المنسوب المطلوب يجب أن يقل Aβإلى واحد وذلك أما بتقليل A آو β  .

3. المذبذبات الجيبية Sinusoidal oscillator :
على الرغم من أن الإشارات المتولدة تشترك في كونها دورية (تعيد نفسها بانتظام في فترات زمنية متساوية ).ألا أن إشكالها الموجية تكون أما جيبيه أو أن تكون الإشارة الناتجة مربعة ويدعى المولد بمذبذب الموجات المربعة (square waves )أو متعدد الاهتزازات(multivibrators) .
أن المذبذبات تستخدم بشكل كبير في أجهزة الراديو والتلفزيون والرادار والحاسبات الالكترونية وغيرها لذا يصبح من الضروري أن تكون سعة الموجات المتولدة وكذلك تردداتها غير متغيرة مع الزمن ويقسم التذبذب الكهربائي ألجيبي إلى قسمين
التذبذب المضمحلdamped oscillations
وهو ذلك النوع من التذبذب ألجيبي الذي تقل سعة ذبذبته مع الزمن. أن الجهاز الكهربائي المولد لهذا النوع من التذبذب يحتوي على عنصر بسبب ضياع الطاقة التي لا يتم تعويضه ولهذا فان النقصان يحدث تدريجيا . التردد للمتذبذب يبقى ثابتا حيث أن التردد يعتمد على ثوابت خاصة مساوية إلى

4. التذبذب غير المضمحل (undammed oscillations) وهو الذي لا تتغير سعته مع التذبذب أو بعبارة أخرى ثبوت سعة التذبذب مع الزمن .يحدث هذا التذبذب بنفس الطريقة السابقة ولكنه هناك فرق هو تعويض دائم للطاقة الضائعة بسبب مرور التيار في المقاومة المرافقة لكل من المتسعة والملف في الدائرة السابقة. مذبذبات مقاومة - متسعة (RC OSCILLATOR) يوجد هذا النوع من المذبذبات بأشكال مختلفة على الرغم من أن أساس عملها واحد .وهو تكبير أشارة الضوضاء المتولدة في دوائر التغذية الخلفية (كل مقاوم يعمل كمصدر فولتية صغيرة مولدا كافة الترددات تقريبا(. سيتم شرح نوعين من مذبذب RCهما :

5. 1- مذبذب إزاحة الطورphase – shift – oscillator
أن الإشارة الخارجة من هذا المكبر تخرج فرق طوره مقداره 180̊ عن أشارة الدخل لذا يتوجب استخدام دائرة تغذية خلفية تحدث فرقا في الطور قدره 180̊ على الإشارة المعادة . يمكن الحصول على إزاحة الطورية باستخدام دارات من نوع RC في الشكل المكون من مقاومةR مربوطة على التوالي مع متسعة C وسلطنا عليها أشارة جهد Vi فان التيار المار في هذه الدائرة 
وعلية هبوط الجهد عبر المقاومة R يكون مساويا
وعلى الرغم من ان الجهد الخارج يكون بنفس طور التيار المار في المقاومة ألا أنة يختلف الجهد الداخل بزاوية طور θ   
الشكل هو مذبذب إزاحة الطور Phase-shift oscillator للمكبر إزاحة طور مقدارها 180 ͦ لان الإشارة تسوق الإدخال القالب. أخراج المكبر يغذي خلفيا ثلاث شبكات تقدم متسلسلة ، أن شبكة تقدم واحد تنتج إزاحة طور بين 0 ͦ و 90 ͦ معتمدة بذلك على التردد . عند تردد معين تكون إزاحة الطور الكلية لشبكات التقدم الثلاث 180 ͦ نتيجة لذلك إزاحة الطور حول الدائرة كلها 360 ͦالتي تكافئ 0 ͦ أذا زاد AB عن واحد عن هذا التردد المعين.

6. بتحليل مباشر ولكنه معقد لشبكات التقدم الثلاث نحصل على تردد التذبذب
وكسب الفولتية لشبكات التقدم هو (أي A=29)
لذا تستطيع التذبذبات أذا زاد A عن .29
مثال: الشكل مذبذب إزاحة الطور ترانزستور FET كم هو التردد الذي تتذبذب عنده الدائرة.
عندما تقل مقاومة المنبع المتغيرة إلى الصفر يمتلك FET أقصى كسب فولتية
كلما زادت مقاومة المنبع قلت قيمة gmوبذلك يقل كسب الفولتية لذا نستطيع ضبط المقاومة لنحصل على كسب يزيد قليلا عن 29 ويسمح هذا للتذبذب أن يبدأ ويمنع التشويه الشديد الناتج من فرط التقليم.

7. 2- مذبذب قنطرة وين (Wien – bridge – oscillator)
مذبذب قنطرة وين هو دائرة مذبذب نموذجية لجميع الترددات الواطئة ضمن المجال من (5Hz) إلى(1MHz) تقريبا غالبا ما يستعمل باستمرار في مولدات الترددات السمعية تجاريا ويفضل عادة في تطبيقات ترددات واطئة أخرى.
شبكة التقدم والتخلف :كي نفهم كيف يعمل مذبذب قنطرة وين علينا أن نفهم شبكة التقدم والتخلف في الشكل دائرة تغذية خلفية تتقدم زاوية الطور في الترددات الواطئة وتتخلف في الترددات العالية .أن هناك ترددا واحدا له أهمية خاصة تكون إزاحة الطور فيه0̊ .
هذه الخاصية المهمة تسمح لشبكة التقدم والتخلف أن تعين تردد التذبذب .عند الترددات الواطئة جدا تبدو متسعة التوالي كدائرة مفتوحة وبذلك لا نحصل على أخراج .عند الترددات العالية جدا تبدو متسعة التوازي كدائرة قصر ولا نحصل على أخراج. بين هاتين النهابتين تصل فولتية الإخراج إلى قيمة قصوى(b)كما يمكن برهانه التردد

8. يبين الشكل زاوية طور فولتية الإخراج نسبة إلى فولتية الإدخال
يبين الشكل زاوية طور فولتية الإخراج نسبة إلى فولتية الإدخال .نلاحظ عند الترددات الواطئة زاوية الطور موجبة وتعمل الدائرة مثل شبكة تقدم وعند الترددات العالية جدا تكون زاوية الطور سالبة وتعمل الدائرة مثل شبكة تخلف الترددf0ينتج إزاحة طور مقدارها صفر درجة .تعمل شبكة التقدم والتخلف مثل دائرة رنين حيث يصل كسب الفولتية أقصاه عند f0وتصبح زاوية الطور.0

9. الفكرة الأساسية : يبن الشكل مذبذب قنطرة وين وهو يستعمل تغذية خلفية موجبة وسالبة .تتم التغذية الخلفية الموجبة خلال شبكة التقدم والتخلف إلى الإدخال غير القالب أما التغذية الخلفية السالبة فهي خلال مقسم الفولتية إلى الإدخال القالب . عند أول تسليط القدرة تكون مقاومة مصباح التنكستن قليلة ولا نحصل على تغذية خلفية سالبة كافية لهذا السبب يزيد Aβ على الواحد وتستطيع التذبذبات أن تنمو عند تردد الرنين f0 وأثناء نمو الذبذبات يسخن مصباح التنكستن وهذا يزيد مقاومة عند منسوب أخراج مطلوب . يمتلك مصباح التنكستن مقاومة كما مبرهن أنAβ يساوي واحد لهذه القيمة .

10. الحالات الأولية :
في أول الأمر يمتلك مصباح التنكستن مقاومة تقل عن . الكسب من الإدخال غير القالب إلى الإخراج يساويAspلذا
هذا الكسب يزيد عن3 لان R2تساوي و تقل عن كما تبين سابقا .كسب الفولتية βلشبكة التقدم والتخلف يساوي 1\3عند تردد الرنين .لذلك يكون كسب الفولتية حول دائرة التغذية الخلفية الموجبة اكبر من واحد أول الأمر ومع نمو فولتية الإخراج تزداد مقاومة المصباح كما في الشكل(b)عند فولتية معينة سيمتلك المصباح مقاومة قيمتها في هذه النقطة يكون الكسب من الإدخال غير القالب إلى الإخراج
ويصبح الكسب في دائرة التغذية الخلفية الموجبة واحدا عندما يحدث هذا يصل اتساع الإخراج إلى المنسوب الذي يثبت فيه . )في المذبذب العمل لا يصبح مصباح التنكستن متوهجا حيث أن هذا يؤدي إلى تبديد قدرة الإشارة (

11. إزاحة طور المكبر :
في مذبذب قنطرة وين إزاحة الطور في شبكة التقدم والتخلف تساوي صفرا عندما تمتلك التذبذبات التردد
لهذا السبب نستطيع ضبط التردد بتغير R أو Cهذا بافتراض أن إزاحة الطور في المكبر صغيرة بحيث يمكن إهمالها بعبارة أخرى يجب أن يوفق تردد كسر المكبر نوع SPتردد الرنين بهذه الطريقة لا يضيف المكبر أي إزاحة في الطور وإذا ما أضاف المكبر في الطور فان التدريج الدقيق للصيغة سوف لن يبقى صحيحا .
يبن الشكل طريقة أخرى لرسم المذبذب، شبكة التقدم والتخلف تقع على يسار القنطرة ويقع مقسم الفولتية في الجانب الأيمن .هذه القنطرة الخاصة تعرف بقنطرة وين أن فولتية الخطأ هي أخراج القنطرة فعندما تقترب القنطرة من التوازن تقترب فولتية الخطأ من الصفر .
أن قنطرة وين هي نوع من مرشح أخدودي وهو دائرة ذات أخراج صفر عند تردد معين واحد بالنسبة لقنطرة وين تردد الأخدود يساوي
مثاليا نحصل على تذبذب عند لكن الحقيقة مهما كان الكسب الداخليA كبيرا فانه لابد أن يكون لدينا بعض من فولتية الخطأ. في قنطرة وين تكون فولتية الخطأ صغيرة جدا بحيث أن القنطرة تكون متوازنة تقريبا .

12. يبن الشكل طريقة أخرى لرسم المذبذب، شبكة التقدم والتخلف تقع على يسار القنطرة ويقع مقسم الفولتية في الجانب الأيمن .هذه القنطرة الخاصة تعرف بقنطرة وين أن فولتية الخطأ هي أخراج القنطرة فعندما تقترب القنطرة من التوازن تقترب فولتية الخطأ من الصفر . أن قنطرة وين هي نوع من مرشح أخدودي وهو دائرة ذات أخراج صفر عند تردد معين واحد بالنسبة لقنطرة وين تردد الأخدود يساوي مثاليا نحصل على تذبذب عند لكن الحقيقة مهما كان الكسب الداخليA كبيرا فانه لابد أن يكون لدينا بعض من فولتية الخطأ. في قنطرة وين تكون فولتية الخطأ صغيرة جدا بحيث أن القنطرة تكون متوازنة تقريبا .

13. مثال :احسب التردد الأدنى والأقصى في مذبذب وين المبين بالشكل يمكن تغير المقاومتين المتغيرتين من 0 إلى 100 kΩ لذا تتغير قيمة R من 1إلى101 kΩ، أدنى تردد للتذبذب يكون وأقصى تردد يكون

14. مذبذبات ملف متسعة LC Oscillators
رغم روعته بالترددات الواطئة مذبذب قنطرة وين إلا انه غير ملائم في الترددات العالية التي تفوق (1MHZ) كثيرا حيث تصبح قيمة R ,C صغيرة جدا وتكون إزاحة طور المكبر مشكلة لذلك نستعمل مذبذب LC من الترددات التي تقل عن 1MHZ إلى أكثر من 500MHZ
مذبذبات ملف متسعة LC Oscillators
أن مذبذب وين غير ملائم للترددات العالية التي تفوق (1MHZ) حيث تصبح R وC صغيرة جدا وتكون إزاحة الطور مشكلة لا تكون جيبيه بشكل تام و أنما يرافقها تشويه بسبب عملها في منطقي الإشباع أو القطع .
لذلك يصبح استخدام مذبذبات LC في ترددات اقل من 1MHZ إلى أكثر من .500MHZبمكبر ودائرة رنين LC نستطيع تغذية أشارة خلفيا بالاتساع والطور الصحيحين لدعم التذبذبات للتغلب على هذه المساوئ .

15. سنتطرق إلى نوعين من مذبذبات LC حيث تتكون الدائرة الأساسية للتغذية الخلفية في مذبذبات الـ LC من ثلاثة عناصر اثنين حثيثين والأخر سعوي )مذبذب هارتلي(أو اثنين منهما سعوي والأخر حثي )مذبذب كولبتس(حيث أن هذا النوع من المذبذبات يستخدم مكبرا ذا مرحلة واحدة فقط لذا فان مهمة هذه الدائرة الخلفية تتلخص في أحداث فرق طور على الموجة المعادة عن الموجة الخارجة قدره 180 ͦ لتصبح في نفس طور الإشارة الداخلة ومن ثم تتحقق التغذية الخلفية الموجبة.   
حيث أن
وعند التعويض عن في المعادلة السابقة نحصل على

16. ولدينا من الشكل السابق أن
كذلك لدينا أن
وإذا ما أخذنا Z1 ,Z2,Z3 على اعتبار أنهن مفاعله نقية pure reactance وكما أسلفنا
للحصول على محصلة فرق طور تساوي صفرا فان الجزء الخيالي من المعادلة أعلاه يجب أن يساوي صفر .أي أن
وبهذا فان
أو أن
هذه النتيجة تشير إلى أن هذا هو الكسب اللازم لحدوث التذبذب وان X1 ,X2يجب أن يكون من نفس النوع والإشارة .

17. مذبذب هارتليHartley oscillator : يتكون مذبذب هارتلي من مكبر واحد وكما هو متوقع من متسعة وملف مقسوم جزئين حيث تمثل النقطة pنقطة التوصيل المركزي على الملف في الدوائر السابقة كسب الفولتية )للإشارة الصغيرة ( هو شرط التذبذب تعتمد قيمة B على الدائرة المتناوبة بذاتها ,يجب أن تزيد النسبة (rc/re) على 1/B وإلا فان المذبذب لن يعمل في دائرة خزان هارتلي والشرط لبدء العمل في دائرة هارتي

18. مذبذب كولبتس colpitts oscillator :
وهو دائرة تستعمل بكثرة في مولدات الإشارة التجارية التي تزيد على 1MHZ يعتمد هذا النوع على التفرع السعوي بدلا من التفرع ألحثي ويستعمل الفولتية عبر C2 لسوق القاعدة بتوليف المتسعتين معا تستطيع تغير التردد للتذبذب .
  المتسعة المكافئة للدائرة كولبتس
تكون فولتية الإخراج عبرC1 و فولتية التغذية الخلفية عبر C2 ولان التيار المار هو نفسه في كلا المتسعتين فان :
وشرط البدء يكون

19. مثال : اوجد تردد الموجة الناتجة والنهاية الصغرى للكسب لمذبذب كولبتس المبين في الشكلC1=2PF , C2=18PF , .L=14.1μH
الحل :في مذبذب كولبتس
أن اصغر كسب لمذبذب كولبتس هو

20. مذبذب البلورة: Crystal oscillators تظهر بعض البلورات الموجودة بالطبيعة خاصية )كهرو- ضغطية ( piezoelectric effect عندما تسلط فولتية متناوبة عبرها ،تهتز بتردد الفولتية المسلطة والعكس لو أجبرتها على الاهتزاز ميكانيكيا فأنها تولد فولتية متناوبة .المواد الرئيسية التي تولد التأثير الكهرو-ضغطي هي الكوارتز quartz وأملاح روشل Rochelle salts و التورمالين tourmaline. بلورات الكوارتز : في اغلب الأحيان تقطع البلورة وتركب بحيث اهتزازها الأحسن عند واحد من ترددات رنينها عادة التردد الأساس fundamental أو التردد الأقل .وترددات رنين أعلى تسمى بالنغمات التوافقية over tones هي مضاعفات مضبوطة لتردد الأساس (1 MHZ ) نغمة توافقية أولى (2MHZ) وثانية) (3MHZ الصيغة للتردد الأساس k ثابت ، t سمك البلورة

21. الميزة البارزة في البلورة عند مقارنتها مع خزان LC المنفصلة هي علو قيمة Q فيها بصورة غير معقولة يميل التردد في مذبذب إلى التغير قليلا مع الزمن .هذا الانحراف أو الانسياق drift تولده الحرارة ، التعمير aging وأسباب أخرى .في المذبذب البلوري يكون الانسياق مع الزمن قليلا جدا باستعمال مذبذبات بلورية في أفران مضبوطة الحرارة .بنيت مذبذبات بلورية بانسياق تردد يقل عن جزء واحد في 1010 لكل يوم .أن استقرارية كهذه مطلوبة في القياسات أن الساعات بهذا الانسياق ستسبق أو تؤخر ثانية واحدة في كل 300 سنة.
تبدو البلورة بالنسبة إلى المصدر المتناوب عندما لا تهتز البلورة المركبة Cm فأنها تكافئ متسعة لوجود لوحين معدنيين مفصولين لعازل عندما تهتز البلورة فأنها تبدو كدائرة توليف والدائرة المكافئة المتناوبة :Csلبلورة تهتز عند أو قرب ترددها الأساس.