مدونة عن الدوائر الكلاسيكية والتقنيات الرقمية لتوليد موجة جيبية

موجة الصين، باعتبارها أساسية وأكثر شكل إشارة في الطبيعة والهندسة الإلكترونية، تمر العديد من التطبيقات بما في ذلك الاتصالات، وأنظمة الصوت، وتكنولوجيا الراديو،وأنظمة الطاقةمن توليد الإشارة داخل الأجهزة إلى معالجة الإشارة ونقلها، تلعب موجات الصدر دوراً حاسماً.تنفيذ توليد موجات الصين يتضمن حكمة هندسية كبيرةتدرس هذه المقالة بدقة سبع تقنيات عامة لتوليد موجات الصين، بدءا من المذبذبات التناظرية الكلاسيكية إلى أساليب التوليف الرقمي الحديثة.توفير دليل تقني شامل لمهندسين الإلكترونيات والمهتمين.

يمثل أوسيلاتور جسر فين دائرة كلاسيكية تستخدم على نطاق واسع لتوليد موجات الجيب منخفضة التردد (المدى الصوتي يصل إلى حوالي 100 كيلو هرتز).إنه يستخدم بذكاء شبكة RC لتحقيق تحول مرحلي من الصفر إلى الدخول، مما يخلق ردود فعل إيجابية تدفع التذبذب. لمواجهة الضعف المتأصل لشبكة RC ، عادة ما تتضمن الدائرة مكبر تشغيلي مع مكاسب ثلاثة.عندما تكون مكاسب الحلقة المغلقة مساوية بدقة للوحدة، الدوائر تحافظ على التذبذب في تردد محدد من قبل شبكة RC (f = 1/2πRC).

تشتهر هذه الدائرة بإنتاج موجات الصين نقية بشكل استثنائي مع الحد الأدنى من التشوه. ومع ذلك ، يكمن التحدي الرئيسي في الحفاظ على مكاسب واستقرار المراحل.الانحرافات الطفيفة يمكن أن تنهي التذبذب أو دفع الدائرة إلى الشبععناصر تعويض مثل مصابيح الحرارة المعتمدة على التيار أو المقاومات المتغيرة القائمة على FETيتم تنفيذها بشكل شائع لمعالجة مشكلة الاستقرار هذه.

أجهزة التذبذب ذات التحول المرحلي تستخدم شبكات RC لإدخال تحولات 180 درجة في مسار التغذية الراجعة جنبا إلى جنب مع مكبر عكس.عندما تعوض مكاسب المضخم بما فيه الكفاية عن ضعف إشارة شبكة RCهناك تكوينات مختلفة لشبكة RC ، بما في ذلك شبكات Twin-T ومصفات RC عالية الانتقال ، حيث يوفر كل مرحلة عادة 45 أو 60 درجة من التحول في المرحلة.قسم المضخم قد يستخدم ترانزستورات واحدة، مكبرات تشغيل فردية، أو تشكيلات مكبرات تشغيل متعددة.

تنتج هذه المذبذبات أيضًا موجات الصينية عالية الجودة ذات التشوه المنخفض ، على الرغم من أن تشغيلها على تردد ثابت يقدم قيودًا. مع توفير كل مرحلة RC 60 درجة من تحول المرحلة ، فإن هذه المذبذبات يمكن أن تصل إلى 60 درجة.تردد التذبذب يتبع تقريبًا f = 1/2.6RC. عادةً ما يكون هناك حاجة إلى تخزين عازل الخروج من خلال متابعي الجهد التشغيلي عند تشغيل الأحمال الخارجية.

الكريستالات الكوارتزية، التي تُقدر بسبب استقرارها وتحديدها المتميز في الترددات، غالباً ما تكون أساساً للمذبذبات عالية الدقة.متغير أوسيلاتور الكريستال الشهير، يحتوي على شبكة ردود فعل مميزة من مكثفين. إن تنفيذها السهل واستقرارها العالي يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتراوح بين 100 كيلو هرتز و 40 ميغاهرتز.

في حين أن إشارات الإخراج قد تظهر تشوهًا طفيفًا ، إلا أن العديد من وحدات مذبذبات الكريستال التجارية متوفرة بسهولة ، وعادة ما تكون محجوزة في أغلفة معدنية مماثلة لحزم IC القياسية.هذه الوحدات توفر مخرجات موجات الجيب في أي تردد محدد مسبقاً، عادة ما تعمل عند 5 فولت.

هذا النهج المبتكر يولد أولاً موجات مربعة، ثم يستخرج مكون التردد الأساسي من خلال التصفية.يظهر تحليل فورييه أن الموجات المربعة الدورية تتكون من موجة سينسية أساسية بالإضافة إلى الهارمونيات الغريبة (3fمرشحات المرور المنخفض تضعف بشكل فعال الهارمونيات العالية ، وتعزل موجة الصين الأساسية المطلوبة.

غالبًا ما تستخدم التنفيذات العملية وحدة برمجة التوقيت CMOS 555 لتوليد موجات مربعة بنسبة 50٪ من دورة العمل ، تليها RC أو مرشحات LC المنخفضة الانتقالية أكثر انتقائية. في حين أن القضاء على التوافقات لا يزال تحديًا,هذه الطريقة توفر موجات الصين تقريبية بشكل معقول، مناسبة بشكل خاص للتطبيقات حيث النقاء المثالي لشكل الموجة ليس حاسما.

تقدم تكنولوجيا DDS طريقة توليد موجات الجزر الرقمية بالكامل. يستخدم التنفيذ الأساسي ذاكرة القراءة فقط (ROM) لتخزين القيم الثنائية المحسوبة مسبقاً التي تمثل نقاط وظيفة موجات الجزر.عداد العناوين، مدفوعة بالساعة ، تقرأ هذه القيم بشكل متسلسل ، وتقوم بإرسالها إلى محول رقمي إلى تشبيه (DAC) الذي ينتج خروجاً متواصلاً لجهد تشبيه.

زيادة كمية عينات موجات الصينية المخزنة وتعزيز دقة DAC يقلل بشكل كبير من تدابير شكل الموجة الخارجي ، مما يؤدي إلى تقريبات موجات الصينية أكثر دقة.تعتمد تردد الإخراج على كل من كمية العينات المخزنة وتردد الساعة التي تدفع عداد العناوينتوفر وحدة التشغيل المتخصصة الحديثة DDS IC حلول شاملة تغطي الترددات من sub-hertz إلى عدة megahertz.

مولدات الوظائف، متوفرة كأدوات مستقلة أو دوائر متكاملة، تنتج في وقت واحد أشكال موجة متعددة بما في ذلك موجات الصينوس والربع والمثلث.على الرغم من أن أصلها في السبعينيات، لا يزال يستخدم على نطاق واسع لتوليد موجات الجذور ذات التردد القابل للتعديل (0.01 Hz إلى 1 MHz أو أعلى).

إنتاج الموجات المربعة والثلاثية داخلياً، XR-2206 يحول الموجات الثلاثية إلى الموجات الجانبية التقريبية من خلال دائرة "تشكيل الجانبية". تحديد التردد يتبع f = 1/RC،مع قدرات إضافية بما في ذلك تعديل النطاق والتردد مما يعزز مرونة التطبيق.

تقنيات بديلة تولد موجات الصينية التقريبية من خلال إشارات النبض المشتركة مع الفلتر. تقنية واحدة تضع موجات مربعة ذات نطاق متطابق ولكن فرق 90 درجة في المرحلة،يمكن إنتاجها من خلال كعبات "ج.ك.إي" المضافة ذات القيادة الساعة.التصفية RC أو LC اللاحقة تعزز سلاسة شكل الموجة.

تستخدم النهج الأكثر تطوراً تعديل عرض النبض (PWM) ، حيث تنتج أبعاد النبض المختلفة التي يتم معالجتها من خلال مرشحات مرور منخفضة متوسطات الجهد التي تتعقب محاور موجات الصينوس.زيادة كميات النبضات تحسّن دقة شكل الموجةهذه التقنيات تجد فائدة خاصة في محركات محركات التردد المتغير وأنظمة تحويل الطاقة.