نوسان ساز یا اسیلاتور (Oscillator) یک دستگاه مکانیکی یا مدار الکترونیکی است که بر پایه قوانین نوسان طراحی شده و عمل میکند. برق موجود در سیم کشی ساختمان ، کامپیوترها ، ساعتهای رومیزی و ساعتهای مچی ، رادیوها ، تلویزیون ، دستگاههای فلز یاب ، گوشیهای تلفن همراه ، گجتهای تکنولوژی ، CPUها ، حافظهها و تقریبا هر دستگاه الکترونیکی که در اطرافتان میبینید، از یک نوسان ساز یا اسیلاتور استفاده میکند.
بهتر است اول بدانیم نوسان چیست ؟ نوسان کردن (Oscillation) ، در کل به معنای تغییر حالت بین دو یا چند حالت مشخص است . اگر کلی بنگریم ، میتوانیم بگوییم مفهوم “نوسان” در همه چیز اتفاق میافتد، از فرآیند تصمیم گیری یک انسان در یک موضوع بگیرید تا پاندول ساعت !
در مفاهیم علمیو تکنولوژی ، دستگاهی که نوسان تولید میکند را نوسان ساز میگویند. این دستگاهها ، معمولا به شکلی متناوب و نامحدود در حال نوسان کردن هستند. از دید علمینوسان کردن به معنای تغییرات در انرژی است . برای مثال یک پاندول ساعت و انرژی جنبشی آن را در نظر بگیرید . این پاندول در وسط راه بیشترین انرژی جنبشی را دارد و در دو نقطه بالایی نوسانش انرژی جنبشی ندارد (همه انرژی است به انرژی پتانسیل تبدیل شده است)
دستگاههایی که برای نشان دادن این نوسانها تولید شده اند دو دسته اسیلوگرافها (برای نوسانهای مکانیکی) و اسیلوسکوپها (برای نوسانات جریان الکتریکی) هستند. (در ساختنی میتوانید روش ساخت اسیلوسکوپ با گوشی هوشمند را مشاهده کنید.)
بار دیگر به مثال پاندول ساعت فکر کنید کنید . پاندول ساده ترین نوسان ساز موجود است که به صورت مکانیکی کار میکند . اما نوسان سازی به یک پاندول ختم نمیشود. برای مثال دقیق ترین بازه زمانی که توانسته ایم تا به امروز اندازه بگیریم به وسیله ساعتهای اتمیاست .
این ساعتها زمان را با توجه به نوسانهای بین اتمها محاسبه میکنند. حتما میپرسید چگونه ؟ یک اتم فرضی را در نظر بگیرید و فکر کنید این اتم در هر ثانیه 1 میلیون بار نوسان میکند. پس میتوانیم بگوییم اگر بخواهیم یک ثانیه را اندازه گیری کنیم ، باید یک میلیون بار نوسان این اتم را یک ثانیه در نظر بگیریم و ساعتی بسازیم که با شمردن نوسانهای این اتم ، در هر یک میلیون بار نوسان ، یک رقم به ثانیه شمار اضافه کند.
اسیلاتورهایی که به وسیله قوانین برق و الکترونیک ساخته میشوند میتوانند سیگنالهای الکتریکی را با فرکانسهای مختلف تولید کنند. فرکانس همان تعداد نوسان در ثانیه است و با واحد هرتز (Hz) نمایش داده میشود. مثلا برای اتم فرضی ما ، فرکانس نوسان، یک میلیون هرتز یا یک مگاهرتز بود.
اسیلاتورهای الکترونیکی کاربرد گسترده ای در دستگاههای الکترونیکی دارند . شاید اغراق نباشد اگر بگوییم نوسان سازها پر کاربرد ترین مدارهای الکتریکی در دنیا هستند. رایانهها ، گوشیهای هوشمند و معمولی ، مودمهای Wi-Fi ، فرستندهها ، گیرندهها ، تمام تجهیزات رادیویی از جمله بیسیمها ، بلوتوث ، NFC ، USB ، تجهیزات شبکه ، GSM ، GPS و تجهیزات الکترونیکی موسیقی و به شکل خلاصه هر جایی که اسم فرکانس به گوشتان خورد، نیاز به یک نوسان دارند.
هر ساعت (Clock) یک نوع شمارنده (Counter) است، هر شمارنده ای هم اگر به شکل منظم بشمرد ، یک ساعت است !
فرکانسی که یک نوسان ساز با آن نوسان میکند ، اغلب به وسیله یک کریستال کواترز (Quartz) مشخص میشود. چرا این گونه است ؟ به دلیل خصوصیات طبیعی کواترز ! وقتی یک جریان الکتریکی مستقیم به یک کریستال کواترز متصل شود، این کریستال شروع به نوسان میکند !
این فرکانس به ضخامت و چگونگی برشش کریستال از سنگ معدنی اصلی بستگی دارد. برخی از اسیلاتورها برای ساختن نوسانی با فرکانس مشخص، از سلف و مقاومت برخی اوقات خازن ،استفاده میکنند. با این حال بهترین پایداری و ثبات در فرکانس نوسان، مربوط به کریستالهای کوارتز طبیعی است .
تکنیکهای نوسان سازی مختلفی مانند : سلفی-خازنی (RCL) ، مقاومت منفی ، ریلکسیشن اسیلاتور و … ابداع شده است که توضیح نحوه کار این نوسان سازها در سطح این مطلب نیست .
در یک رایانه ، یک نوسان ساز توسعه یافته و تخصصی به نام ساعت ، زمان نگه دار پردازنده مرکزی یا همان CPU است و در ساده ترین حالت ، پردازنده با هر نوسان ساعت یک دستور را اجرا میکند. برای همین است که فرکانس یا به قول بازاریها سرعت همین ساعت به نام سرعت پردازنده معرفی میشود. جالب است بدانید این اسیلاتورها هم با استفاده از ترانزیستورها ساخته میشوند ( ارتباط ترانزیستور با کامپیوتر ) و یکی از پیشرفته ترین تکنولوژیهای دنیای امروز ساخت همین اسیلاتورها است که شرکت اینتل (Intel) سردمدار این شاخه از صنعت الکترونیک در جهان است .
پس اگر دفعه بعد میخواستید گوشی یا رایانه خریداری کنید،یادتان باشد که در قلب این دستگاههای پیچیده الکترونیکی نوسان سازی قرار دارد که با سرعت چندین میلیارد بار در ثانیه (چندین گیگاهرتز) نوسان سازی میکند.
برچسب های مهم