الهزاز المتعدد: الأساسيات، الأنواع، التوقيت، والتطبيقات

المضاعف هو دائرة تنتقل بين HIGH وLOW لإنشاء نبضات، وإشارات توقيت، وإجراءات التبديل. يمكن أن يعمل بشكل مستمر، أو ينتج نبضة مؤقتة، أو يحافظ على الحالة حتى يغيرها مدخل جديد. تغطي هذه المقالة أنواعها، وتشغيلها، وتوقيتها، وأشكال الدوائر، وتصميم مؤقت 555، وتطبيقاتها.

نظرة عامة على جهاز الهزاز المتعدد

المضاعف هو دائرة إلكترونية تنتقل بين حالتين إخراج، تسمى HIGH و LOW. يقوم بذلك بطريقة محكومة لتوليد إشارات توقيت أو نبضات أو إجراءات تبديل الحالة المستقرة. اعتمادا على تصميمه، يمكن للمضاعف أن يتنقل ذهابا وإيابا بنفسه، أو ينتج نبضة واحدة مؤقتة عند التشغيل، أو يبقى في حالة واحدة حتى يغيرها مدخل جديد.

المولتيبراتورات شائعة في العديد من الدوائر الإلكترونية لأنها تساعد في التحكم في التوقيت وتدفق الإشارة. تستخدم في مولدات النبضات، ودوائر التأخير الزمني، ودوائر الضوء الوامض، ودوائر الإنذار والنغمة، ودوائر الذاكرة البسيطة، ودوائر العد. يمكن صنع هذه الدوائر باستخدام بوابات منطقية، أو ترانزستورات، أو مضخمات تشغيلية، أو دوائر مؤقتة مثل مؤقت 555.

أنواع الهزازات المتعددة

الهزازات المتعددة المستقرة

المضاعف غير المستقر لا يمتلك حالة إخراج مستقرة. بمجرد تطبيق الطاقة، يستمر في التنقل بين العالي والمنخفض دون الحاجة لأي إدخال زناد. وهذا يجعله مذبذبا يعمل بحرية.

يتم التحكم في حركته بواسطة شبكة مقاومة مكثف. المكثف يشحن ويفرغ مع مرور الوقت. عندما يصل جهده إلى مستوى معين، يتغير حالة الإخراج الخارجية. تتكرر هذه الدورة، مما ينتج موجة مربعة أو مستطيلة مستمرة. تعتمد سرعة التبديل على قيم التحكم باللاسلكي، ودورة العمل تعتمد على مسارات الشحن والتفريغ.

الهزازات المتعددة الأحادية المستقر

المضاعف الأحادي المستقر له حالة مستقرة واحدة وحالة مؤقتة واحدة. يبقى في حالته الطبيعية حتى يتلقى إشارة محفز. بعد ذلك، يتغير حالته لفترة زمنية محددة، ثم يعود إلى حالته المستقرة.

يتم التحكم في هذا الإجراء التوقيني بواسطة مقاومة ومكثف. بمجرد تفعيله، يبدأ المكثف بالشحن أو التفريغ. عندما يصل جهده إلى حد محدد، تعود الدائرة إلى حالتها الأصلية. نظرا لأن كل مشغل ينتج نبضة إخراج واحدة، يسمى هذا النوع أيضا دائرة الطلقة الواحدة.

الهزازات المتعددة الثنائية المستقرة

المضاعف ثنائي المستقر له حالتان مستقرتان للخروج. لا يعمل أو يعود إلى الحالة الافتراضية من تلقاء نفسه. يبقى في حالة واحدة حتى تطلب إشارة الإدخال التغيير.

يستخدم هذا النوع التغذية الراجعة الإيجابية للحفاظ على حالته الحالية. المدخلات مثل Set أو Reset أو Toggle تتحكم عند تغير الإخراج. وبما أنه لا يوجد إجراء توقيت تلقائي، يبقى المخرج في حالته الحالية حتى يصل مدخل آخر.

تشغيل الاهتزاز المتعدد وتوقيت

جميع الهزازات المتعددة تعمل على مبدأين أساسيين: التغذية الراجعة الإيجابية وشبكة التوقيت. يساعد التغذية الراجعة الإيجابية الدائرة على التحرك بقوة إلى إحدى حالتين إخراج. تساعد شبكة التوقيت، التي غالبا ما تصنع باستخدام مقاومة ومكثف، في تحديد متى يجب أن يتغير المخرج من حالة إلى أخرى.

في العديد من دوائر الهزازات المتعددة، يشحن المكثف أو يفرغ عبر المقاومات مع مرور الوقت. مع ارتفاع أو انخفاض جهده، يتبع منحنى أسي بدلا من أن يتحول في خط مستقيم. عندما يصل هذا الجهد إلى عتبة محددة، تغير الدائرة الحالة. ثم تعزز التغذية الراجعة الإيجابية الحالة الجديدة وتجهز الدائرة للتغيير التالي.

كيف يعمل توقيت التفاعل عن بعد؟

• المكثف يشحن أو يفرغ عبر مقاوم واحد أو أكثر.

• يتغير جهد المكثف بشكل أسي.

• عندما يصل الجهد إلى مستوى عتبة، يتحول المخرج.

• يساعد التغذية الراجعة الإيجابية في تثبيت الدائرة في حالتها الجديدة.

• تستمر الدورة بعد ذلك بناء على نوع الدائرة.

التوقيت الرئيسي ومصطلحات الموجة

• عرض النبضة (TON أو TOFF) - مدة بقاء المخرج في حالة واحدة

• الفترة (T) - الوقت اللازم لدورة كاملة واحدة

• التردد (f) - عدد الدورات في الثانية

• دورة العمل (D) - النسبة المئوية لدورة واحدة التي يبقى فيها الناتج مرتفعا

• الحافة الصاعدة - التحول من الحافة المنخفضة إلى العالية

• الحافة الهابطة - التحول من العالي إلى المنخفض

الصيغ الأساسية

• التردد:

f = 1 / T

• دورة العمل:

D = (T_HIGH / T) × 100٪

تطبيقات دوائر الهزازات المتعددة

معددات البوابة المنطقية

• تم بناؤها باستخدام بوابات NAND أو NOR أو العاكس

• استخدم أجزاء توقيت RC للتحكم في التبديل

• إنتاج مخرجات تتطابق مع مستويات المنطق الرقمي

• تناسب الدوائر التي تستخدم بالفعل دوائر المنطق المتكاملة

الهزازات المتعددة الترانزستورية

• تم بناؤها باستخدام الترانزستورات والمقاومات والمكثفات

• عرض كل مرحلة تبديل بشكل أكثر مباشرة

• السماح بتصميم دوائر مرنة

• يمكن ترتيبها لظروف جهد أو تيار مختلفة

مضخم العمليات والهزازات المتعددة

• استخدم مضخمات التشغيل أو المقارنات ذات التغذية الراجعة الإيجابية

• تضمين شبكات RC للتحكم في التوقيت

• يمكن أن تنتج تغييرات قوية في جهد الخرج

• تعمل بشكل جيد مع دوائر الإشارة التناظرية

مضاعفات المؤقت 555

• استخدم دائرة المؤقت 555 في وضع الوضع المستقر أو الأحادي

• تحتاج إلى عدد قليل فقط من المكونات الخارجية

• تقديم تحكم توقيت بسيط وثابت

• دعم مجموعة واسعة من عرض وترددات النبضات

تصميم مضاعف المؤقت 555

مستويات العتبة الداخلية

• الحد الأدنى للعتبة: 1/3 VCC

• العتبة العليا: 2/3 VCC

• يتحرك جهد المكثف بين هذين المستويين للتحكم في التبديل

تكوين 555 astable

في وضع الاستقرار، يتنقل 555 بين HIGH وLOW بدون إدخال زناد خارجي. يتم ضبط هذا الفعل بواسطة مقاومتين، R1 و R2، ومكثف واحد، C. يشحن المكثف عبر كلا المقاومتين ويخرج من خلال أحدهما، مما يخلق موجة خرجت متكررة.

صيغ التوقيت غير المستقرة

• الوقت المرتفع: t1 = 0.693 (R1 + R2) C

• الحد الأدنى للزمن: t2 = 0.693 (R2) C

• الفترة: T = t1 + t2 = 0.693 (R1 + 2R2) C

• التردد: f = 1 / T

تكوين 555 أحادي المستقر

في وضع الاستقرار الأحادي، يبقى 555 في حالة مستقرة واحدة حتى يتلقى نبضة محفز. عندما ينخفض جهد الزناد إلى أقل من ثلث VCC، يرتفع الخرج إلى أعلى ويبدأ مكثف التوقيت بالشحن عبر المقاومة R. عندما يصل جهد المكثف إلى ثلثي VCC، يعود المخرج إلى منخفض.

هذا ينتج نبضة واحدة لكل إشارة محفز. يعتمد عرض النبضة على قيم المقاومة والمكثف المختارة لشبكة التوقيت.

فوائد استخدام 555

• يستخدم عددا قليلا فقط من الأجزاء الخارجية

• يوفر توقيتا ثابتا ومتوقعا

• يدعم مجموعة واسعة من عرض وترددات النبضات

• يعمل في كل من الوضعين المستقرين والأحادي

• يجعل تصميم التوقيت أبسط من خلال عتبات داخلية ثابتة

تطبيقات الهزازات المتعددة

دوائر الساعة والتوقيت

غالبا ما تستخدم الهزازات المتعددة لإنشاء إشارات توقيت متكررة والتأخيرات المسيطر عليها. تساعد هذه الإشارات الدوائر على التبديل بفترات منتظمة أو الانتظار لفترة زمنية محددة قبل تغيير الحالة.

دوائر الإشارات البصرية

كما تستخدم في دوائر الإشارات البصرية حيث يحتاج المخرج إلى الوميض أو الوميض أو التبديل بنمط متكرر. وهذا يجعلها مفيدة في التوقيت القائم على الضوء وتحديد الحالة.

دوائر الصوت والتنبيه

يمكن للهزازات المتعددة توليد نبضات متكررة تستخدم في دوائر إنتاج الصوت. من خلال التحكم في معدل التبديل، تساعد في خلق إشارات تنبيه أو نغمة ثابتة.

دوائر تكييف الإشارة

في تكييف الإشارات، تساعد الهزازات المتعددة في تشكيل والتحكم في إشارات الإدخال. يمكنها تنظيف التغيرات غير المستقرة، أو تمديد النبضات القصيرة، أو خلق إشارة إخراج أكثر تجانسا.

التحكم المنطقي والحالة

تستخدم بعض الهزازات المتعددة للاحتفاظ بإحدى حالتين من الخرج حتى يغيرها مدخل جديد. وهذا يجعلها مفيدة في الدوائر التي تتطلب التحكم في الحالة البسيط، أو التخزين، أو العد المتكرر.

مزايا وقيود الهزاز المتعدد

الخاتمة

الهزازات المتعددة هي دوائر بسيطة تستخدم للتوقيت، وتوليد النبضات، والتحكم في الحالة. كل نوع من الأنواع المستقرة، الأحادية، والثنائية القابلة للاستقرار تعمل بطريقة مختلفة، لكنها تعتمد جميعها على التبديل بين حالتين إخراج. سلوكهم يتشكل من خلال التغذية الراجعة الإيجابية وتوقيت التلقاء الذهني. مع أشكال مختلفة من الدوائر، وتصاميم مؤقت 555، وتطبيقات، ونقاط تصميم، تظل الهزازات المتعددة جزءا مفيدا من الدوائر الإلكترونية.

الأسئلة الشائعة [الأسئلة الشائعة]

هل الموجة المربعة هي نفسها الموجة المستطيلة؟

لا. الموجة المربعة لها نفس الوقت في أوقات الارتفاع والمنخفض. الموجة المستطيلة لها أوقات عالية ومنخفضة غير متساوية.

لماذا يستخدم التغذية الراجعة الإيجابية في الهزاز المتعدد؟

تساعد التغذية الراجعة الإيجابية الدائرة على التبديل بسرعة والبقاء مستقرة في الحالة العالية أو المنخفضة.

ماذا يفعل تغيير المكثف في دائرة الهزاز المتعدد؟

يغير التوقيت. المكثف الأكبر يجعل الدائرة تتحول بشكل أبطأ. المكثف الأصغر يجعلها تتحول بشكل أسرع.

هل يمكن للمولتيبراتور إنتاج أكثر من شكل موجة واحد؟

نعم. المخرج الرئيسي هو شكل موجة تحويل، لكن جهد المكثف قد يظهر موجة مرتفعة وهابطة.

لماذا يهم جهد التغذية في الهزاز المتعدد؟

يؤثر جهد التزويد على مستويات التبديل والتوقيت. إذا تغير، يمكن أيضا تغيير توقيت الإخراج.

هل كل مضاعف يهتز مذبذب؟

لا. فقط المضاعف المستقر يعمل كمذبذب لأنه يتحول باستمرار من تلقاء نفسه.