مُهَيِّئ التذبذبات: ما هو؟ (وكيف يعمل)

ما هو مذبذب الاسترخاء؟

يُعرف مذبذب الاسترخاء بأنه دارة مذبذبة إلكترونية غير خطية يمكنها إنتاج إشارة خرج متكررة وغير جيبية. تم اختراع مذبذب الاسترخاء بواسطة هنري أبراهام وأوجين بلوك باستخدام أنبوب فراغ خلال الحرب العالمية الأولى.

يتم تصنيف المذبذبات إلى فئتين مختلفتين؛ المذبذبات الخطية (للأشكال الموجية الجيبية) والمذبذبات الاسترخائية (للأشكال الموجية غير الجيبية).

يجب أن يوفر إشارة متكررة ودورية للأشكال الموجية غير الجيبية مثل الموجات المثلثية والمربعة والمستطيلة في الخرج.

يجب أن يتضمن تصميم مذبذب الاسترخاء عناصر غير خطية مثل الترانزستور، Op-Amp، أو MOSFET وأجهزة تخزين الطاقة مثل المكثف والملفت.

لإنتاج دورة، يتم شحن وإفراغ المكثف والملفت بشكل مستمر. وتقوم تردد الدورة أو فترة التذبذب بالاعتماد على الثابت الزمني.

كيف يعمل مذبذب الاسترخاء؟

يحتوي مذبذب الاسترخاء على أجهزة تخزين الطاقة مثل المكثف والملفت. يتم شحن هذه الأجهزة بواسطة مصدر ويتم إفراغها عبر حمل.

يعتمد شكل الإشارة الموجية للخرج لمذبذب الاسترخاء على الثابت الزمني للدارة.

لنفهم عمل مذبذبات الاسترخاء من خلال مثال.

في هذا الموضع، يتم توصيل مكثف بين مصباح وبطارية. يُعرف هذا الدائرة أيضًا بدائرة الفلاشر أو مذبذب الاسترخاء RC.

تقوم البطارية بشحن المكثف عبر المقاوم. أثناء شحن المكثف، يبقى المصباح في حالة إيقاف.

عندما يصل المكثف إلى قيمته العتبة، يقوم بإفراغ الشحنة عبر المصباح. وهكذا، أثناء إفراغ الشحنة من المكثف، يكون المصباح مضيء.

بعد إفراغ الشحنة من المكثف، يبدأ الشحن مرة أخرى بواسطة المصدر. ويظل المصباح في حالة إيقاف.

وبالتالي، فإن عملية شحن وإفراغ المكثف مستمرة ودورية.

تحدد وقت الشحن للمكثف بواسطة الثابت الزمني. والثابت الزمني يعتمد على قيمة المقاوم والمكثف في دائرة RC.

لذلك، يحدد معدل الوميض للمصباح بواسطة قيمة المقاوم والمكثف.

الأشكال الموجية عبر المصباح كما هو موضح في الشكل أدناه.

لتحكم في الشكل الموجي للإخراج، يتم استخدام عناصر غير خطية في الدائرة.

رسم دائرة مذبذب الاسترخاء

يحتوي رسم دائرة مذبذب الاسترخاء على جهاز غير خطي لتوليد أنواع مختلفة من الأشكال الموجية للإخراج. بناءً على استخدام الأجهزة غير الخطية، يتم تصنيف مذبذب الاسترخاء إلى ثلاثة أنواع من الرسومات البيانية للدائرة.

مُوَجِّه الاسترخاء ذو المُكبِّر العملي

يُعرف مُوَجِّه الاسترخاء ذو المُكبِّر العملي أيضًا باسم المُتذبذب غير المستقر. يستخدم لإنتاج موجات مربعة. يتم عرض رسم تخطيطي لدائرة مُوَجِّه الاسترخاء ذو المُكبِّر العملي في الشكل أدناه.

تحتوي هذه الدائرة على مكثف ومقاومات ومُكبِّر عملي.

يرتبط الطرف غير المعكوس للمُكبِّر العملي بدائرة RC. لذلك، فإن جهد المكثف VC هو نفسه الجهد عند الطرف غير المعكوس V- للمُكبِّر العملي. ويرتبط الطرف المعكوس بالمقاومات.

عند استخدام المُكبِّر العملي مع التغذية المرتدة الإيجابية، كما هو موضح في رسم الدائرة، تُعرف الدائرة باسم محفز شميت.

عندما يكون V+ أكبر من V-، يكون الجهد الخرجي +12V. وعندما يكون V- أكبر من V+، يكون الجهد الخرجي -12V.

بالنسبة للحالة الأولية، عند الزمن t=0، نفترض أن المكثف مفرغ تمامًا. لذا فإن الجهد عند الطرف غير المعكوس هو V-=0. والجهد عند الطرف المعكوس V+ يساوي βVout.

لتسهيل الحساب، نفترض أن R2 و R3 متساويان. لذا، β=2 و βVout=6V. وبالتالي، سيتم شحن وإفراغ المكثف حتى يصل إلى 6V.

في هذه الحالة، V+ أكبر من V-. لذا، الجهد الخرجي Vout=+12V. ويبدأ المكثف بالشحن.

عندما يكون جهد المكثف أكبر من 6V، فإن V- أكبر من V+. بالتالي، يتغير الجهد الخرجي إلى -12V.

خلال هذه الحالة، يتغير جهد الطرف المعكوس قطبيته. لذا، V+ = -6V.

الآن، يقوم المكثف بإفراغ الشحن حتى -6V. عندما يكون جهد المكثف أقل من -6V، يصبح V+ أكبر من V- مرة أخرى.

لذلك، يتغير الجهد الخرجي مرة أخرى من -12V إلى +12V. ومرة أخرى، يبدأ المكثف في الشحن.

وبالتالي، فإن دورة الشحن والإفراغ للمكثف تولد موجة مربعة دورية وتكرارية عند الطرف الخرجي، كما هو موضح في الشكل أدناه.