مذبذب Wien-Robinson oscillator

تم وصف تصميم وأداء نسخة معدلة من مذبذب “Robinson” باستخدام “MOSFETs” وكاشف “NMR” الذي يوفر حساسية ممتازة، والقادر على العمل بمستويات “RF” منخفضة للغاية حتى “1 مللي فولت” ويسمح بالتسجيل المناسب لإشارات “NMR” الضعيفة حتى في درجات حرارة الغرفة، والدائرة سهلة التنفيذ ولا تتطلب أي مكونات أو تخطيطات مهمة.

ما هو مذبذب Wien-Robinson Oscillator؟

مذبذب “Wien-Robinson oscillator”: هو عبارة عن دائرة مذبذب إلكترونية صُممت للاستخدام في مجال الرنين المغناطيسي النووي “NMR” للموجة المستمرة “CW”، ولقد كان تطوراً للمذبذب الهامشي.

يجب على المرء أن يميز بين المذبذب الهامشي ومذبذب روبنسون على الرغم من أنّه في بعض الأحيان يتم الخلط بينهما، ويشار إليهما باسم مذبذب روبنسون الهامشي، وتعتمد أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي الحديثة على الرنين المغناطيسي النووي النبضي أو تحويل فورييه ولا يعتمدون على استخدام مثل هذه المذبذبات.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.

• “NMR” هي اختصار لـ “Nuclear magnetic resonance”.

• “CW” هي اختصار لـ “Continues Wave”.

أساسيات مذبذب Wien-Robinson oscillator:

تم الكشف عن مذبذب “Wien-Robinson”، حيث يتم ترتيب فرع ردود الفعل السلبية وفرع ردود الفعل الإيجابية بين ناتج مكبر للصوت التشغيلي والإمكانات المرجعية، ويشتمل فرع التغذية الراجعة السلبية المذكور على مقاومين متصلين تسلسليين، حيث يتم توصيل نقطة التبديل المشتركة الخاصة بهما بالمدخل المقلوب لمكبر التشغيل، كما يتكون فرع التغذية الراجعة الإيجابية من عضوين متصلين بشكل متسلسل “RC”، حيث يتم توصيل نقطة التبديل المشتركة الخاصة بها بالمدخل غير المقلوب لمكبر التشغيل.

يتطلب الحفاظ على اتساع جهد الناتج لثابت المذبذب تدابير إضافية تزيد من التعقيد الفني للدائرة، ومن أجل تثبيت جهد الناتج للمذبذب مع تقليل التعقيد التقني، يتم وضع المقاوم الثالث بين نهاية فرع التغذية المرتدة الموجبة، والذي يقع مقابل الإمكانات المرجعية وناتج مكبر التشغيل، كما يتم توصيل نقطة التبديل المشتركة لفرع التغذية الراجعة الإيجابية والمقاوم الثالث بمصدر جهد إضافي موجب وسالب عبر صمامات ثنائية ذات قطبية معاكسة.

تكون مقادير إمداد الجهد الإضافي متطابقة بينما تكون الثنائيات مستقطبة بحيث تحد الثنائيات المذكورة من جهد نقطة التبديل المشتركة، وتستخدم هذه المذبذبات لتغذية مجسات الإزاحة الحثية أو السعودية.

آلية عمل مذبذب Wien-Robinson oscillator:

في مذبذب “Wien-Robinson” يتم ترتيب مسار ردود الفعل السلبية ومسار ردود الفعل الإيجابية بين ناتج مكبر تشغيلي وإمكانية أرضية مرجعية، كما يحتوي مسار التغذية الراجعة السلبية على مقاومين متصلين في سلسلة ونقطة دائرتهما المشتركة متصلة بالمدخل المقلوب لمضخم التشغيل، ويتكون مسار التغذية الراجعة الإيجابية من عنصرين “RC” متصلين في سلسلة ونقطة دائرتهما المشتركة متصلة بالمدخل غير المقلوب لمكبر التشغيل.

وإذا كان الهدف هو الحفاظ على اتساع جهد الناتج من المذبذب ثابتاً، يلزم اتخاذ تدابير إضافية ممّا يزيد من تعقيد الدوائر، ومن أجل تثبيت جهد الناتج من المذبذب مع القليل من التعقيد يتم ترتيب المقاوم الثالث بين ناتج مكبر التشغيل ونهاية مسار التغذية الراجعة الإيجابية الذي يواجه بعيداً عن إمكانات الأرض المرجعية، كما يتم توصيل نقطة الدائرة المشتركة بين مسار التغذية الراجعة الإيجابية والمقاوم الثالث عبر الثنائيات المتصلة بحواس متناقضة بجهد مساعد موجب وبجهد إضافي سالب.

تكون مقادير الفولتية المساعدة من نفس الحجم ويتم توصيل الثنائيات بحيث تحد من الجهد عند نقطة الدائرة المشتركة، وتستخدم مثل هذه المذبذبات في مجموعة من الأمور، كما يتم التحكم في تردد مذبذب “Wien-Robinson” بواسطة عناصر “RC”، أي الشبكات المكونة من المقاومات والمكثفات.

يُفضل استخدام مثل هذه المذبذبات في نطاق تردد الصوت، حيث إنّ المحاثة والسعة لمذبذبات “LC” في هذا النطاق الترددي كبير بشكل غير مريح، وفي حالة مذبذب “Wien-Robinson”، كما يتم ترتيب مسار ردود الفعل السلبية ومسار التغذية المرتدة الإيجابية بين ناتج مكبر التشغيل وإمكانية الأرض المرجعية، ويشتمل مسار التغذية الراجعة السلبية بشكل أساسي على مقاومين وترتبط نقطة دائرتها المشتركة بالمدخل المقلوب لمضخم التشغيل.

يشتمل مسار التغذية الراجعة الإيجابية على عنصرين “RC” متصلين في سلسلة ونقطة دائرتهما المشتركة متصلة بالمدخل غير المقلوب لمضخم التشغيل، ويشتمل عنصر “RC” الذي يتم ترتيبه بين المدخلات غير المقلوبة لمكبر التشغيل والإمكانات الأرضية المرجعية على مقاومة ومكثف متصل بالتوازي، ويشتمل عنصر “RC” الآخر الذي يتم ترتيبه بين المدخلات غير المقلوبة وناتج مكبر التشغيل على مقاوم إضافي ومكثف إضافي متصل في سلسلة.

ومن أجل تلبية حالة التذبذب لمذبذب “Wien-Robinson”، فإنّ المقاوم الذي يتم ترتيبه في مسار التغذية المرتدة السلبية بين المدخلات المقلوبة لمضخم التشغيل، وإمكانات الأرض المرجعية لديها نصف مقاومة المقاوم التي يتم ترتيبها بين العاكس المدخلات والمخرجات من مكبر الصوت التشغيلي، وعلاوةً على ذلك فإنّ المقاومات والمكثفات في عنصري “RC” من مسار التغذية المرتدة الإيجابية لها نفس الحجم.

ومن أجل تثبيت جهد الناتج للمذبذب فإنّ المقاوم يتم ترتيبه بين إمكانات الأرض المرجعية والمدخلات العكسية لمكبر التشغيل، وشكل مقاوم ثابت ومقاوم يمكن التحكم فيه متصل في سلسلة بحيث يتكون المقاوم الذي يمكن التحكم فيه عن طريق مسار الإنتاج والمصدر في ترانزستور ذو تأثير مجال متماثل بشكل عام، والذي يتم توصيل اتصال تصريفه بإمكانية الأرض المرجعية، وفي حالة ترانزستور تأثير المجال المتماثل قد يتم توصيل اتصال المصدر بدلاً من ذلك بإمكانية الأرض المرجعية، وبدلاً من توصيل المنتج.

ويسمح المقاوم القابل للتحكم في شكل ترانزستور تأثير المجال بتغير نسبة المقاومة في مسار التغذية الراجعة السلبية، بحيث تفي بشرط جهد الناتج من المذبذب ليكون له سعة ثابتة، ولهذا الغرض يتم تصحيح جهد الناتج من المذبذب ويتم توفير الجهد المعدل عبر دائرة مطابقة لتوصيل بوابة ترانزستور تأثير المجال كجهد تحكم، ويعتمد مستوى اتساع جهد الناتج من المذبذب في هذه الدائرة على بيانات ترانزستور تأثير المجال.

يمكن تحسين استقرار جهد الناتج من المذبذب عن طريق التضخيم الوسيط لجهد البوابة، وعلى الرغم من أنّ التدابير المذكورة تعمل على تحسين استقرار جهد الناتج من المذبذب، إلّا أنّها من ناحية أخرى تزيد من تعقيد الدوائر المطلوبة للمذبذب، ومن العيوب الأخرى في ترتيب الدائرة أنّ نظام التحكم في الاتساع شديد الحساسية لتداخل التوافق الكهرومغناطيسي، وتشير الأحرف “EMC” إلى “التوافق الكهرومغناطيسي” في هذه الحالة.

تطور مذبذب Wien-Robinson oscillator:

تشتمل التطورات المفيدة على المقاوم المتصل بنقطة دائرة مشتركة ممّا يحسن جودة الإشارة، ولا سيما الشكل الجيبي لجهد الناتج من المذبذب ويقلل عامل التشويه، ويمكن استخدام أحد الوصلتين للمقاومة التي تم ترتيبها في سلسلة مع ناتج مضخم التشغيل كناتج للمذبذب، وإذا تم استخدام اتصال المقاوم الذي يواجه بعيداً عن ناتج مضخم التشغيل كناتج للمذبذب، يكون اتساع جهد الناتج مع الحمل الثابت بشكل أساسي أكثر استقراراً من ناتج مكبر التشغيل التشغيلي كناتج من المذبذب.

وعلاوة على ذلك يتم قمع التوافقي الثالث لجهد الناتج من المذبذب، ويتم إنتاج إشارة مستقرة على الرغم من التغييرات في الحمل إذا تم استخدام ناتج مضخم التشغيل كناتج للمذبذب، كما تُعتبر إشارة الناتج من مكبر التشغيل مناسبة للغاية كإشارة مساعدة للتحكم في عمليات التبديل، ويؤدي استخدام محرك متصل في اتجاه مجرى التيار من ناتج المذبذب إلى تجنب ردود الفعل على المذبذب عندما يتغير الحمل أو استجابةً للاضطرابات الخارجية، والتي يتم حقنها عبر كابل يؤدي إلى الحمل.

تحميل ناتج الناقل بدائرة طنين مكونة من ممانعة استقرائية وسعة متصلة بالتوازي، ويمنع تداخل التردد اللاسلكي ويقلل من التيار المسحوب والطاقة المفقودة في المذبذب، وهذا هو الحال إلى حد معين عندما يتم تصميم التردد الطبيعي لدائرة الطنين، بحيث يكون مساوياً لتردد التذبذب للمذبذب، والمذبذب مناسب بشكل خاص لتغذية مستشعرات القيمة المقاسة الاستقرائي أو السعوي على وجه الخصوص مستشعرات الحركة.