الالكترونيات الصناعية
bridge-controlled multivibrators
مُذبذبات متعددة الاهتزازات المُتحكم فيها بالجسر: نهج جديد لِتحكم التردد
تُعتبر المُذبذبات متعددة الاهتزازات، واسعة الانتشار في الإلكترونيات، مذبذبات تُنتج أشكال موجية دورية. بينما تعتمد المُذبذبات متعددة الاهتزازات التقليدية على مكونات ثابتة لتحديد التردد، تُقدم **المُذبذبات متعددة الاهتزازات المُتحكم فيها بالجسر** مستوى جديدًا من المرونة من خلال السماح **بتحكم التردد عن طريق جسر مقاومة**. تتعمق هذه المقالة في مفهوم المُذبذبات متعددة الاهتزازات المُتحكم فيها بالجسر، واستكشاف تطبيقها باستخدام مُضخمات التشغيل وإبراز تطبيقاتها المحتملة في تصميم المُستشعرات.
جوهر المُذبذبات متعددة الاهتزازات المُتحكم فيها بالجسر
يكمن جوهر مُذبذب متعدد الاهتزازات مُتحكم به بالجسر في قدرته على "تدوير" تكوين الجسر خلال كل نصف من فترات تذبذبه. يسمح هذا التبديل الديناميكي، الذي يُحقق عادةً باستخدام الترانزستورات أو المقارنات، للجسر بالتأثير على توقيت المُذبذب. من خلال ضبط مقاومات الجسر، يمكن للمرء التلاعب مباشرة بتردد شكل الموجة الناتج.
التطبيق: تكوين مُضخمين التشغيل
يمكن تطبيق مُذبذب متعدد الاهتزازات مُتحكم به بالجسر بشكل بسيط باستخدام مُضخمين تشغيل في تكوين غير مستقر كلاسيكي. يتكون الجسر من أربعة مقاومات (R1، R2، R3، R4) ، وهو متصل بمدخلات المُضخمين التشغيل. يقوم اثنان من المفتاحات (S1، S2) ، المُتحكم بهما بواسطة مخرج كل مُضخم تشغيل ، بـ "تدوير" الجسر فعليًا خلال كل نصف دورة.
العمل:
- في البداية، يكون مُضخم التشغيل 1 في حالة نشطة، ويكون S1 مغلقًا، مما يربط R1 و R2 بالجسر.
- يكون مخرج مُضخم التشغيل 1 ، بسبب التغذية الراجعة الموجبة ، مرتفعًا. يُشغّل هذا مُضخم التشغيل 2، مما يؤدي إلى إغلاق S2، مما يربط R3 و R4 بالجسر.
- يُغير هذا التغيير في الاتصال توازن الجهد عند الجسر، والذي يؤثر بدوره على حلقة التغذية الراجعة لمُضخم التشغيل 1.
- يتم دفع مُضخم التشغيل 1 الآن نحو حالته غير النشطة، مما يؤدي إلى فتح S1 ، وينتقل الجسر مرة أخرى إلى الحالة الأولية.
- يصبح مُضخم التشغيل 2 نشطًا الآن، مما يبدأ الدورة التالية.
تحكم التردد:
من خلال ضبط قيم مقاومات الجسر، يمكن للمرء التلاعب بمعدلات شحن وتفريغ المكثفات داخل الدائرة، مما يُتحكم بشكل فعال في تردد التذبذب. على سبيل المثال، سيؤدي زيادة R1 و R2 إلى إطالة وقت شحن المكثف، مما يؤدي إلى انخفاض تردد التذبذب.
المزايا والتطبيقات:
تُقدم المُذبذبات متعددة الاهتزازات المُتحكم فيها بالجسر العديد من المزايا:
- المرونة: تُوفر طريقة ملائمة لضبط التردد دون تغيير المكونات فعليًا.
- الصغر: يمكن دمج الجسر في نفس لوحة الدوائر مع المُذبذب، مما يُبسط التصميم.
- التحكم عن بعد: من خلال التحكم عن بعد بمقاومة الجسر، يمكن للمرء تحقيق ضبط تردد عن بعد، وهو مثالي لتطبيقات المُستشعرات.
تطبيقات المُستشعرات:
يمكن استخدام المُذبذبات متعددة الاهتزازات المُتحكم فيها بالجسر في المُستشعرات ذات الأسلاك المحدودة:
- مُستشعرات الضغط: من خلال دمج الجسر مع عنصر حساس للضغط، يمكن للتغيرات في الضغط تغيير مقاومة الجسر مباشرة، مما يؤثر على تردد المُذبذب. يمكن بعد ذلك نقل التردد إلى مُستقبل عن بعد باستخدام سلك واحد، مما يُبسط النظام.
- مُستشعرات درجة الحرارة: يمكن تضمين مقاومة حساسة لدرجة الحرارة (مُقاومة حرارية) في الجسر. مع تغير درجة الحرارة، تختلف مقاومة المُقاومة الحرارية، مما يُغير توازن الجسر ويؤثر على تردد المُذبذب، مما يُمكن مراقبة درجة الحرارة عن بعد.
الاستنتاج:
تُقدم المُذبذبات متعددة الاهتزازات المُتحكم فيها بالجسر نهجًا فريدًا وقويًا للتحكم في التردد. تجعلها قدرتها على التكيف وصغر حجمها وإمكانية التحكم عن بعد مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، وخاصةً في أنظمة المُستشعرات ذات نقاط الوصول المحدودة. تفتح هذه التقنية أبوابًا لتصاميم مُستشعرات مبتكرة وكفاءة، مما يساهم في التقدم في مجالات مختلفة.
Test Your Knowledge
Quiz on Bridge-Controlled Multivibrators
Instructions: Choose the best answer for each question.
1. What is the primary advantage of a bridge-controlled multivibrator over traditional multivibrators?
a) Higher frequency range b) Lower power consumption c) Flexibility in frequency control d) Improved stability
Answer
c) Flexibility in frequency control
2. How is the frequency of a bridge-controlled multivibrator adjusted?
a) By changing the capacitor values b) By changing the op-amp gain c) By adjusting the bridge resistor values d) By varying the power supply voltage
Answer
c) By adjusting the bridge resistor values
3. What is the role of the switches (S1 and S2) in a bridge-controlled multivibrator?
a) To isolate the bridge from the op-amps b) To control the gain of the op-amps c) To dynamically switch the bridge configuration d) To provide a reference voltage for the op-amps
Answer
c) To dynamically switch the bridge configuration
4. Which of the following is NOT a potential application of bridge-controlled multivibrators in sensor design?
a) Pressure sensors b) Temperature sensors c) Light sensors d) Humidity sensors
Answer
c) Light sensors
5. What is the core principle behind the operation of a bridge-controlled multivibrator?
a) The bridge configuration rotates during each half-cycle of the oscillator. b) The bridge acts as a filter to shape the oscillator's output waveform. c) The bridge creates a feedback loop to stabilize the oscillator's frequency. d) The bridge provides a fixed reference voltage for the op-amp circuit.
Answer
a) The bridge configuration rotates during each half-cycle of the oscillator.
Exercise on Bridge-Controlled Multivibrators
Task:
Design a simple bridge-controlled multivibrator circuit using two op-amps (LM741) to generate a square wave with a frequency adjustable from 1 kHz to 10 kHz. You are free to choose appropriate resistor values for the bridge, but ensure that the frequency range is achievable. Provide a schematic diagram of your circuit with clearly labelled components.
Hint: Remember that the frequency is inversely proportional to the RC time constant of the charging and discharging capacitors.
Exercice Correction
Here is a possible solution for the bridge-controlled multivibrator circuit. It's important to note that this is just one example, and other component values and circuit configurations can also achieve the desired frequency range.
**Circuit Diagram:**
**Explanation:**
- **Op-amps:** Two LM741 op-amps are used in the astable configuration for oscillation.
- **Bridge:** R1, R2, R3, and R4 form the resistive bridge. The values chosen ensure the frequency range is achievable.
- **Switches:** S1 and S2 are controlled by the output of each op-amp, dynamically switching the bridge configuration. (You can implement these with transistors for practical realization.)
- **Capacitors:** C1 and C2 determine the oscillation time constants, in combination with the bridge resistors. Their value is chosen to accommodate the desired frequency range.
- **Frequency Adjustment:** By changing the bridge resistors (R1, R2, R3, R4), you can adjust the charging and discharging time constants, thus controlling the frequency.
**Frequency Range:** The chosen components allow for a frequency range roughly between 1kHz and 10kHz. You can adjust the resistors in the bridge (R1, R2, R3, R4) to fine-tune the specific frequency range and obtain the desired square wave output.
Books
Articles
Online Resources
Search Tips
Techniques
None
Comments