دارة متعددة الهزاز مستقرة باستخدام المرجع

دائرة الهزاز المتعدد هي دائرة شائعة ومفيدة للغاية في مجال الإلكترونيات وهي الدائرة الأساسية التي ستعرف عنها أثناء تعلم الإلكترونيات الأساسية. يمكن تقسيم دارة الهزاز المتعدد إلى فئتين ، الأولى تعرف باسم الهزاز المتعدد الأحادي والثاني يعرف بالهزاز المتعدد المستقر. لكن في هذا المشروع ، سوف نتحدث عن الهزاز المتعدد المستقر ، والذي يُعرف أحيانًا أيضًا باسم الهزاز متعدد التشغيل الحر.

بحكم التعريف ، فإن دارة الهزاز المتعددة المستقرة هي دائرة ليس لها حالة مستقرة. هذا يعني أنه بمجرد تشغيله ، يبدأ ويستمر في التأرجح بين الحالات العالية والمنخفضة حتى يتم إيقاف تشغيل الطاقة. عندما يتعلق الأمر بصنع مثل هذا الهزاز المتعدد Astable ، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا هي استخدام 555 Timer IC. في أحد مشاريعنا السابقة ، صنعنا دائرة اهتزازات متعددة Astable باستخدام 555 Timer IC ، يمكنك التحقق من ذلك إذا كنت تبحث عن شيء من هذا القبيل. ولكن في بيئة الإنتاج بينما توجد دوائر معقدة متضمنة ، فإن وضع المزيد من الدوائر المتكاملة يضيف فقط إلى تكلفة قائمة المواد. قد يكون الحل الأبسط هو استخدام Op-amp لتوليد إشارة Astable. يمكن استخدام هذه الدائرة في مجموعة متنوعة من التطبيقات حيث تكون إشارة الموجة المربعة البسيطة مطلبًا.

لذلك ، في هذا المشروع ، سنقوم ببناء هزاز متعدد بسيط مستقر باستخدام Op-amp ، وسننظر في جميع الحسابات اللازمة لمعرفة الفترة التي يمكننا من خلالها حساب التردد ودورة العمل للدائرة. لقد قمنا أيضًا بتغطية دوائر op-amp الأساسية مثل مضخم الجمع ، والمضخم التفاضلي ، ومضخم الأجهزة ، ومتابع الجهد ، ومتكامل Op-Amp ، وما إلى ذلك.

كيف يعمل هذا الهزاز المتعدد المستقر مع Op-amp؟

الإجابة على هذا السؤال بسيطة للغاية ، ولكن لفهم ذلك ، عليك أولاً أن تفهم الدائرة التي تُعرف بدائرة الزناد Schmitt ، وترد أدناه دائرة مبسطة لمشغل Schmitt.

دائرة الزناد شميت:

يُظهر المخطط أعلاه دائرة Op-amp مع ردود فعل إيجابية ، عندما يتم تكوين Op-amp بتعليقات إيجابية ، يُعرف باسم مشغل Schmitt. ولكن من أجل البساطة ، دعونا نفهم دائرة الزناد شميت.

تستخدم هذه الدائرة مقسم جهد لاستخدام جهاز في جهد الخرج وتغذية ذلك إلى الطرف غير العكسي. ولكن بسبب ردود الفعل الإيجابية ، سينمو الناتج باستمرار حتى يصل إلى التشبع.

الآن ، دعنا نفكر في أن جهد الخرج لمشغل شميت يساوي جهد التشبع الموجب المحدد على أنه + Vsat وأن جزء هذا الجهد يُعطى للطرف غير العكسي.

وهو + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). الآن إذا اعتبرنا هذه المعادلة X ، فإن المعادلة النهائية تصبح Xvsat. حيث X هو جهد التغذية المرتدة ، نحصل عليه من مقسم الجهد. الآن عندما يكون جهد الإدخال Vin أقل من الجهد في Xvsat ، فسيكون الناتج عند جهد تشبع موجب. لأنه يمكن إعطاء ناتج المرجع أمبير ككسب مفتوح الحلقة مضروبًا في فرق الجهد ثنائي الأطراف. وهو AoL (VCC + - VCC-). الآن ، عندما يكون الجهد عند الطرف المقلوب أكبر من Xvsat ، سيشبع الخرج بجهد التشبع السالب. إذا وضعت الأرقام في المعادلة أعلاه ، يمكنك معرفة ذلك.

لفهم أفضل ، إذا نظرنا إلى وظيفة النقل لدائرة الزناد Schmitt ، فستبدو مثل الصورة الموضحة أدناه.

هنا ، يتم تمثيل جهد العتبة العليا على أنه VUT ويتم تمثيل جهد الحد الأدنى على أنه VLT. كما ترى ، عندما يكون جهد الدخل أكبر من جهد الحد الأعلى ، سيتحول الناتج من جهد التشبع الإيجابي إلى جهد التشبع السالب. عندما يكون الدخل أقل من جهد الحد الأدنى ، سيتحول الإخراج من جهد التشبع السالب إلى جهد التشبع الإيجابي. هذا هو العمل الأساسي لدائرة الزناد شميت.

في جميع السيناريوهات المذكورة أعلاه ، قدمنا ​​جميع الإشارات خارجيًا. إذا قدمنا ​​ملاحظات للمدخلات بمساعدة مكثف ومقاوم ، فيمكننا استخدام دائرة الزناد Schmitt باعتبارها هزاز متعدد قابل للاستقرار. يمكنك رؤية التخطيطي لدائرة الهزاز المتعدد Op-amp Astable أدناه.

عمل الهزاز المتعدد المستقر باستخدام Op-amp:

الآن ، سنفترض أن خرج الدائرة في جهد تشبع إيجابي أيضًا لأننا وضعنا المقاوم R3 كتغذية مرتدة ، وسيبدأ التيار في التدفق عبر المقاوم R3 ، وسيبدأ المكثف في الشحن ببطء. كما ترى في الصورة أعلاه ، تظهر بالخط المنقط الأسود. عندما تصل شحنات المكثف إلى جهد الحد الأعلى ، سيتحول الناتج من جهد التشبع الإيجابي إلى جهد التشبع السالب. عندما يحدث ذلك ، سيبدأ المكثف في التفريغ باتجاه جهد التشبع السالب. الآن عندما يكون الجهد عند الطرف غير العكسي أكثر قليلاً من الطرف المقلوب ، فإن الناتج سيتحول مرة أخرى من جهد التشبع السالب إلى جهد التشبع الإيجابي. بهذه الطريقة عن طريق عملية الشحن والتفريغ ،يمكن لهذه الدائرة أن تولد إشارة مستقرة عند الخرج.

في هذه الدائرة ، تعتمد الفترة الزمنية على قيمة المقاوم والمكثف. يعتمد أيضًا على جهد العتبة العلوية والسفلية لجهاز op-amp. هذه هي الطريقة التي تعمل بها دائرة اهتزاز متعددة Astable تعتمد على Op-amp. الآن بعد أن فهمنا الأساسيات ، يمكننا الانتقال إلى حساب الدائرة.

حساب حلبة الهزاز المتعدد المستندة إلى Op-amp

الفترة الزمنية أو قل ببساطة أن تردد الخرج يتم تحديده من خلال قيمة المقاوم R3 ، والمكثف C1 ، وقيمة نسبة المقاومة المرتدة. للتبسيط ، نحسب قيمة المقاوم والمكثف بدورة عمل بنسبة 50٪. إذا كانت الفولتية العلوية والسفلية مختلفة ، فيمكن أن تكون دورة العمل أكثر أو أقل من 50٪. سنفترض أن تردد خرج الدائرة هو 1 كيلو هرتز. نظرًا لأن التردد هو 1 كيلو هرتز ، فإن الفترة الزمنية T ستكون 1 مللي ثانية ، والتي يمكننا اكتشافها بسهولة من الصيغة T = 1 / F.

لحساب الفترة الزمنية ، يمكن استخدام الصيغة الموضحة أدناه.

T = 2RC * تسجيل الدخول ((1 + X) / (1-X))

حيث R هي المقاومة ، C هي السعة ، وعلينا استخدام الدالة اللوغاريتمية الطبيعية لحساب القيمة. سبب استخدامنا للدالة اللوغاريتمية الطبيعية خارج نطاق هذه المقالة لأنه يتعين علينا إثبات الصيغة الموضحة أعلاه.

الآن ، سننظر في قيم R1 = R2 = 10K ، C = 0.1uF وسنكتشف قيمة R3. نحن نعلم أن F = 1 كيلو هرتز.

بمجرد الانتهاء من الحسابات ، لدينا جميع القيم ، والآن يمكننا الانتقال إلى عمل الدائرة الفعلية واختبارها باستخدام مرسمة الذبذبات.

المكونات المطلوبة لبناء دائرة اهتزاز متعدد مستقر قائم على Op-amp

نظرًا لأن هذا الجهاز متعدد الاهتزازات بسيط ، فإن متطلبات المكونات لهذا المشروع بسيطة للغاية ، ويمكنك الحصول عليها من متجر الهوايات المحلي. قائمة المكونات معطاة أدناه.

• LM358 Op-amp IC - 1
• مقاومات 10 كيلو - 2
• 4.7K المقاوم - 1
• 0.1 فائق التوهج مكثف - 2
• 1N4007 ديود - 4
• 1000 فائق التوهج ، 25 فولت المكثفات - 2
• 4.5V - 0 - 4.5V محول - 1
• كابل التيار المتردد - 1
• اللوح - 1
• توصيل الأسلاك

دائرة الهزاز المتعدد Op-amp - تخطيطي

فيما يلي مخطط الدائرة لدائرة اهتزاز Astable المتعددة المستندة إلى Op-amp.

اختبار دائرة الهزاز المتعدد Op-amp Astable

يتم عرض إعداد الاختبار لدائرة الهزاز المتعددة القائمة على Op-amp أعلاه. كما ترون ، لقد استخدمنا محولًا بأربعة صمامات ثنائية ومكثفتين لإنتاج إمداد ثنائي القطبية ، واستخدمنا مقاومين 10K ، ومقاوم 4.7K ، ومكثف 0.1uF لبناء الدائرة حول LM358 Op- أمبير. يتم عرض صورة واضحة للدائرة أدناه.

بعد اكتمال الدائرة ، قمت بسحب راسم الذبذبات Hantek الخاص بي لقياس التردد ، وكان حوالي 920 هرتز. لقد كان قليلًا ، لكن هذا بسبب قيمة المقاوم والمكثف. بذلك نختتم المشروع. يتم عرض لقطة من الإخراج أدناه.

أتمنى أن تكون المقالة قد أحببت وتعلمت شيئًا جديدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة بخصوص المقالة ، فيمكنك طرحها في منتدى الإلكترونيات الخاص بنا.