ما هو الـ PWM
ما هو الـ PWM؟
طريقة بسيطة للتحكم في الطاقة في الأجهزة الإلكترونية
هل سبق أن رأيت ضوءًا يَخفُت تدريجيًا أو سمعت مروحة تزيد أو تقل في السرعة بسلاسة؟ خلف هذه التأثيرات توجد تقنية ذكية تُستخدم كثيرًا في الإلكترونيات تُعرف باسم PWM، وهي اختصار لـ Pulse Width Modulation أو "تعديل عرض النبضة".
في هذا المقال سنشرح PWM بطريقة مبسطة باستخدام أمثلة واقعية وتشبيهات سهلة الفهم، حتى لو لم تكن لديك خبرة مسبقة في الإلكترونيات.
1. ما هو PWM؟
PWM تعني تعديل عرض النبضة، وهي طريقة للتحكم في كمية الطاقة المُرسَلة إلى جهاز معين دون تغيير الجهد الكهربائي نفسه.
بدلاً من تشغيل الجهاز بطاقة منخفضة، يقوم PWM بتشغيل الجهاز بكامل الطاقة ثم إيقافه بسرعة كبيرة — مئات أو آلاف المرات في الثانية. ومن خلال تغيير المدة التي تبقى فيها الإشارة في وضع التشغيل داخل كل دورة، نستطيع التحكم في مقدار الطاقة المتوسطة التي يتلقاها الجهاز.
2. تشبيه بسيط: شخص يتحكم في مفتاح ضوء يدويًا
تخيل أن هناك شخصًا يقوم كل يوم بتشغيل وإطفاء مصباح غرفة يدويًا.
- يشغل المصباح لمدة 6 ساعات، ثم يطفئه لمدة 18 ساعة، ويكرر هذا النمط إلى الأبد.
- خلال اليوم الكامل (24 ساعة)، يبقى الضوء في وضع التشغيل فقط 6 ساعات.
- أي أن نسبة تشغيل الضوء هي 25٪ من الوقت.
- رغم أن المصباح إما يعمل بالكامل أو لا يعمل أبدًا، فإن متوسط استهلاك الطاقة هو فقط 25٪ مقارنة ببقائه مشتغلاً طوال الوقت.
إذا غيّر هذا الشخص النمط إلى 12 ساعة تشغيل و12 ساعة إيقاف، فإن نسبة التشغيل تصبح 50٪ — وهذه تسمى نسبة دورة التشغيلأو Duty Cycle.
نفس المبدأ يُستخدم في PWM، لكن بدلاً من التبديل كل 24 ساعة، يتم التبديل مئات أو آلاف المرات في الثانية، لذلك يبدو الأمر سلسًا.
3. ما هي نسبة دورة التشغيل (Duty Cycle)؟
نسبة دورة التشغيل هي النسبة المئوية للوقت الذي تكون فيه الإشارة في وضع التشغيل داخل كل دورة كاملة.
- 100٪ → تعمل دائمًا
- 50٪ → تعمل نصف الوقت
- 25٪ → تعمل ربع الوقت
- 0٪ → لا تعمل أبدًا
هذه النسبة تحدد مقدار الطاقة التي تصل إلى الجهاز في المتوسط.
على سبيل المثال، إذا تم تطبيق PWM على LED:
- 100٪ → إضاءة كاملة
- 50٪ → نصف السطوع
- 10٪ → ضوء خافت جدًا
4. أين يُستخدم PWM؟
يُستخدم PWM في العديد من التطبيقات اليومية والأجهزة الإلكترونية، مثل:
- تعتيم الإضاءة – لتعديل سطوع المصابيح بسلاسة
- التحكم في سرعة المراوح – لتقليل أو زيادة سرعة المحركات
- تشغيل المحركات – لتغيير السرعة حسب الحاجة
- توليد الأصوات – مثل إصدار النغمات باستخدام البازر
- التحكم في نماذج الطائرات – لتوجيه السيرفو أو التحكم في الدفع
يُستخدم PWM بكثرة في المشاريع الإلكترونية باستخدام متحكمات مثل Arduino، حيث يمكن استخدام دالة analogWrite(pin, value)لتوليد إشارة PWM على أطراف معينة مثل 3 و5 و6.
5. لماذا لا نخفض الجهد الكهربائي ببساطة؟
قد تتساءل: لماذا لا نقوم فقط بخفض الجهد لتقليل السطوع أو السرعة؟
الإجابة: بعض المكونات الإلكترونية تحتاج إلى حد أدنى من الجهد لتعمل أصلاً.
تخيل أنك تريد تقليل سطوع LED إلى 10٪ فقط. قد تفكر في خفض الجهد من 5 فولت إلى 0.5 فولت — لكن LED لن يضيء.
السبب أن أغلب مصابيح LED تحتاج إلى ما لا يقل عن 0.7 فولت لتعمل. ما دون ذلك، تبقى مطفأة.
لكن مع PWM، نحافظ على الجهد عند 5 فولت، لكن نقلل نسبة دورة التشغيل إلى 10٪، أي:
- يحصل LED على الجهد الكامل عندما يكون التشغيل مفعّلًا.
- لكن لأنه يعمل فقط لفترة قصيرة جدًا في كل دورة، يظهر لنا كأنه ضوء خافت.
- وبالتالي، متوسط الطاقة الذي يتلقاه هو 10٪ فقط.
هذه الطريقة فعالة، دقيقة، وتُقلل من استهلاك الطاقة مقارنة بخفض الجهد.
6. PWM ومحركات السيرفو: التحكم في الزاوية بدقة
PWM يُستخدم أيضًا بشكل أساسي في التحكم بمحركات السيرفو، وهي شائعة في الروبوتات، الطائرات، وأنظمة الأتمتة.
محرك السيرفو المعتاد يدور إلى زاوية محددة عادة بين 0 و180 درجة، لكنه لا يتجاوب مع الجهد العادي. بدلاً من ذلك، يحتاج إلى إشارة PWM بتوقيت دقيق.
- تتكرر إشارة PWM كل 20 مللي ثانية.
- طول النبضة (وقت التشغيل) هو ما يحدد الزاوية:
- نبضة بعرض 1 مللي ثانية → 0 درجة
- نبضة بعرض 1.5 مللي ثانية → 90 درجة
- نبضة بعرض 2 مللي ثانية → 180 درجة
كيف تولد أجهزة الإرسال (مثل FlySky) هذه الإشارات؟
داخل أجهزة التحكم مثل FlySky، يكون عصا التحكم موصولًا بـ مقاومة متغيرة (Potentiometer) تعمل كمقسم جهد.
- عند تحريك العصا، يتغير الجهد الخارج من المقاومة.
- يتم قراءة هذا الجهد وتحويله إلى عرض نبضة PWM يناسب الزاوية المطلوبة.
- تُرسل هذه الإشارة إلى جهاز الاستقبال (Receiver).
- يقوم جهاز الاستقبال بتوليد النبضة الفعلية الموجهة إلى السيرفو، والذي يتحرك وفقًا للزاوية المناسبة.
مثلاً: إذا كانت العصا في المنتصف، فقد يتم إرسال نبضة 1.5 مللي ثانية → السيرفو يتحرك إلى 90°.
إذا كانت العصا في أقصى اليمين → 2 مللي ثانية → السيرفو يتحرك إلى 180°.
7. الخلاصة
PWM قد يبدو مصطلحًا تقنيًا، لكنه في الحقيقة فكرة بسيطة وفعالة جدًا. عن طريق تشغيل وإيقاف الإشارة بسرعة وتغيير المدة التي تبقى فيها قيد التشغيل، يمكننا:
- التحكم في السطوع
- التحكم في السرعة
- تحديد الزاوية
- تقليل استهلاك الطاقة
كل هذا يتم بدقة وبكفاءة، دون الحاجة إلى تقنيات معقدة.
سواء كنت تتحكم في ضوء LED أو محرك أو طائرة صغيرة — فاعلم أن PWM هو من يتحكم في كل ذلك بهدوء من خلف الكواليس.
مواضيع ذات صلة:
يستكشف هذا المقال الجوانب الأساسية لمؤشرات LED، بما في ذلك تكوين الدبابيس، وتحديد القطب الموجب والسالب، والتوصيل الصحيح في الدائرة، وطرق حماية التيار، والمزيد.
المقاومات هي مكونات أساسية في الإلكترونيات، وفهمها ضروري سواء كنت تعمل على دائرة LED بسيطة أو مشروع أكثر تعقيدًا. في هذا الدليل، سنشرح ما هي المقاومات، وما وظيفتها، والأنواع المختلفة المتاحة، وكيفية التعرف عليها—مع تقديم تشبيه واضح وسهل الفهم.
تعرف على أساسيات الدايودات، أنواعها، وظائفها، وتطبيقاتها في الإلكترونيات. اكتشف كيفية استخدامها في تقويم الطاقة، تنظيم الجهد، معالجة الإشارات، والإضاءة.
أو بإمكانك إستكشاف تصنيفات أخرى
عالم الإلكترونيات
الفيزياء وميكانيكا الطيران
استكشف العالم الخفي تحت المجهر
