مذبذب بيرسون-أنسون Pearson-Anson Oscillators

تم معرفة تأثير بيرسون-أنسون عام 1922م من قبل “Stephen Oswald Pearson” و”Horatio St. George Anson”، وهو ظاهرة تذبذب الجهد الكهربائي الناتج عن لمبة نيون متصلة عبر مكثف، وعندما يتم تطبيق تيار مباشر من خلال المقاوم.

ما هو مذبذب بيرسون-أنسون Pearson-Anson Oscillators؟

مذبذب “Pearson-Anson”: هو مذبذب يسمى مذبذب مصباح النيون أو مذبذب سن المنشار هي واحدة من أبسط أنواع مذبذب الاسترخاء، حيث إنّه يولد شكل موجة ناتج سن المنشار، وقد تم استخدامه في التطبيقات ذات التردد المنخفض مثل أضواء التحذير الوامضة والستروبوسكوبات ومولدات النغمات في الأعضاء الإلكترونية ودوائر الموسيقى الإلكترونية الأخرى وفي قواعد الوقت ودوائر الانحراف لأجهزة راسمات الذبذبات لأنبوب أشعة الكاثود المبكرة.

منذ تطوير الإلكترونيات الدقيقة تم استبدال مذبذبات المقاومة السلبية البسيطة هذه في العديد من التطبيقات بمذبذبات استرخاء أشباه الموصلات الأكثر مرونة مثل المؤقت “555 IC”.

آلية عمل مذبذب بيرسون-أنسون Pearson-Anson Oscillators:

في أعلى دائرة مذبذب بيرسون أنسون يتم توصيل مكثف “C” عبر لمبة النيون “N”، كما يتم شحن المكثف باستمرار بالتيار عبر المقاوم “R” حتى يتم توصيل المصباح وتفريغه مرة أخرى وبعد ذلك يتم شحنه مرة أخرى.

• عند تفعيل جهد الإمداد تكون لمبة النيون في حالة مقاومة مرتفعة وتعمل كدائرة مفتوحة “open”، ويبدأ التيار خلال المقاوم في شحن المكثف ويبدأ جهده في الارتفاع باتجاه جهد الإمداد.

عندما يصل الجهد خلال المكثف، فإنّ جهد انهيار المصباح “V b” يتم تشغيل المصباح وتنخفض مقاومته إلى قيمة قليلة، كما يتم تفريغ شحنة المكثف بسرعة خلال المصباح في نبضة مؤقتة للتيار، وعندما يقل ​​الجهد إلى جهد الانعدام “V e” للمصباح، ينطفئ المصباح ويقل ​​التيار من خلاله إلى مستوى منخفض ويبدأ التيار عبر المقاوم في شحن المكثف مرة أخرى وتتكرر الدورة.

وبالتالي تعمل الدائرة كمذبذب استرخاء قليل التردد ويكون جهد المكثف بين جهد الانهيار والانعدام للمصباح في موجة سن المنشار، والفترة تتناسب مع الزمن الثابت “RC”، ويكون مصباح النيون وميضاً قصيراً من الضوء في كل مرة يتم القيام بها، لذلك يمكن أيضاً استخدام الدائرة كدائرة “متوهجة”، وتمنح الوظيفة المزدوجة للمصباح كمصدر للضوء وجهاز تبديل للدائرة عدداً أقل من الأجزاء وتكلفة أقل من العديد من دوائر الوهج البديلة.

شروط التذبذب في مذبذب بيرسون-أنسون Pearson-Anson Oscillators:

يجب أن يكون جهد الإمداد “V S” أكبر من جهد انهيار المصباح “V b” أو لا يمكن للمصباح أن يتم توصيله أبداً، ومعظم مصابيح النيون الصغيرة لها جهد انهيار بين “80 فولت” و”150 فولت”، وإذا كان جهد الإمداد قريباً من جهد الانهيار، فسيكون جهد المكثف في نهاية منحناه الأسي بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى “V b”، وبالتالي فإنّ التردد سيعتمد بشكل حساس على عتبة الانهيار ومستويات جهد الإمداد، ممّا يتسبب في حدوث اختلافات في التردد.

لذلك عادةً ما يكون جهد الإمداد أعلى بكثير من جهد تشغيل المصباح، وهذا أيضاً يجعل التعبئة أكثر خطية وموجة سن المنشار أكثر مثلثة، ويجب أن يكون المقاوم “R” أيضاً خلال نطاق محدد من القيم لتتعرج الدائرة وانحدار خط التنقل يساوي “R”، وتوجد نقاط التشغيل المحتملة للتيار المستمر في الدائرة عند تقاطع خط التحميل ومنحنى مصابيح النيون الرابع أسود اللون من أجل أن تكون الدائرة غير مستقرة وتتأرجح.

ويجب أن يعبر خط التحميل المنحنى في منطقة المقاومة السلبية، حيث ينخفض ​​الجهد مع زيادة التيار كما يتم تحديد ذلك من خلال المنطقة المظلة، وإذا تجاوز خط التحميل المنحنى، حيث يتمتع بمقاومة إيجابية خارج المنطقة المظللة فهذا يمثل نقطة تشغيل ثابتة وبالتالي لن تتأرجح الدائرة.

وإذا كانت “R” كبيرة جداً من نفس ترتيب مقاومة التسرب “إيقاف التشغيل” للمصباح، فإنّ خط الحمل سوف يعبر المنحنى بين الأصل وb”، وفي هذه المنطقة يكون التيار خلال “R” من الإمداد قليلاً جداً لدرجة أنّ تيار التسرب عبر المصباح يستعمله، وبالتالي لا يصل جهد المكثف أبداً إلى “V b” ولا تشتعل اللمبة أبداً، ومقاومة التسرب لمعظم لمبات النيون أكبر من “100MΩ” لذا فإنّ هذا لا يمثل قيداً خطيراً.

إذا كانت “R” صغيرة جداً فسيعبر خط التحميل منحني، وفي هذه المنطقة تكون قيمة التيار عبر “R” كبيرة جداً، وبمجرد تشغيل المصباح سيكون التيار عبر “R” كبيراً بما يكفي لإبقائه موصولًا بدون تيار من المكثف، ولن ينخفض ​​الجهد عبر المصباح أبداً إلى “V e”، لذا لن ينطفئ المصباح أبداً.

عادةً ما تتأرجح مصابيح النيون الصغيرة بقيم “R” بين “500kΩ” و”20MΩ”، وإذا لم تكن قيمة المكثف “C” صغيرة فقد يكون من الضروري إضافة المقاوم في سلسلة مع لمبة النيون، وللحد من التيار من خلاله لحذف الضرر عند تفريغ المكثف، وسيؤدي ذلك إلى زيادة وقت التفريغ وتقليل التردد قليلاً، لكنّ تأثيره سيكون ضئيلاً عند الترددات المنخفضة.

التردد في مذبذب بيرسون-أنسون Pearson-Anson Oscillators:

يمكن حساب فترة التذبذب من عتبات جهد الانهيار والانقراض للمصباح المستخدم، وخلال فترة الشحن يتمتع المصباح بمقاومة عالية ويمكن اعتباره دائرة مفتوحة، لذا فإنّ باقي المذبذب يشكل دائرة “RC” مع جهد مكثف يقترب من “V S” بشكل أسي مع ثابت الوقت “RC”، ولترددات التذبذب حتى حوالي “200 هرتز”، وفوق هذا التأخير الزمني المتنوع يتسبب في أن يكون التردد الفعلي أقل من هذا.

ونظراً للوقت اللازم لتأين الغاز وإزالة الأيونات منه، فإنّ مصابيح النيون هي أجهزة تبديل بطيئة، ويقتصر مذبذب مصباح النيون على تردد أعلى يبلغ حوالي “20 كيلو هرتز”، وقد تختلف جهود انهيار وانعدام مصابيح النيون بين الأجزاء المتماثلة وعادةً ما تُعين الشركات المصنعة نطاقات واسعة فقط لهذه الخصائص، لذلك إذا كان التردد الدقيق مطلوباً، فيجب ضبط الدائرة عن طريق التجربة والخطأ، كما تتغير العتبات أيضاً مع درجة الحرارة وبالتالي فإنّ تردد مذبذبات مصباح النيون ليس مستقراً بشكل خاص.

التذبذبات القسرية والسلوك الفوضوي في مذبذب بيرسون-أنسون Pearson-Anson Oscillators:

مثل مذبذبات الاسترخاء الأخرى يتميز مذبذب لمبة النيون باستقرار تردد ضعيف، ولكن يمكن مزامنته مع جهد دوري خارجي مطبق في سلسلة مع لمبة النيون، وحتى إذا كان التردد الخارجي مختلفاً عن التردد الطبيعي للمذبذب يمكن أن تتجاوز قمم الإشارة المطبقة عتبة انهيار المصباح وتفريغ المكثف قبل الأوان بحيث تصبح فترة المذبذب مغلقة للإشارة المطبقة، كما يمكن أن ينتج السلوك المثير للاهتمام عن تغيير سعة وتردد الجهد الخارجي.

فعلى سبيل المثال قد يقدم المذبذب جهداً متذبذباً يكون تردده لاحقاً للتردد الخارجي، وتُعرف هذه الظاهرة باسم “التضمين” أو “إزالة التضمين”، وقد لوحظت لأول مرة في عام 1927م من قبل “بالتازار فان دير بول” ومعاونه “جان فان دير مارك”، وفي بعض الحالات قد تكون نسبة التردد الخارجي إلى تردد التذبذب الملحوظ في الدائرة عدداً منطقياً، أو حتى عدداً غير منطقي تُعرف الحالة الأخيرة باسم النظام “شبه الدوري”.

عندما يتداخل النظامان الدوري وشبه الدوري قد يصبح سلوك الدائرة غير دوري، ممّا يعني أنّ نمط التذبذبات لا يتكرر أبداً، وترتبط هذه عدم الدورية مع سلوك الدائرة لتصبح فوضوية نظرية الفوضى، وكان مذبذب لمبة النيون القسري هو النظام الأول الذي لوحظ فيه السلوك الفوضوي، وغالباً ما يتم سماع ضوضاء غير منتظمة في مستقبلات الهاتف قبل أن يقفز التردد إلى القيمة الأقل التالية، ومع ذلك فهذه ظاهرة فرعية والتأثير الرئيسي هو إزالة الضرب المنتظم للتردد.