يعد مكبر الصوت التشغيلي جزءًا لا يتجزأ من الإلكترونيات ، وقد تعلمنا سابقًا عن Op-Amps في مختلف الدوائر القائمة على op-amp ، كما أنشأنا العديد من دوائر المذبذب باستخدام op-amp ومكونات إلكترونية أخرى.
يشير المذبذب عمومًا إلى الدائرة التي تنتج مخرجات دورية ومتكررة مثل موجة جيبية أو موجة مربعة. يمكن أن يكون المذبذب بناءًا ميكانيكيًا أو إلكترونيًا ينتج تذبذبًا اعتمادًا على بعض المتغيرات. لقد تعلمنا سابقًا عن العديد من المذبذبات الشائعة مثل مذبذب تحول الطور RC ، ومذبذب Colpitts ، ومذبذب جسر وين ، وما إلى ذلك اليوم سنتعرف على مذبذب الاسترخاء.
A مذبذب الاسترخاء هو الذي يرضي جميع دون شروط:
- يجب أن يوفر شكل موجة غير جيبية (سواء من معامل الجهد أو التيار) عند الإخراج.
- يجب أن توفر إشارة دورية أو إشارة متكررة مثل الموجة المثلثية أو المربعة أو المستطيلة عند الخرج.
- يجب أن تكون دائرة مذبذب الاسترخاء غير خطية. هذا يعني أن تصميم الدائرة يجب أن يشمل أجهزة أشباه الموصلات مثل الترانزستور أو MOSFET أو OP-AMP.
- يجب أن يشتمل تصميم الدائرة أيضًا على جهاز لتخزين الطاقة مثل مكثف أو محث يقوم بالشحن والتفريغ باستمرار لإنتاج دورة. يعتمد تردد أو فترة التذبذب لمثل هذا المذبذب على ثابت الوقت لدائرتهم السعوية أو الحثية.
عمل مذبذب الاسترخاء
من أجل فهم أفضل لمذبذب الاسترخاء ، دعنا أولاً ننظر في عمل آلية بسيطة موضحة أدناه.
الآلية المعروضة هنا عبارة عن لعبة متأرجحة ربما اختبرها الجميع في حياتهم. يتحرك اللوح ذهابًا وإيابًا اعتمادًا على قوة الجاذبية التي تتعرض لها الجماهير على كلا الطرفين. بعبارات بسيطة ، فإن الأرجوحة هي مقارنة "الكتلة" وتقارن كتلة الأشياء الموضوعة على طرفي اللوح الخشبي. لذا فإن أي جسم لديه كتلة أعلى يتم تسويته على الأرض بينما يتم رفع الجسم ذي الكتلة الأقل إلى الهواء.
في إعداد الأرجوحة هذا ، سيكون لدينا كتلة ثابتة 'M' في أحد الطرفين ودلو فارغ على الطرف الآخر كما هو موضح في الشكل. في هذه الحالة الأولية ، سيتم تسوية الكتلة "M" على الأرض وسيتم تعليق الدلو في الهواء بناءً على مبدأ الأرجوحة الذي تمت مناقشته أعلاه.
الآن ، إذا قمت بتشغيل الصنبور الموجود فوق الدلو الفارغ ، فسيبدأ الماء في ملء الدلو الفارغ وبالتالي زيادة كتلة الإعداد بالكامل.
وبمجرد امتلاء الجرافة تمامًا ، ستكون الكتلة الكاملة على جانب الجرافة أكبر من الكتلة الثابتة "M" الموضوعة على الطرف الآخر. لذلك يتحرك اللوح الخشبي على طول المحور وبالتالي يرفع الكتلة "M" ويؤرض دلو الماء.
بمجرد أن يصطدم الدلو بالأرض ، يتم سكب الماء المملوء بالدلو بالكامل على الأرض كما هو موضح في الشكل. بعد الانسكاب ، ستصبح الكتلة الإجمالية على جانب الجرافة مرة أخرى أقل مقارنة بالكتلة الثابتة "M". مرة أخرى ، يتحرك اللوح الخشبي على طول المحور ، وبالتالي ينقل الحاوية إلى الهواء مرة أخرى لحشو آخر.
تستمر دورة الملء والانسكاب في الارتفاع حتى يتوفر مصدر الماء لملء الدلو. وبسبب هذه الدورة ، يتحرك اللوح الخشبي على طول المحور بفواصل زمنية دورية ، مما ينتج عنه تذبذب.
الآن ، إذا قارنا المكونات الميكانيكية بالمكونات الكهربائية ، فعندئذ يكون لدينا.
- يمكن اعتبار الدلو كجهاز تخزين للطاقة وهو إما مكثف أو مغو.
- Seesaw هو جهاز مقارنة أو op-amp يستخدم لمقارنة الفولتية للمكثف والمرجع.
- يتم أخذ الجهد المرجعي للمقارنة الاسمية لقيمة المكثف.
- يمكن تسمية تدفق المياه هنا على أنه شحنة كهربائية.
حلبة مذبذب الاسترخاء
إذا رسمنا الدائرة الكهربائية المكافئة لآلية الأرجوحة أعلاه ، فسنحصل على دائرة مذبذب الاسترخاء كما هو موضح أدناه :
وعمل هذا الاسترخاء أب أمبير المذبذب يمكن تفسيره على النحو التالي:
- بمجرد تشغيل الصنبور ، يتدفق الماء إلى دلو ماء ، وبالتالي يملأه ببطء.
- بعد ملء دلو الماء بالكامل ، ستكون الكتلة الكاملة على جانب الجرافة أكبر من الكتلة الثابتة "M" الموضوعة على الطرف الآخر. بمجرد أن يحدث هذا ، فإن اللوح الخشبي ينقل مواقعه إلى مكان أكثر مساومة
- بعد انسكاب الماء تمامًا ، ستصبح الكتلة الإجمالية على جانب الجرافة مرة أخرى أقل مقارنةً بالكتلة الثابتة "M". لذلك سوف يتحرك العمود مرة أخرى إلى موضعه الأولي.
- مرة أخرى يتم ملء الدلو بالماء بعد التبديد السابق وتستمر هذه الدورة إلى الأبد حتى يتدفق الماء من الصنبور.
إذا رسمنا الرسم البياني للحالة أعلاه ، فسيبدو كما يلي:
هنا،
- في البداية ، إذا اعتبرنا أن ناتج المقارنة مرتفع ، فسيتم شحن المكثف خلال هذا الوقت. مع شحن المكثف ، سيرتفع جهده النهائي تدريجياً ، وهو ما يمكن رؤيته في الرسم البياني.
- بمجرد أن يصل جهد طرف المكثف إلى الحد الأدنى ، سينتقل خرج المقارنة من الأعلى إلى الأدنى كما هو موضح في الرسم البياني. وعندما يصبح خرج المقارنة سالبًا ، يبدأ المكثف في التفريغ إلى الصفر. بعد تفريغ المكثف تمامًا بسبب وجود جهد خرج سلبي ، يتم شحنه مرة أخرى إلا في الاتجاه المعاكس. كما ترى في الرسم البياني بسبب جهد الخرج السالب ، فإن جهد المكثف يرتفع أيضًا في اتجاه سلبي.
- بمجرد أن يشحن المكثف إلى الحد الأقصى في اتجاه سلبي ، يقوم المقارنة بتبديل الناتج من السالب إلى الموجب. بمجرد أن يتحول الخرج إلى دورة موجبة ، يقوم المكثف بتفريغ الشحنات في المسار السلبي وتراكم الشحنات في المسار الإيجابي كما هو موضح في الرسم البياني.
- لذا فإن دورة شحن المكثف والتفريغ في المسارات الموجبة والسالبة تؤدي إلى قيام المقارنة بإنتاج إشارة موجة مربعة عند الخرج الموضح أعلاه.
تردد مذبذب الاسترخاء
من الواضح أن تردد التذبذب يعتمد على ثابت الوقت لـ C1 و R3 في الدائرة. تؤدي القيم الأعلى لـ C1 و R3 إلى معدلات شحن وتفريغ أطول ، وبالتالي إنتاج تذبذبات ترددية أقل. وبالمثل ، فإن القيم الأصغر ستنتج اهتزازات تردد أعلى.
يلعب R1 و R2 هنا أيضًا دورًا مهمًا في تحديد تردد شكل الموجة الناتج. هذا لأنهم يتحكمون في عتبات الجهد التي يحتاجها C1 للشحن حتى. على سبيل المثال ، إذا تم ضبط العتبة على 5 فولت ، فإن C1 يحتاج فقط إلى الشحن والتفريغ حتى 5 فولت و -5 فولت على التوالي. من ناحية أخرى ، إذا تم ضبط العتبة على 10V ، فإن C1 تكون مطلوبة للشحن والتفريغ إلى 10V و -10V.
لذا فإن صيغة تردد مذبذب الاسترخاء ستكون:
f = 1/2 x R 3 x C 1 x ln (1 + k / 1 - k)
هنا ، K = R 2 / R 1 + R 2
إذا كانت المقاومات R1 و R2 متساوية مع بعضها البعض
f = 1 / 2.2 x R 3 x C 1
تطبيق مذبذب الاسترخاء
يمكن استخدام مذبذب الاسترخاء في:
- مولدات الإشارة
- عدادات
- دوائر الذاكرة
- مذبذبات التحكم في الجهد
- دوائر ممتعة
- المذبذبات
- هزازات متعددة.