مذبذب جسر فيينا

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 21 صور
الموسوعة الحرة
في هذا الإصدار من المذبذب، يُمثل Rb مصباحًا متوهجًا صغيرًا. عادةً ما تكون R1 = R2 = R و C1 = C2 = C. في التشغيل العادي، يسخن Rb ذاتيًا حتى تصل مقاومته إلى Rf/2

مذبذب جسر فين هو نوع من المذبذبات الإلكترونية التي تولد موجات جيبية . يمكنه توليد نطاق واسع من الترددات . يعتمد هذا المذبذب على دائرة جسرية طورها ماكس فين عام 1891 لقياس المعاوقات . [ 1 ] يتكون الجسر من أربعة مقاومات ومكثفين . يمكن أيضًا اعتبار المذبذب مضخمًا ذا كسب موجب مُدمجًا مع مرشح تمرير نطاقي يوفر تغذية راجعة موجبة . يحد التحكم التلقائي في الكسب، واللاخطية المقصودة، واللاخطية العرضية من سعة الخرج في مختلف تطبيقات المذبذب .

تُظهر الدائرة الموضحة على اليمين نموذجًا شائعًا سابقًا للمذبذب، مع تحكم تلقائي في الكسب باستخدام مصباح متوهج. بافتراض أن R1 = R2 = R و C1 = C2 = C، فإن تردد التذبذب يُعطى بالعلاقة التالية:

وحz=12πRج{\displaystyle f_{hz}={\frac {1}{2\pi RC}}}

ويتم تحديد شرط التذبذب المستقر بواسطة

Rب=Rو2{\displaystyle R_{b}={\frac {R_{f}}{2}}}

خلفية

بُذلت عدة جهود لتحسين المذبذبات في ثلاثينيات القرن العشرين، حيث اعتُبرت الخطية مهمة. كان "المذبذب المُثبَّت بالمقاومة" مزودًا بمقاومة تغذية راجعة قابلة للتعديل؛ تُضبط هذه المقاومة بحيث يبدأ المذبذب بالعمل (وبالتالي ضبط كسب الحلقة على ما يزيد قليلًا عن الواحد). تتراكم التذبذبات حتى تبدأ شبكة الصمام المفرغ بتوصيل التيار، مما يزيد من الفقد ويحد من سعة الخرج. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] كما دُرست إمكانية التحكم التلقائي في السعة. [ 5 ] [ 6 ] يقول فريدريك تيرمان : "يمكن تحسين استقرار التردد وشكل الموجة لأي مذبذب شائع باستخدام نظام تحكم تلقائي في السعة للحفاظ على سعة التذبذبات ثابتة في جميع الظروف." [ 7 ]

في عام 1937، وصف لارنيد ميتشام استخدام مصباح فتيل للتحكم التلقائي في كسب مذبذبات الجسر. [ 8 ] [ 9 ]

وفي عام 1937 أيضاً، وصف هيرمون هوسمر سكوت مذبذبات صوتية تعتمد على جسور مختلفة، بما في ذلك جسر فين. [ 10 ] [ 11 ]

كان تيرمان، في جامعة ستانفورد ، مهتمًا بعمل هارولد ستيفن بلاك حول التغذية الراجعة السلبية، [ 12 ] [ 13 ] لذا عقد ندوة دراسات عليا حول التغذية الراجعة السلبية. [ 14 ] حضر بيل هيوليت الندوة. ونُشرت ورقة سكوت البحثية حول المذبذب في فبراير 1938 خلال الندوة. إليكم ما ذكره تيرمان: [ 15 ]

يوضح فريد تيرمان: "لاستكمال متطلبات الحصول على درجة الهندسة من جامعة ستانفورد، كان على بيل إعداد أطروحة. في ذلك الوقت، قررتُ تخصيص ربع كامل من ندوة الدراسات العليا لموضوع "التغذية الراجعة السلبية". كنتُ قد أصبحتُ مهتمًا بهذه التقنية الجديدة آنذاك لما بدت عليه من إمكانات هائلة في العديد من التطبيقات المفيدة. كنتُ أُقدم تقارير عن بعض التطبيقات التي ابتكرتها للتغذية الراجعة السلبية، وكان الطلاب يقرؤون المقالات الحديثة ويتبادلون المعلومات حول التطورات الحالية. بدأت هذه الندوة للتو عندما نُشرت ورقة بحثية بدت لي مثيرة للاهتمام. كانت من تأليف رجل من شركة جنرال راديو ، وتناولت مذبذبًا صوتيًا ثابت التردد، حيث يتم التحكم في التردد بواسطة شبكة مقاومة-سعة، ويتم تغييره عن طريق أزرار ضغط. وقد تم الحصول على التذبذبات من خلال تطبيق مبتكر للتغذية الراجعة السلبية."

في يونيو 1938، قدّم كلٌّ من تيرمان، وآر آر بوس، وهيوليت، وإف سي كاهيل عرضًا تقديميًا حول التغذية الراجعة السلبية في مؤتمر معهد مهندسي الراديو (IRE) في نيويورك؛ وفي أغسطس من العام نفسه، قُدِّم عرضٌ ثانٍ في مؤتمر ساحل المحيط الهادئ التابع للمعهد في بورتلاند، أوريغون؛ وقد نُشر هذا العرض لاحقًا في ورقة بحثية للمعهد. [ 16 ] كان أحد المواضيع المطروحة هو التحكم في السعة في مذبذب جسر وين. وقد عُرض المذبذب في بورتلاند. [ 17 ] شارك هيوليت، مع ديفيد باكارد ، في تأسيس شركة هيوليت- باكارد، وكان أول منتج لها هو HP200A ، وهو مذبذب جسر وين دقيق. وقد بيعت أول وحدة منه في يناير 1939. [ 18 ]

استخدم هيوليت في أطروحته لنيل درجة الهندسة في يونيو 1939 مصباحًا للتحكم في سعة مذبذب جسر فين. [ 19 ] أنتج مذبذب هيوليت إشارة جيبية ذات سعة ثابتة وتشوه منخفض . [ 20 ] [ 21 ]

المذبذبات بدون تحكم تلقائي في الكسب

مخطط لمذبذب جسر وين الذي يستخدم الثنائيات للتحكم في السعة. تنتج هذه الدائرة عادةً تشويهاً توافقياً كلياً يتراوح بين 1 و5%، وذلك حسب دقة ضبطها.

تم تصميم دائرة المذبذب التقليدية بحيث تبدأ في التذبذب ("بدء التشغيل") ويتم التحكم في سعتها.

يستخدم المذبذب الموجود على اليمين ثنائيات لإضافة ضغط مُتحكم به إلى خرج المُضخّم. ويمكنه إنتاج تشويه توافقي كلي في نطاق 1-5%، اعتمادًا على مدى دقة ضبطه. [ 22 ]

لكي تتذبذب دائرة خطية ، يجب أن تستوفي شروط باركهاوزن : يجب أن يكون كسب الحلقة واحدًا، وأن يكون الطور حول الحلقة مضاعفًا صحيحًا للعدد 360 درجة. لا تتناول نظرية المذبذب الخطي كيفية بدء تشغيل المذبذب أو كيفية تحديد سعته. يمكن للمذبذب الخطي أن يدعم أي سعة.

عمليًا، يكون كسب الحلقة في البداية أكبر من واحد. توجد ضوضاء عشوائية في جميع الدوائر، وبعض هذه الضوضاء سيكون قريبًا من التردد المطلوب. يسمح كسب الحلقة الأكبر من واحد بزيادة سعة التردد بشكل أُسّي في كل دورة حول الحلقة. عند كسب حلقة أكبر من واحد، سيبدأ المذبذب بالعمل.

من الناحية المثالية، يجب أن يكون كسب الحلقة أكبر بقليل من واحد، ولكن عمليًا، غالبًا ما يكون أكبر بكثير من واحد. يؤدي كسب الحلقة الأكبر إلى بدء تشغيل المذبذب بسرعة. كما أنه يعوض تغيرات الكسب مع درجة الحرارة والتردد المطلوب للمذبذب القابل للضبط. لكي يبدأ المذبذب بالعمل، يجب أن يكون كسب الحلقة أكبر من واحد في جميع الظروف الممكنة.

يُعدّ كسب الحلقة الذي يزيد عن واحد عيبًا. نظريًا، سيزداد سعة المذبذب بلا حدود. عمليًا، ستزداد السعة حتى يصل الخرج إلى عامل مُحدِّد، مثل جهد مصدر الطاقة (حيث يصل خرج المُضخِّم إلى حدود جهد التغذية) أو حدود تيار خرج المُضخِّم. يُقلِّل هذا التحديد من الكسب الفعال للمُضخِّم (يُسمى هذا التأثير انضغاط الكسب). في المذبذب المستقر، يكون متوسط ​​كسب الحلقة واحدًا.

على الرغم من أن إجراء التحديد يعمل على استقرار جهد الخرج، إلا أن له تأثيرين مهمين: فهو يُدخل تشويهاً توافقياً ويؤثر على استقرار تردد المذبذب.

يرتبط مقدار التشوه بكسب الحلقة الإضافي المستخدم في بدء التشغيل. فإذا كان هناك كسب حلقة إضافي كبير عند السعات الصغيرة، فسيقل الكسب بشكل أكبر عند السعات اللحظية الأعلى، مما يعني زيادة التشوه.

يرتبط مقدار التشوه أيضًا بالسعة النهائية للتذبذب. على الرغم من أن كسب المُضخِّم يكون خطيًا في الحالة المثالية، إلا أنه في الواقع غير خطي. يمكن التعبير عن دالة النقل غير الخطية بمتسلسلة تايلور . بالنسبة للسعات الصغيرة، يكون تأثير الحدود ذات الرتبة الأعلى ضئيلاً. أما بالنسبة للسعات الكبيرة، فيكون عدم الخطية واضحًا. وبالتالي، للحصول على تشوه منخفض، يجب أن تكون سعة خرج المذبذب جزءًا صغيرًا من النطاق الديناميكي للمُضخِّم.

مذبذب ميتشام المستقر بواسطة الجسر

رسم تخطيطي مبسط لمذبذب جسر ميتشام، نُشر في مجلة بيل سيستم التقنية، أكتوبر 1938. المكثفات غير المحددة لها سعة كافية لاعتبارها دوائر قصر عند تردد الإشارة. المقاومات والمحاثات غير المحددة لها قيم مناسبة لتحيز وتحميل الصمام المفرغ. تسميات العقد في هذا الشكل غير موجودة في المنشور.

كشف لارنيد ميتشام عن دائرة مذبذب الجسر الموضحة على اليمين عام ١٩٣٨. وُصفت الدائرة بأنها تتمتع بثبات تردد ممتاز وإشارة جيبية نقية للغاية. [ ٩ ] بدلاً من استخدام التحميل الزائد للصمامات للتحكم في السعة، اقترح ميتشام دائرة تضبط كسب الحلقة على الوحدة عندما يكون المضخم في منطقته الخطية. تضمنت دائرة ميتشام مذبذبًا من بلورة الكوارتز ومصباحًا في جسر ويتستون .

في دائرة ميتشام، تقع مكونات تحديد التردد في فرع التغذية الراجعة السالبة للجسر، بينما تقع عناصر التحكم في الكسب في فرع التغذية الراجعة الموجبة. تعمل البلورة Z4 في حالة رنين متسلسل، مما يقلل التغذية الراجعة السالبة إلى أدنى حد عند الرنين. وقد أظهرت هذه البلورة مقاومة حقيقية قدرها 114 أوم عند الرنين. عند الترددات الأقل من تردد الرنين، تكون البلورة سعوية، ويكون لكسب فرع التغذية الراجعة السالبة إزاحة طور سالبة. أما عند الترددات الأعلى من تردد الرنين، فتكون البلورة حثية، ويكون لكسب فرع التغذية الراجعة السالبة إزاحة طور موجبة. وتصل إزاحة الطور إلى الصفر عند تردد الرنين. ومع ارتفاع درجة حرارة المصباح، تقل التغذية الراجعة الموجبة. وقيمة عامل الجودة (Q) للبلورة في دائرة ميتشام هي 104000. عند أي تردد يختلف عن تردد الرنين بأكثر من مضاعف صغير لعرض نطاق البلورة، فإن فرع التغذية الراجعة السلبية يهيمن على كسب الحلقة، ولا يمكن أن يكون هناك تذبذب ذاتي الاستدامة إلا ضمن عرض النطاق الضيق للبلورة.

في عام 1944 (بعد تصميم هيوليت)، عدّل جيه كيه كلاب دائرة ميتشام لاستخدام عاكس طور أنبوبي مفرغ بدلاً من محول لتشغيل الجسر. [ 23 ] [ 24 ] يستخدم مذبذب ميتشام المعدل عاكس طور كلاب، لكنه يستبدل مصباح التنجستن بمحدد ثنائي. [ 25 ]

مذبذب هيوليت

رسم تخطيطي مبسط لمذبذب جسر وين من براءة اختراع هيوليت الأمريكية رقم 2,268,872. المكثفات غير المميزة لها سعة كافية لاعتبارها دوائر قصر عند تردد الإشارة. المقاومات غير المميزة تُعتبر قيمًا مناسبة لتحيز وتحميل الصمامات المفرغة. تختلف تسميات العقد ورموز المراجع في هذا الشكل عن تلك المستخدمة في براءة الاختراع. كانت الصمامات المفرغة المشار إليها في براءة اختراع هيوليت خماسية وليست ثلاثية كما هو موضح هنا.

يمكن اعتبار مذبذب جسر وين الخاص بويليام ر. هيوليت مزيجًا من مضخم تفاضلي وجسر وين، موصولين في حلقة تغذية راجعة موجبة بين خرج المضخم والمدخلات التفاضلية. عند تردد التذبذب، يكون الجسر متوازنًا تقريبًا وله نسبة نقل صغيرة جدًا. كسب الحلقة هو نتاج كسب المضخم العالي جدًا ونسبة الجسر المنخفضة جدًا. [ 26 ] في دائرة هيوليت، يُنفذ المضخم بواسطة أنبوبين مفرغين. المدخل العاكس للمضخم هو مهبط الأنبوب V1 ، والمدخل غير العاكس هو شبكة التحكم للأنبوب V2 . لتبسيط التحليل، يمكن نمذجة جميع المكونات باستثناء R1 و R2 و C1 وC2 كمضخم غير عاكس بكسب 1+Rf / Rb ومعاوقة دخل عالية . تشكل المقاومات R1 و R2 والمكثفات C1 وC2 مرشح تمرير نطاقي موصول لتوفير تغذية راجعة موجبة عند تردد التذبذب. تسخن المقاومة Rb ذاتيًا ، مما يزيد من التغذية الراجعة السالبة التي تقلل من كسب المضخم حتى الوصول إلى نقطة يكون فيها الكسب كافيًا للحفاظ على التذبذب الجيبي دون زيادة تحميل المضخم. إذا كانت R1 = R2 و C1 = C2، فإن Rf /Rb = 2 عند الاتزان، ويكون كسب المضخم 3. عند تشغيل الدائرة لأول مرة، يكون المصباح باردًا، ويكون كسب الدائرة أكبر من 3، مما يضمن بدء التشغيل. يمر تيار الانحياز المستمر لأنبوب التفريغ V1 أيضًا عبر المصباح. لا يغير هذا من مبادئ عمل الدائرة، ولكنه يقلل من سعة الخرج عند الاتزان لأن تيار الانحياز يساهم في تسخين المصباح.

توصلت أطروحة هيوليت إلى الاستنتاجات التالية: [ 27 ]

يُعدّ مذبذب المقاومة والسعة من النوع الموصوف آنفًا مناسبًا تمامًا للاستخدام في المختبرات. فهو يتميز بسهولة التعامل مع مذبذب التردد النبضي، مع قلة عيوبه. أولًا، يتميز هذا المذبذب بثبات ترددي أفضل بكثير عند الترددات المنخفضة مقارنةً بمذبذب التردد النبضي. كما أنه لا يتطلب وضعًا دقيقًا للأجزاء لضمان استقرارها في درجات الحرارة المنخفضة، ولا دوائر كشف مصممة بعناية لمنع تداخل المذبذبات. ونتيجةً لذلك، يمكن تقليل الوزن الإجمالي للمذبذب إلى أدنى حد. فعلى سبيل المثال، يزن مذبذب من هذا النوع، بما في ذلك مضخم طاقة بقدرة 1 واط ووحدة تغذية، 8 كيلوغرامات فقط، مقارنةً بـ 42 كيلوغرامًا لمذبذب التردد النبضي من شركة جنرال راديو ذي الأداء المماثل. ويُقارن مستوى التشوه وثبات الإشارة الخارجة فيه بشكل إيجابي مع أفضل مذبذبات التردد النبضي المتوفرة حاليًا. وأخيرًا، يمكن تصميم وبناء مذبذب من هذا النوع على نفس أساس جهاز استقبال البث التجاري، ولكن مع تعديلات أقل. وبذلك، يجمع بين جودة الأداء وانخفاض التكلفة ليُشكّل مذبذبًا مثاليًا للمختبر.

جسر فيينا

كانت دوائر الجسر طريقة شائعة لقياس قيم المكونات عن طريق مقارنتها بقيم معروفة. في كثير من الأحيان، يتم وضع مكون مجهول في أحد أذرع الجسر، ثم يتم إلغاء الجسر عن طريق ضبط الأذرع الأخرى أو تغيير تردد مصدر الجهد (انظر، على سبيل المثال، جسر ويتستون ).

يُعد جسر فين أحد الجسور الشائعة العديدة. [ 28 ] يُستخدم جسر فين لقياس السعة بدقة بدلالة المقاومة والتردد. [ 29 ] كما استُخدم لقياس الترددات الصوتية.

لا يتطلب جسر وين قيمًا متساوية للمقاومة R أو السعة C. يتغير طور الإشارة عند الجهد Vp بالنسبة للإشارة عند الجهد Vout من حوالي 90 درجة متقدمة عند الترددات المنخفضة إلى حوالي 90 درجة متأخرة عند الترددات العالية. عند تردد متوسط، يكون فرق الطور صفرًا. عند هذا التردد، تكون نسبة Z1 إلى Z2 حقيقية بحتة (الجزء التخيلي صفر). إذا تم ضبط نسبة Rb إلى Rf لتكون متساوية، يكون الجسر متوازنًا ويمكن للدائرة أن تحافظ على التذبذب. ستتذبذب الدائرة حتى لو كان فرق الطور بين Rb / Rf صغيرًا ، وحتى لو كان فرق الطور بين مدخلي العاكس وغير العاكس للمضخم مختلفًا. سيكون هناك دائمًا تردد يكون عنده فرق الطور الكلي لكل فرع من فروع الجسر متساويًا. إذا لم يكن هناك فرق طور بين Rb / Rf ، وكان فرق الطور بين مدخلي المضخم صفرًا ، يكون الجسر متوازنًا عندما: [ 30 ]

ω2=1R1R2ج1ج2{\displaystyle \omega ^{2}={1 \over R_{1}R_{2}C_{1}C_{2}}}و RوRب=ج1ج2+R2R1{\displaystyle {R_{f} \over R_{b}}={C_{1} \over C_{2}}+{R_{2} \over R_{1}}}

حيث ω هي التردد الزاوي.

إذا اختار المرء R 1 = R 2 و C 1 = C 2 فإن R f = 2 R b .

من الناحية العملية، لن تكون قيم R و C متساوية تمامًا أبدًا، لكن المعادلات أعلاه توضح أنه بالنسبة للقيم الثابتة في معاوقات Z 1 و Z 2 ، فإن الجسر سيتوازن عند ω معينة ونسبة معينة من R b / R f .

تحليل

تم تحليلها من خلال كسب الحلقة

وفقًا لشيلينغ، [ 26 ] فإن كسب الحلقة لمذبذب جسر وين، في ظل الشرط R1 = R2 = R و C1 = C2 = C، يُعطى بالعلاقة التالية:

تي=(RجsR2ج2s2+3Rجs+1-RبRب+Rو)أ0{\displaystyle T=\left({\frac {RCs}{R^{2}C^{2}s^{2}+3RCs+1}}-{\frac {R_{b}}{R_{b}+R_{f}}}\right)A_{0}\,}

أينأ0{\displaystyle A_{0}\,}يمثل الكسب المعتمد على التردد لمضخم العمليات (لاحظ أنه تم استبدال أسماء المكونات في شيلينغ بأسماء المكونات في الشكل الأول).

ويضيف شيلينغ أن شرط التذبذب هو T=1، وهو ما يتحقق بواسطة

ω=1Rج→و=12πRج\displaystyle \omega ={\frac {1}{RC}}\rightarrow f={\frac {1}{2\pi RC}}\,}

و

RوRب=2أ0+3أ0-3{\displaystyle {\frac {R_{f}}{R_{b}}}={\frac {2A_{0}+3}{A_{0}-3}}\,} معليمأ0→∞RوRب=2{\displaystyle \lim _{A_{0}\rightarrow \infty }{\frac {R_{f}}{R_{b}}}=2\,}

يوجد تحليل آخر، مع إشارة خاصة إلى استقرار التردد والانتقائية، في شتراوس (1970 ، ص 671) وهاملتون (2003 ، ص 449) .  

شبكة تحديد التردد

ح(s)=R1/(1+sج1R1)R1/(1+sج1R1)+R2+1/(sج2){\displaystyle H(s)={\frac {R_{1}/(1+sC_{1}R_{1})}{R_{1}/(1+sC_{1}R_{1})+R_{2}+1/(sC_{2})}}}
ح(s)=sج2R1(1+sج1R1)(sج2R1/(1+sج1R1)+sج2R2+1){\displaystyle H(s)={\frac {sC_{2}R_{1}}{(1+sC_{1}R_{1})(sC_{2}R_{1}/(1+sC_{1}R_{1})+sC_{2}R_{2}+1)}}}
ح(s)=sج2R1sج2R1+(1+sج1R1)(sج2R2+1){\displaystyle H(s)={\frac {sC_{2}R_{1}}{sC_{2}R_{1}+(1+sC_{1}R_{1})(sC_{2}R_{2}+1)}}}
ح(s)=sج2R1ج1ج2R1R2s2+(ج2R1+ج2R2+ج1R1)s+1{\displaystyle H(s)={\frac {sC_{2}R_{1}}{C_{1}C_{2}R_{1}R_{2}s^{2}+(C_{2}R_{1}+C_{2}R_{2}+C_{1}R_{1})s+1}}}

لنفترض أن R = R1 = R2 و C = C1 = C2

ح(s)=sجRج2R2s2+3جRs+1{\displaystyle H(s)={\frac {sCR}{C^{2}R^{2}s^{2}+3CRs+1}}}

قم بالتطبيع إلى CR = 1.

ح(s)=ss2+3s+1{\displaystyle H(s)={\frac {s}{s^{2}+3s+1}}}

وبالتالي، فإن الشبكة المحددة للتردد لها صفر عند 0 وأقطاب عند-1.5±52{\displaystyle -1.5\pm {\frac {\sqrt {5}}{2}}}أو −2.6180 و −0.38197.

تثبيت السعة

يكمن سرّ التذبذب منخفض التشوه في مذبذب جسر فيين في طريقة تثبيت السعة التي لا تعتمد على القطع. وقد نشر ميتشام فكرة استخدام مصباح في تكوين جسر لتثبيت السعة عام ١٩٣٨. [ ٣١ ] تميل سعة المذبذبات الإلكترونية إلى الزيادة حتى الوصول إلى القطع أو أي حد آخر للكسب . وهذا يؤدي إلى تشوه توافقي عالٍ، وهو أمر غير مرغوب فيه في كثير من الأحيان.

استخدمت شركة هيوليت مصباحًا متوهجًا ككاشف للطاقة، ومرشح تمرير منخفض، وعنصر تحكم في كسب دائرة التغذية الراجعة للمذبذب للتحكم في سعة الخرج. تزداد مقاومة فتيل المصباح (انظر مقال المقاومة ) مع ارتفاع درجة حرارته. وتعتمد درجة حرارة الفتيل على الطاقة المبددة فيه وعوامل أخرى. إذا كانت دورة المذبذب (مقلوب تردده) أقصر بكثير من الثابت الزمني الحراري للفتيل، فإن درجة حرارة الفتيل ستكون ثابتة تقريبًا خلال الدورة. عندئذٍ، تحدد مقاومة الفتيل سعة إشارة الخرج. فإذا زادت السعة، يسخن الفتيل وتزداد مقاومته. صُممت الدائرة بحيث تؤدي زيادة مقاومة الفتيل إلى تقليل كسب الحلقة، مما يقلل بدوره من سعة الخرج. والنتيجة هي نظام تغذية راجعة سالبة يُثبّت سعة الخرج عند قيمة ثابتة. مع هذا النوع من التحكم في السعة، يعمل المذبذب كنظام خطي شبه مثالي، ويُنتج إشارة خرج ذات تشويه منخفض للغاية. أما المذبذبات التي تستخدم التحديد للتحكم في السعة، فغالباً ما تُعاني من تشويه توافقي كبير. عند الترددات المنخفضة، ومع اقتراب دورة مذبذب جسر وين من الثابت الزمني الحراري للمصباح المتوهج، يصبح عمل الدائرة أكثر لا خطية، ويرتفع تشويه الخرج بشكل ملحوظ.

تُعاني المصابيح الكهربائية من بعض العيوب عند استخدامها كعناصر للتحكم في كسب مذبذبات جسر وين، وأبرزها حساسيتها العالية للاهتزازات نتيجة لطبيعتها الميكروفونية التي تُعدّل سعة خرج المذبذب، بالإضافة إلى محدودية استجابتها للترددات العالية بسبب طبيعة سلكها الحلزوني الحثي، ومتطلبات التيار التي تتجاوز قدرة العديد من مضخمات العمليات . وقد استُخدمت في مذبذبات جسر وين الحديثة عناصر غير خطية أخرى، مثل الثنائيات ، والمقاومات الحرارية ، وترانزستورات تأثير المجال ، أو الخلايا الضوئية ، لتحقيق استقرار السعة بدلاً من المصابيح الكهربائية.  ويمكن تحقيق تشويه منخفض يصل إلى 0.0003% (3 جزء في المليون) باستخدام مكونات حديثة لم تكن متاحة لشركة هيوليت. [ 32 ]

تُظهر مذبذبات جسر فيين التي تستخدم الثرمستورات حساسية شديدة لدرجة الحرارة المحيطة نظرًا لانخفاض درجة حرارة تشغيل الثرمستور مقارنة بالمصباح المتوهج. [ 33 ]

ديناميكيات التحكم التلقائي في الكسب

مخطط مسار الجذور لمواقع أقطاب مذبذب جسر وين عند R₁ = R₂ = 1 و C₁ = C₂ = 1 مقابل K = (Rₑ + Rₘ ) /Rₑ . تظهر القيم العددية لـ K باللون البنفسجي. يكون مسار الأقطاب عموديًا على المحور التخيلي (β) عندما K = 3. أما عندما K >> 5، فيقترب أحد القطبين من نقطة الأصل بينما يقترب الآخر من K. [ 34 ]

تؤدي الاضطرابات الطفيفة في قيمة R<sub> b</sub> إلى تحرك الأقطاب المهيمنة ذهابًا وإيابًا عبر المحور التخيلي jω. إذا تحركت الأقطاب إلى النصف الأيسر من المستوى المركب، يتلاشى التذبذب أُسّيًا حتى يصل إلى الصفر. أما إذا تحركت الأقطاب إلى النصف الأيمن من المستوى المركب، فينمو التذبذب أُسّيًا حتى يحده عامل ما. إذا كان الاضطراب صغيرًا جدًا، تكون قيمة Q المكافئة كبيرة جدًا، مما يؤدي إلى تغير السعة ببطء. إذا كانت الاضطرابات صغيرة وتنعكس بعد فترة وجيزة، يتبع الغلاف منحنىً منحدرًا. الغلاف هو تقريبًا تكامل الاضطراب. يتلاشى تأثير الاضطراب على دالة نقل الغلاف بمعدل 6  ديسيبل/أوكتاف، ويتسبب في إزاحة طورية قدرها -90 درجة.

تتمتع اللمبة الكهربائية بقصور حراري، لذا فإن دالة نقل الطاقة إلى المقاومة فيها تُظهر مرشح تمرير منخفض أحادي القطب. وتكون دالة نقل الغلاف ودالة نقل اللمبة متصلتين فعليًا على التوالي، مما يجعل حلقة التحكم تحتوي فعليًا على قطب تمرير منخفض وقطب عند الصفر، مع إزاحة طور صافية تقارب -180 درجة. وهذا من شأنه أن يُسبب استجابة عابرة ضعيفة في حلقة التحكم نظرًا لانخفاض هامش الطور . وقد يُظهر الخرج تشويشًا . وقد بيّن برنارد م. أوليفر [ 35 ] أن الضغط الطفيف للكسب بواسطة المُضخّم يُخفف من تأثير دالة نقل الغلاف، بحيث تُظهر معظم المذبذبات استجابة عابرة جيدة، باستثناء الحالات النادرة التي تلغي فيها اللاخطية في الصمامات المفرغة بعضها بعضًا، مما يُنتج مُضخّمًا خطيًا بشكل غير عادي.

مراجع

  1. ↑ فيينا 1891
  2. ↑ تيرمان 1933
  3. ^ تيرمان 1935 ، ص 283-289 
  4. ^ تيرمان 1937 ، ص 371-372 
  5. ↑ أرغيمباو 1933
  6. ↑ غروسكوفسكي 1934
  7. ↑ تيرمان 1937 ، ص 370 
  8. ↑ ميتشام 1939
  9. 1 2 ميتشام 1938
  10. ↑ سكوت 1939
  11. ↑ سكوت 1938
  12. ↑ بلاك 1934أ
  13. ↑ بلاك 1934ب
  14. ↑ HP 2002
  15. ↑ شارب إند
  16. ↑ تيرمان وآخرون 1939
  17. ↑ شارب nd ، ص. ??? ؛ يتذكر باكارد أول عرض توضيحي لـ 200A في بورتلاند. 
  18. ↑ شارب ، ص. xxx 
  19. ↑ يذكر ويليامز (1991 ، ص 46) : "ربما يكون هيوليت قد اقتبس هذه التقنية من ميتشام، الذي نشرها عام 1938 كوسيلة لتثبيت مذبذب بلوري كوارتز. وتوجد ورقة ميتشام، "المذبذب المثبت بالجسر"، في المرجع رقم خمسة في أطروحة هيوليت." 
  20. ↑ هيوليت 1942
  21. ↑ ويليامز 1991 ، الصفحات 46-47 
  22. ↑ غرايم، جيرالد ج.؛ توبي، جين إي.؛ هولسمان، لورانس ب. (1971). مكبرات العمليات، التصميم والتطبيقات (الطبعة الأولى  ). ماكجرو هيل. الصفحات 383-385 . ISBN  0-07-064917-0.
  23. ↑ كلاب 1944أ
  24. ↑ كلاب 1944ب
  25. ↑ ماثيس 1992 ، الصفحات 53-57 
  26. 1 2 شيلينغ وبيلوف 1968 ، ص 612-614 
  27. ↑ هيوليت 1939 ، ص 13 
  28. ↑ تيرمان 1943 ، ص 904 
  29. ↑ تيرمان 1943 ، ص 904 نقلاً عن فيرغسون وبارتليت 1928 
  30. ↑ تيرمان 1943 ، ص 905 
  31. ↑ ميتشام 1938. ميتشام 1938 أ. قدم ميتشام عمله في المؤتمر السنوي الثالث عشر لمعهد مهندسي الراديو، مدينة نيويورك، في 16 يونيو 1938، ونُشر في وقائع معهد مهندسي الراديو في أكتوبر 1938. لم تذكر براءة اختراع هيوليت (المقدمة في 11 يوليو 1939) اسم ميتشام.
  32. ↑ ويليامز 1990 ، الصفحات 32-33 
  33. ↑ Strauss 1970 ، ص 710 ، ينص على أنه "من أجل استقرار السعة المقبول، سيكون من الضروري وجود شكل من أشكال تعويض درجة الحرارة". 
  34. ↑ شتراوس 1970 ، ص 667 
  35. ↑ أوليفر 1960

مراجع أخرى

  • مذبذب صوتي من طراز 200A، 1939 ، متحف HP الافتراضي.
  • مذبذب جسر فين ، بما في ذلك محاكاة SPICE. إن "مذبذب جسر فين" في المحاكاة ليس تصميمًا منخفض التشوه مع تثبيت السعة؛ بل هو مذبذب تقليدي مزود بمحدد ثنائي.
  • أيجرين، بي آر؛ ويليامز، إي إم (يناير 1948)، "نظرية المذبذبات المستقرة السعة"، وقائع معهد مهندسي الراديو ، 36 (1): 16-19 ، doi : 10.1109/JRPROC.1948.230539 ، S2CID 51640873 
  • محاكي عبر الإنترنت لمذبذب جسر فين – يوفر محاكاة عبر الإنترنت لمذبذب جسر فين.
  • بيل هيوليت ومصباحه السحري (أرشيف 27 مارس 2012 ، مختبرات كليفتون)
  • تيرمان، إف إي؛ بوس، آر آر؛ هيوليت، دبليو آر؛ كاهيل، إف سي (أكتوبر 1939)، "بعض تطبيقات التغذية الراجعة السلبية مع إشارة خاصة إلى معدات المختبر" (ملف PDF) ، وقائع معهد مهندسي الراديو ، 27 (10): 649-655 ، doi : 10.1109/JRPROC.1939.228752 ، S2CID 51642790 (يُرجى مراجعة إدوارد ل. جينزتون في نهاية الورقة). (عُرضت في 16 يونيو 1938 في المؤتمر السنوي الثالث عشر، واستُلمت المخطوطة في 22 نوفمبر 1938، ونُقّحت في 1 أغسطس 1939)؛ كما قدّم ميتشام بحثًا في المؤتمر السنوي الثالث عشر في 16 يونيو 1938. انظر BSTJ. عُرضت أيضًا في مؤتمر ساحل المحيط الهادئ، بورتلاند، أوريغون، في 11 أغسطس 1938.
    ذكر تيرمان وآخرون (1939 ، الصفحات 653-654) ، في مقالهم " المذبذبات المُثبَّتة بالمقاومة باستخدام التغذية الراجعة السالبة "، ما يلي: "للاطلاع على مناقشة المذبذبات المُثبَّتة بالمقاومة العادية، انظر الصفحات 283-289 من كتاب إف إي تيرمان، "القياسات في هندسة الراديو"، شركة ماكجرو هيل للنشر، نيويورك، نيويورك، (1935)." OCLC 180980 ASIN B001KZ1IFK (تحديد ثنائي)   
    يذكر تيرمان وآخرون (1939 ، ص 654) : "يشبه هذا المذبذب [هيوليت] إلى حد ما ذلك الذي وصفه إتش إتش سكوت في بحثه "نوع جديد من الدوائر الانتقائية وبعض التطبيقات"، وقائع معهد مهندسي الراديو، المجلد 26، ص 226-236؛ فبراير (1938)، على الرغم من اختلافه في عدد من الجوانب، مثل تزويده بتحكم في السعة وضبط تردده بواسطة مكثفات متغيرة بدلاً من مقاومات متغيرة. هذه الميزة الأخيرة تجعل المعاوقة من نقطة إلى الأرض ثابتة عند تغيير السعة لتغيير التردد، مما يبسط تصميم دوائر التضخيم بشكل كبير." 
  • براءة الاختراع الأمريكية رقم 2319965 ، وايز، ريموند أو.، "مذبذب جسري متغير التردد"، نُشرت في 14 يونيو 1941، وصدرت في 25 مايو 1943، مُخصصة لمختبرات بيل للهواتف. 
  • براءة الاختراع الأمريكية رقم 2343539 ، إدسون، ويليام أ.، "مذبذب مستقر"، نُشرت في 16 يناير 1942، وصدرت في 7 مارس 1944، مُخصصة لمختبرات بيل للهواتف. 
  • http://www.radiomuseum.org/forum/single_pentode_wien_bridge_oscillator.html
    يحتوي الرابط https://www.worldradiohistory.com/Archive-Bell-Laboratories-Record/40s/Bell-Laboratories-Record-1945-12.pdf على سيرة بلاك؛ وقد فاز "مضخم التغذية الراجعة المستقر" بجائزة في عام 1934.
  • براءة اختراع أمريكية رقم 2,303,485. لاحقًا (31 ديسمبر 1940) براءة اختراع ميتشام حول المذبذبات متعددة الترددات المثبتة بالجسر باستخدام دوائر الرنين المتسلسلة.