Free Web Site - Free Web Space and Site Hosting - Web Hosting - Internet Store and Ecommerce Solution Provider - High Speed Internet
Search the Web
 لغة إنكليزية
 هندسة إتصالات 3 - جامعة حلب


الهزازات الجيبية

العديد من أشكال الدارات تعطي إشارة خرج جيبية  دون وجود تأثير لإشارة الدخل ، المبادئ الأساسية التي تحكم عمل كل هذه الهزازات سوف تناقش ، بالإضافة إلى تحديد الشروط لكي يحدث الاهتزاز ، ثبات التردد و المطال سيدرسان أيضاً .
الشكل 1 يوضح المضخم و شبكة تغذية عكسية ودارة مزج في الدخل غير موصولة بعد لتشكيل دارة مغلقة ، المضخم يعطي بالخرج إشارة Xo و كنتيجة للإشارة الخارجية Xs المطبقة بشكل مباشر على قطب الدخل ، الخرج لشبكة التغذية العكسية هو :
Xf =B.Xo = A.B.Xs   ،  و الخرج لدارة المزج ( الذي يمثل عاكس) هو : X’s = -Xs = -A.B.Xs
وعلى فرض أنه حدث عندها ما يهم أن تعدل بحيث تكون الإشارة X’f  مطابقة بشكل كامل للإشارة الخارجية المطبقة على الدخل Xs . وبما أن المضخم لا يستطيع أن يميز مصدر إشارة  الدخل المطبقة عليه .عندئذ يمكن أن نلاحظ أنه لو أزلنا منبع الإشارة الخارجية 
وقمنا بوصل النهاية 2 مع النهاية 1 ، عندها فإن المضخم سيستمر في إعطاء نفس الخرج Xo  كما في السابق ،  وبملاحظة –طبعاً- أن التعبير X’f = Xs  يعني أن القيم اللحظية لِـ  X’f  و Xs  متساوية تماماً في كل الأوقات .
وبملاحظة أيضاً أن المناقشة تمت بحال عدم وجود شرط على شكل الموجة ، عندها فمن غير الضروري أن تكون جيبية ، و من غير الضروري أن يكون المضخم خطياً .
 كما أنه من غير الضروري أن تحافظ الموجة على نفس شكلها بعد مرورها بالمضخم ، وذلك بشرط أن تكون الإشارة X’f  لها نفس تردد و شكل  إشارة الدخل Xs  ، والشرط هو : X’f = Xs  وتساوي إلى – A.B = 1  ، أو ربح الحلقة يساوي إلى الواحد.
 

 معيار باركهاوزن
نحن نفترض في مناقشتنا هذه للهزازات أن كافة الدارات تعمل بشكل خطي و أن المضخم أو شبكة التغذية العكسية أو كليهما معاً يحوي عناصر ردية ، وبهذه الشروط فإن الموجة الدورية الوحيدة التي تحافظ على شكلها هي الموجة الجيبية ، ومن أجل موجة جيبية يكون الشرط هو أن Xs = X'f من حيث المطال ، التردد ، و الطور ،بما أن الإزاحة الطورية المقدمة في الإشارة تمر من خلال شبكة مفاعلة غير متغيرة تبعاً للتردد .
لدينا المبادئ الهامة التالية :
التردد الذي سيعمل عنده الهزاز الجيبي هو التردد الذي سيتم عنده الإزاحة الطورية ، وذلك عند ورود إشارة من قطب الدخل عبر المضخم و من ثم إلى شبكة التغذية العكسية عائدة إلى الدخل ، سيكون مساوياً إلى الصفر ( أو طبعاً من مضاعفات п2 ) .
وبشكل أبسط ، تردد الهزاز الجيبي يحدد بواسطة الشرط أن الإزاحة الطورية للدارة ككل يجب أن يكون صفر .
إن الشرط المذكور سابقاً يحدد التردد ، شريطة أن تكون الدارة مهتزة بالكامل ، شرط آخر يجب أن يحقق هو أن يكون مطال Xs و مطال X’f متطابقان ، هذا الشرط يمكن أن يعبر عنه بالشكل التالي :
الاهتزاز لن يستمر إذا – عند تردد الاهتزاز – كان المطال الناتج عن ربح المضخم و المطال الناتج عن ربح شبكة التغذية العكسية (المطال الناتج عن عامل ربح الدارة ككل) أقل من الواحد .
شرط ربح الحلقة الواحدي –A.B=1 يدعى بخاصية باركهاوزن ، إن ما يعنيه هذا الشرط هو أن كلاً من |AB  | = 1 و أن الطور لِـ –AB يساوي الصفر .
المبادئ السابقة تتوافق مع صيغة التغذية العكسية Af = A/(1+BA)، حيث أنه إذا كانت –BA=1 ، عندها  ∞  Afà ، والتي يمكن أن تفسر لتعني أنه يوجد جهد خرج في غياب جهد إشارة خارجية .
اعتبارات عملية
إذا كانت |AB| عند تردد الهزاز مساوية للقيمة الواحدية ، عندها بوجود إشارة تغذية عكسية موصولة لأقطاب الدخل ، عندها فإن إزالة إشارة المولد الخارجية سوف لن تعمل أي فرق ، وإذا كان |AB| أقل من القيمة الواحدية ، فإن إزالة إشارة المولد الخارجية سوف تؤدي إلى توقف في الاهتزاز .
الآن لنفرض أنه |AB| أكبر من القيمة الواحدية ، عندها - على سبيل المثال – فإن إشارة جهد بمطال 1V تظهر بشكل ابتدائي على الدخل ، وبعد دورة في الحلقة و بالعودة لقطب الدخل ، سوف تكون عندها بالتأكيد بمطال أكبر من 1V ، قيمة الجهد الزائدة هذه سوف تظهر باستمرار على شكل قيمة ثابتة للجهد ، و هلم جرة .
وهكذا نلاحظ أنه بحال كان |AB| أكبر من القيمة الواحدية ، عندها فإن مطال الاهتزازات سوف يستمر بالزيادة دون حدود ، لكن -طبعاً- زيادة كهذه بالمطال سوف يستمر فقط بحال لم يتم تحديده ببداية منطقة عدم خطية في العناصر الفعالة المتعلقة بالمضخم ، و إن عدم خطية كهذه يمكن أن تلاحظ بشكل أكبر كلما زاد مطال الاهتزاز ، و إن بداية عدم الخطية لتحديد مطال الاهتزاز تعتبر ميزة أساسية لعمل كافة الهزازات العملية ، وذلك كما سيوضح بالاعتبارات التالية :
إن الشرط |AB|=1 لا يعطي مجال قبول لقيم |AB| ، لكن يعطي قيمة وحيدة ودقيقة ، الآن لنفرض بشكل مبدئي أنه أمكن تحقيق هذا الشرط ، عندئذ فإن عناصر الدارة - وبشكل خاص – الصمامات و الترانزستورات تتغير مواصفاتها (تنحرف) بتقدم العمر، درجة الحرارة ، الجهد إلى آخره …
من الواضح أنه بحال كان الهزاز متروكاً لوحده ( دون إشارة دخل ) عندها فإن |AB| سوف تصبح أكبر أو أقل من القيمة الواحدية ، وفي حالة لاحقة سيتوقف الاهتزاز ، وفي الحالة التالية ، سنعود لنقطة الحاجة لعدم الخطية لتحديد المطال .
إن هزاز بربح حلقة مساوي للقيمة الواحدية مستحيل بلوغه عملياً ، وهو ضروري لتحديد الهزاز العملي ، بمجال فيه |AB| بشكل ما أكبر من (تقريباً 5%) من القيمة الواحدية ، للتأكد من أنه مع التغيرات الطارئة على الترانزيستور و الصمام فإن |AB|لن تأخذ قيمة أقل من القيمة الواحدية ، في حين أن المبدأين الأولين المذكوران سابقاً يجب أن يتحققا على مبادئ نظرية ، يمكن أن نضيف مبدأ أساسي ثالث محكوم باعتبارات عملية :
في كل هزاز عملي فإن ربح الحلقة أكبر بقليل من القيمة الواحدية ، و مطال الاهتزازات محدد ببداية المنطقة عدم الخطية .

هزازات الإزاحة الطورية
نختار ما يسمى بهزازات الإزاحة الطورية الشكل 2 وذلك كمثال لأنها تمثل مثال مبسط عن القوانين المقدمة أعلاه .

 هنا مضخم من النوع FET في و صلة تقليدية بثلاث مراحل متعاقبة من المكثفات C و المقاومات R ، الخرج لآخر مجموعة RC يعود إلى البوابة ، إذا كان الحمل لشبكة الإزاحة الطورية على المضخم يمكن إهماله ، فإن المضخم يزيح بمقدار 180 درجة طور أي جهد يظهر على البوابة ، وشبكة المقاومات والمكثفات تزيح الطور بمقدار إضافي ، عند بعض الترددات فإن الإزاحة الطورية المقدمة من شبكة RC سوف يكون 180 درجة تماماً ، وعند هذا التردد فإن الإزاحة الطورية الكلية من البوابة عبر الدارة وبالعودة إلى البوابة سيكون مساوياً للصفر ، هذا التردد الخاص سوف يكون التردد الذي ستهتز عند الدارة بشط أن يكون المطال للتضخيم كبيراً .
بتحليل شبكة كلاسيكية سنجد تابع الانتقال لشبكة RC والذي هو نفسه عامل التغذية العكسية :
                                                        
وذلك حيث أن : α = 1/(ωRC) ، الإزاحة الطورية لـِ Vo/Vi تساوي 180 درجة من أجل : α√6
أو f = 1/(2*π*R*C√6) ، عند تردد الاهتزاز يكون : B = + 1/29 ، وذلك حيث |AB| لن تكون أقل من القيمة الواحدية ، و من الضروري أن يكون |A| على الأقل مساوية لقيمة 29 ، من أجل ترانزيستور حقلي له μ < 29 لا يمكن أن يهتز في دارة كهذه .
عملية تغيير التردد
هزازات الإزاحة الطورية مناسب بشكل خاص لمجال من لترددات من عدة هرتزات إلى عدة مئات من الكيلو-هرتزات ، وهكذا يتضمن المجال الترددات السمعية ، في مجال ترددات في مجال الميغا – هرتزات ، لا نلاحظ ميزات واضحة بالدارات التي تستخدم شبكات مولفة من عناصر الـ LC ، تردد الاهتزاز يمكن أن يتغير بتغيير قيمة ممانعة عنصر من العناصر في شبكة الإزاحة الطورية .من أجل تغير في مجال كبير للترددات ، فإن المكثفات الثلاثة ستتغير بآن واحد ، تغير كهذا يبقي ممانعة الدخل لشبكة الإزاحة الطورية ثابت ، و تبقي أيضاً المطال B وAB ، لكن المطال للاهتزاز سوف لن يتأثر عند تعديل التردد ، هزاز الإزاحة الطورية يعمل في المنطقة A ( منطقة عمل مضخم صنف A) من أجل إبقاء التشويه أقل ما يمكن .
 
الهزازات الدارات الطنينية
يظهر الشكل 3 هزاز صفيحة مولفة والذي يستخدم في الدارات الطنينية لتحديد التردد ، r يمثل مقاومة على التسلسل مع ملف الصفيحة (مفاعلة تحريضية L) من أجل حساب الضياعات في المحولة ، إذا كانت الضياعات مهملة ، عندها فإن r بمكن أن تهمل ، و عند تردد ω = 1/√LC ، فإن الممانعة للدارة الطنينية كبيرة بشكل غير محدد وتشكل مقاومة صرفة ، في هذه الحالة فإن هبوط الجهد على الملف إلى الصفيحة فالأرضي يكون متأخر بالصفحة بمقدار 180 درجة عن الجهد المطبق على دخل الصمام ، وبغض النظر عن حجم مقاومة صفيحة الصمام ، وإذا كان اتجاه ملف الثانوي بالمحولة ( المتصل بالشبكة) قادراً على تقديم فرق بالصفحة بمقدار 180 (من المفترض أن الثانوي غير محمل) ، عندها فإن إزاحة الحلقة الكلية مساوي تماماً للصفر ، وعند هذا التردد ، عندها فإن شرط الإزاحة الطورية للاهتزازات سيتحقق ، أيضاً ،طالما أننا نعتبر أن المحولة غير محملة ، فإن نسبة مطال جهد الثانوي للأولي تساوي M/L ، حيث M تمثل الممانعة التبادلية ، وطالما أن من أجل مضخم بحمل ذو ممانعة لانهائية ، فإن الشرط – BA= 1 يساوي إلى ، وبدقة أكثر ، بالأخذ بعين الاعتبار القيمة المحدودة للمقاومة r ، سنجد أن :
                                                                 

وهو يمثل الشرط المحدد للتردد ، كما نجد أن :  
                                                                                                وذلك طالما أن الشرط مساوي لـِ –AB=1
 

لاحظ أنه لاتوجد أي علاقة مسبقة بين تردد الاهتزاز وتردد الحالة الثابتة (الطنين) ، يتحدد تردد الاهتزاز بمجرد اعتبار أن الإزاحة الطورية للحلقة مساوي للصفر ، وبهذا المعنى ، فإنه يجب مناقشة حاة التوافق ما بين تردد الهزاز و تردد الاهتزاز الطبيعي(الحالة الطنينية) ، بشكل سطحي على الأقل، وبالصدفة البحتة.

وعلى ضوء الملاحظات السابقة ينتج لدينا أيضاً أن الاختلاف بين تصميم الهزاز من الفقرة السابقة كَـ(هزاز إزاحة طورية) و التصميم الحالي (هزاز الدارة الطنينية) ، هو صناعي بحت. كل الهزازات يمكن أن تسمى بهزازات إزاحة طورية . 

هزاز ترانزيستوري مولف بوصلةالمجمع المشترك

دارة الترانزيستور الموضحة في الشكل السابق تماثل دارة الهزاز الصمامي(العنصر الفعال هو الصمام) ، يتحدد خط الحمل الساكن بتحديد R1 ، R2 و Re ، إذا حذفنا R1 (قصرت)، عنها مبدئياً فإن تيارات الترانزيستور سوف تنعدم ، ومنه فإن gm تصبح مساوية للصفر(من علاقة gm وبتعويض μ=0 سنصل لأن gm = 0)، وعندها فإن الدارة لن تهتز ، و بإعادة R1  فعند الترانزيستور يصبح محيزاً أو في المنطقة الفعالة ، وتبدأ الاهتزازات بالظهور، و يمكن تحديد خط الحمولة الديناميكي الذاتي من اتحاد R2C2 بالنسبة لجريان تيارالقاعدة.
استقرارية التردد
إن هزاز وضع بشكل مبدئي على تردد محدد ، فإنه و بشكل غير متغير لن يحافظ على تردده الأولي ولكن عوضاً عن ذلك سينحرف ويغير من التردد ، أحيانا" بانتظام وباتجاه واحد(أي زيادة أو نقصان) وأحيانا بشكل غريب أو عشوائي.
إن الاستقرار الترددي لهزاز هو قياس لمقدرته على الحفاظ على تردد ثابت تقريبا بقدر الممكن زائد فترة زمنية طويلة قدر الإمكان.
يظهر هذا الانحراف في التردد لأن قيم خواص الدارة ،والتي يعتمد عليها تردد الهزاز لا تبقى ثابتة مع الزمن (نستخدم هذه التسمية "خواص الدارة" لتشمل مكونات الدارة من ثوابت الترانزيستور، ومنبع التغذية، و السعات المتفرقة،... الخ ).
وفقا لذلك فان حلا" بديهيا- ولكنه عديم الفائدة بوضوح- لمشكلة تكوين هزاز بتردد مستقر وهو الحفاظ على جميع خواص الدارة ثابتة.
في المرتبة الأولى : إن عدد خواص الدارة كبير جدا" بشكل عام.
و ثانيا" : إن بعض خواص الدارة مثل ثوابت الترانزيستور هي بالأصل غير مستقرة ومن الصعوبة الحفاظ عليها ثابتة.
و ثالثا": من الصعب كفاية معرفة أين تتوضع العناصر و الوصلات الشاذة في الدارة وكيفية استنتاج أو تقييم شؤونها من دون الحاجة إلى رسم مخططات من أجل الحفاظ عليها ثابتة، ولكننا ندرك أيضا" أنه في كل دارة هزاز يوجد نسبيا" بعض خواص الدارة التي يتبع لها التردد ، حيث أن اعتماد التردد على العدد الكبير من الخواص مقارن بشكل حساس ،
مثال على ذلك في دارة هزاز RC ، حيث أن التردد يتأثر بشكل كبير بقيمة المقاومة R، و المكثف C و الخواص الأخرى للدارة تؤثر على التردد بدرجة اصغر بكثير .
وبالتالي سنكون قد خطونا خطوة نحو الإستقرارية الترددية إذا اجتهدنا لإثبات هذه الإستقرارية ، على الأقل من هذه العناصر الغير الفعلة القليلة التي تؤثر على التردد بوضوح.
إن السبب الأساسي للانحراف في هذه الخواص هو التبدل في درجة الحرارة. إن تدابير لإبقاء درجة الحرارة ثابتة و لموازنة درجة الحرارة (التغبر الحاصل في عنصر ما يحصل عكسه في عنصر آخر ) يمكن أن تتخذ .
 إذا كان لدينا هزاز يوجد فيه مجموعة واحدة من العناصر التي لها خاصية أنها عند تردد اهتزاز تقوم عناصر الدارة بتقديم إزاحة زاوية بمقدارθ مع التردد ، وعندها يعبر المقدار   قيمة الممانعة للتردد بالنسبة لكل مكونات الدارة ، يزداد استقرار التردد بزيادة
، وفي النهاية عندما يصبح لانهائي، فإن تردد الهزاز يعتمد على مجموعة العناصر هذه ويصبح مستقلاً بشكل تام عن بقية عناصر الدارة .
الدليل على المبدأ السابق هو مبرهن ذاتياً ، وهو مستنتج من الاعتبارات التالية :
لنفترض حدوث تغير في عنصر ما من عناصر الهزاز بخلاف بقية العناصر ، عندها ، إذا تحقق بشكل مبدئي شرط الإزاحة الطورية للاهتزازات عند تردد الاهتزاز ، عندها ( بشكل عام ) ، فإنه لن يعود صحيحا بعد تعديل عناصر الدارة .
تبعا"لذلك فان التردد يجب أن ينزاح لكي يعو ثانية لاستعادة الإزاحة الطورية للحلقة إلى القيمة المحددة صفر.
من ناحية ثانية ، إذا كلن لدينا مجموعة من العناصر و التي عند التردد الاسمي للهزاز تنتج إزاحة طورية كبيرة من اجل تغير صغير في التردد (وهذا يعني أن كبير)
وبالتالي من الواضح أن إزاحة التردد المتطلبة لاستعادة الإزاحة الطورية للدارة إلى الصفر يجب أن تكون صغيرة جدا".
تتغير الممانعة في دارة طنينية تفرعية من مفاعلة تحريضية إلى سعوية عند زيادة التردد مرورا"بنقطة الطنين
إذاكان عامل الجودة( ) لانهائياً ( هذا يعني تحريضية مثالية بمقاومة تسلسلية تساوي الصفر) ) فإن هذا التغير في الطور يكون مفاجئ وسريع أي لأن الطور يتغير بشكل مفاجئ من –90 إلى +90 درجة.
إذاً دارة هزاز مضبوط سيكون لها إستقرارية ممتازة محققة للتردد ، حيث أن Q تكون كبيرة بما فيه الكفاية وذلك عندما L و C تكونان مستقرتين (مستقلتان عن درجة الحرارة و التيار ...الخ)، و حيث هذه الأفكار حول دارات الهزازات المضبوطة يمكن أن تؤجل لتعليل إستقرارية التردد الاستثنائية للهزازات الكريستالية . ويمكن من الشكل التالي أن نرى أنه من اجل بلورة كريستال بعامل جودة لانهائي فان الطور يتغير بشكل منقطع من 90- إلى 90+ درجة عندما يمر التردد عبر Ws وعندها يتغير بشكل مفاجئ من 90- إلى 90+ وذلك عندما تتجاوزW قيمةWp .

طبعاً ، فإن عامل الجودة Q لانهائي من المتعذر الحصول عليه ،ولكن باعتبار أن الهزازات الكريستالية المتوفرة تجاريا"لها قيمة لعامل الجودة حوالي آلاف أو عشرات الآلاف، وبالتالي من الممكن تحقيق القيمة الكبيرة لـِ . وبالتالي إذا تضمنت دارة بلورة كريستالية يتم الحصول على هزاز يعتمد تردده بشكل أساسي على البلورة الكريستالية نفسها ولا شئ سواها. مع ذلك فان تردد الهزاز الكريستالي لا يزال يعتمد نوعا" ما على درجة الحرارة و يجب أن تستخدم منظمات درجة حرارة مضبوطة حيث تكون الإستقرارية الأعلى مطلوبة.


  Translated by: M.Horany

NAWATT©

الصفحة الرئيسية | حديث الساعة | الأخبار | الإعلانات | جربها | حول نواة