دورة العمل

تعرف دورة العمل

D

بأنها النسبة بين مدة النبضة أو عرض النبضة (

PW

) والفترة (

T

) لموجة مستطيلة.

التمثيل الرسومي لترددات مكونات الإشارة (الطيف) فيما يتعلق بدورة العمل

يعني مصطلح دورة العمل أو دورة الطاقة إنگليزية: Duty Cycle الجزء المئوي لفترة واحدة يكون فيه إشارة أو نظام نشطاً.^[1]^[2]^[3] يتم تعبير الدورة العمل بشكل شائع مئوياً أو نسبة. وتمثل الفترة الزمنية اللازمة للإشارة لإكمال دورة تشغيل وإيقاف. ويمكن تعبير عن دورة العمل بالنسبة المئوية كصيغة رياضية على النحو التالي:

D={\frac {PW}{T}}\times 100\%

^[2]

بالمثل، يمكن التعبير عن دورة العمل (النسبة) بالشكل التالي:

D={\frac {PW}{T}}

حيث أن:

$D$ دورة العمل.

$PW$ هي عرض النبضة (زمن تشغيل النبضة).

$T$ هو الفترة الزمنية الكلية للإشارة.

وبالتالي، تعني دورة عمل بنسبة 60% أن الإشارة تكون نشطة لمدة 60% من الزمن وغير نشطة لباقي 40% من الزمن. ويمكن أن يكون "زمن التشغيل" لدورة العمل بنسبة 60% جزءاً من الثانية، أو يوماً، أو حتى أسبوعاً، اعتماداً على طول الفترة الزمنية.

يمكن استخدام دورة العمل لوصف النسبة المئوية لزمن تشغيل الإشارة النشطة في جهاز كهربائي، مثل مفتاح الطاقة في مصدر طاقة التبديل، أو نبضات التفعيل في نظام حي مثل خلية عصبية.^[4]^[5]

يعبر معامل دورة العمل عن الإشارة المتكررة عن نفس المفهوم. وعادة ما يتم التعبير عنه على شكل كسر بدلاً من نسبة مئوية.^[6]

يمكن أيضاً كتابة دورة العمل على شكل $\alpha$ .^[7]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التطبيقات

الكهربائيات والالكترونيات

في مجال الإلكترونيات، تُعرف دورة العمل (Duty Cycle) على أنها النسبة المئوية لمدة النبضة (PW) إلى الفترة الكلية (T) للموجة. وتُستخدم عادة لتمثيل مدة الزمن التي يكون فيها النبض على الحالة العالية (1). في الإلكترونيات الرقمية، تُستخدم الإشارات على شكل موجات مستطيلة والتي تمثلها المنطق 1 والمنطق 0. وتعبر المنطق 1 عن وجود نبضة كهربائية والمنطق 0 عن عدم وجود نبضة كهربائية. على سبيل المثال، يمتلك الإشارة (10101010) دورة عمل بنسبة 50٪، لأن النبض يبقى على الحالة العالية لمدة 1/2 من الفترة ويبقى على الحالة المنخفضة لمدة 1/2 من الفترة. وبالمثل، تبلغ دورة عمل النبضة (10001000) 25٪ لأن النبضة تبقى على الحالة العالية فقط لمدة 1/4 من الفترة ويبقى على الحالة المنخفضة لمدة 3/4 من الفترة. وعادة ما تستخدم المحركات الكهربائية دورة عمل أقل من 100٪. على سبيل المثال، إذا كان يعمل المحرك لمدة ثانية واحدة من كل 100 ثانية، أو 1/100 من الزمن، فإن دورة عمله تبلغ 1/100 أو 1٪.^[8]

تُستخدم تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) في مجموعة متنوعة من الحالات الإلكترونية، مثل توصيل الطاقة وتنظيم الجهد.

في الموسيقى الإلكترونية، يتغير دورة العمل لمركبات الصوت بترددات الصوت للحصول على تأثير طفيف على طوابع الصوت. تعرف هذه التقنية باسم تعديل عرض النبضة أو Pulse-width modulation.

في صناعة الطابعات/الناسخات، يشير مصطلح دورة العمل إلى الإنتاجية المقدرة (أي عدد الصفحات المطبوعة) للجهاز في الشهر الواحد.

في مصدر طاقة اللحام، تعرف دورة العمل القصوى على أنها النسبة المئوية للزمن في الفترة الزمنية لمدة 10 دقائق التي يمكن تشغيلها باستمرار قبل حدوث الاحترار.^[9]

النظم البيولوجية

يتم استخدام مفهوم دورة العمل أيضاً لوصف نشاط الخلايا العصبية والألياف العضلية. في الدوائر العصبونية على سبيل المثال، تشير دورة العمل بشكل خاص إلى النسبة المئوية لفترة الدورة التي يبقى فيها العصب نشطاً.^[5]

توليد الإشارات

هناك طريقة لإنتاج إشارات مربعة دقيقة نسبياً بنسبة دورة 1/n، حيث يكون n عدداً صحيحاً، وذلك عن طريق تغيير دورة العمل حتى يتم كبت التوافقية nth- بشكل كبير. يمكن القيام بذلك حتى لإشارات الصوت عن طريق "الإحساس"؛ على سبيل المثال، يتوافق الانخفاض بمقدار -40dB في التوافقية الثالثة مع وضع نسبة الدورة على 1/3 بدقة تصل إلى 1%، ويتوافق الانخفاض بمقدار -60 dB مع دقة تصل إلى 0.1%.^[10]

نسبة مدة الإشارة السالبة إلى مدة الإشارة الموجبة

يمثل Mark-space ratio، أو mark-to-space ratio، مصطلحاً آخر لنفس المفهوم، والذي يستخدم لوصف العلاقة الزمنية بين مدتين متناوبتين في موجة. ومع ذلك، بينما يتعلق بدورة العمل بمدة فترة واحدة مقارنةً بمدة الدورة الكاملة، يتعلق Mark-space ratio بمدة الفترتين الفردية، وذلك عندما تتناوب الإشارة بين مدة الموجبة ومدة سالبة. ويتم التعبير عن هذه العلاقة الزمنية عادةً على شكل نسبة بين مدة الفترة الموجبة ومدة الفترة السالبة، وقد يتم التعبير عنها أيضاً على شكل قيمة عشرية أو نسبة مئوية:^[11]

{\text{mark-space ratio}}={\frac {PW_{\text{on}}}{PW_{\text{off}}}}

حيث $PW_{\text{on}}$ و $PW_{\text{off}}$ هي مدة الفترتين المتناوبتين.

المراجع

^ Barrett, Steven Frank; Pack, Daniel J. (2006). "Timing subsystem". Microcontrollers Fundamentals for Engineers and Scientists. Morgan and Claypool Publishers. pp. 51–64. ISBN 1-598-29058-4.
^ ^أ ^ب Cox, James F.; Chartrand, Leo (June 26, 2001). "Nonsinusoidal oscillators". Fundamentals of Linear Electronics: Integrated and Discrete (2 ed.). Cengage Learning. pp. 511–584. ISBN 0-766-83018-7.
^ "Definition: duty cycle". Federal Standard 1037C, "Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms". Boulder, Colorado: Institute for Telecommunication Sciences. 1996. Retrieved March 3, 2011.
^ Brown, Martin (1990). "How a switching power supply works". Practical Switching Power Supply Design (Motorola Series in Solid State Electronics). San Diego, CA: Academic Press. pp. 5–8. ISBN 0-121-37030-5.
^ ^أ ^ب Harris-Warrick, Ronald; Nagy, Frédéric; Nusbaum, Michael (1992). Harris-Warrick, Ronald; Marder, Eve; Silverston, Alan; et al. (eds.). Dynamic biological networks: the stomatogastric nervous system. Massachusetts: MIT Press. pp. 87–139. ISBN 0-262-08214-4.
^ Rudolf F. Graf (1999). Modern Dictionary of Electronics. Elsevier Science. p. 225. ISBN 978-0-08-051198-6.
^ Singh, M. D. (2008-07-07). Power Electronics (in الإنجليزية). Tata McGraw-Hill Education. ISBN 9780070583894.
^ "Electric Motors". Machine Design. Retrieved March 23, 2011.
^ "What does the term duty cycle mean?". ZENA, Inc. welding systems. Retrieved March 23, 2011.
^ William M. Hartmann (1997). Signals, Sound, and Sensation. Springer Science & Business Media. p. 109. ISBN 978-1-56396-283-7.
^ "555 Timer Astable Circuit". Retrieved September 19, 2020.

[Barrett-1] Barrett, Steven Frank; Pack, Daniel J. (2006). "Timing subsystem". Microcontrollers Fundamentals for Engineers and Scientists. Morgan and Claypool Publishers. pp. 51–64. ISBN 1-598-29058-4.

[Cox-2] أ ^ب Cox, James F.; Chartrand, Leo (June 26, 2001). "Nonsinusoidal oscillators". Fundamentals of Linear Electronics: Integrated and Discrete (2 ed.). Cengage Learning. pp. 511–584. ISBN 0-766-83018-7.

[federal_standard-3] "Definition: duty cycle". Federal Standard 1037C, "Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms". Boulder, Colorado: Institute for Telecommunication Sciences. 1996. Retrieved March 3, 2011.

[brown-4] Brown, Martin (1990). "How a switching power supply works". Practical Switching Power Supply Design (Motorola Series in Solid State Electronics). San Diego, CA: Academic Press. pp. 5–8. ISBN 0-121-37030-5.

[Harris-Warrick-5] أ ^ب Harris-Warrick, Ronald; Nagy, Frédéric; Nusbaum, Michael (1992). Harris-Warrick, Ronald; Marder, Eve; Silverston, Alan; et al. (eds.). Dynamic biological networks: the stomatogastric nervous system. Massachusetts: MIT Press. pp. 87–139. ISBN 0-262-08214-4.

[Graf1999-6] Rudolf F. Graf (1999). Modern Dictionary of Electronics. Elsevier Science. p. 225. ISBN 978-0-08-051198-6.

[7] Singh, M. D. (2008-07-07). Power Electronics (in الإنجليزية). Tata McGraw-Hill Education. ISBN 9780070583894.

[8] "Electric Motors". Machine Design. Retrieved March 23, 2011.

[9] "What does the term duty cycle mean?". ZENA, Inc. welding systems. Retrieved March 23, 2011.

[Hartmann1997-10] William M. Hartmann (1997). Signals, Sound, and Sensation. Springer Science & Business Media. p. 109. ISBN 978-1-56396-283-7.

[11] "555 Timer Astable Circuit". Retrieved September 19, 2020.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]