الانظمة الالكترونية مفهومها وانواعها


#1

النظام الالكتروني ببساطة هو ترابط مادي بين مكونات الكترونية ويقوم باجراء عملية معينة عليها باستخدام الطاقة الكهربائية للحصول على الاستجابة المرغوبة او للتحسين من خواص الاشارة المدخلة والتعديل عليها وذللك ممكن ان يكون عن طرق استخدام خط تغذية راجع من المخرجات ويمكن التحكم بهذه العملية باستخدام اجهزة الاستشعار.

فالنظام باختصار يتكون من مدخلات وعملية معالجة لهذه المدخلات ومخرجات وبعضها يوجد فيها خط تغذية راجع وهذه تسمى بالانظمة المغلقة.

يمكن تمثيل الانظمة بطرق عديدة رياضيا او وصفيا او تخطيطيا وغيره وعموما يتم تمثيل الأنظمة الإلكترونية بشكل تخطيطي على شكل سلسلة من كتل مترابطة و كل كتلة لها مجموعتها الخاصة من المدخلات والمخرجات,
ونتيجة لذلك ، حتى انظمة التحكم الأكثر تعقيدا يمكن أن تكون ممثلة من قبل مجموعة من كتل بسيطة وهذا يعرف باسم” تمثيل الوحدات ” او “Block –Diagram Presentation”

التمثيل بمخطط الوحدات لنظام الكتروني بسيط

كما نلاحظ في الرسم الأنظمة الإلكترونية تتكون من مدخلات ومخرجات أو النواتج التي يتم إنتاجها عن طريق معالجة المدخلات. أيضا ، اضافة الى ذلك ان اشارة الدخل هي السبب في التغير الطارئ على هذا النظام والمخرجات هي الاثر او نتيجة هذا التغيير. وبعبارة أخرى ، يصنف نظام إلكتروني باسم ” السببية ” في الطبيعة لما له من علاقة مباشرة بين مدخلاته و مخرجاته وتحليل النظم الإلكترونية و نظرية التحكم تستند بشكل عام إلى هذا السبب وهذا التأثير.

على سبيل المثال في نظام الصوت ، الميكروفون هو( جهاز الإدخال ) يسبب موجات الصوت لتحويلها إلى إشارات كهربائية لمكبر للصوت للتضخيم (عملية ) ، و مكبر الصوت هو ( جهاز الإخراج ) يستخرج الموجات الصوتية كأثر.

ولكن النظام الإلكتروني لا يلزم أن يكون عملية واحدة بسيطة. فإنه يمكن أن يكون الربط بين العديد من النظم الفرعية التي تعمل معا ضمن النظام العام نفسه . نظام الصوت لدينا يمكن ان يكون على سبيل المثال، مكون من مشغل الأقراص المدمجة او مشغل (MP3) أو جهاز استقبال لاسلكي كمدخلات متعددة إلى مكبر للصوت الذي يحرك بدوره واحد أو أكثر من مجموعة من ستيريو أو مكبرات الصوت.

انواع الانظمة الالكترونية

الأنظمة الإلكترونية تعمل على اشارات مستمرة الزمن (CT) أو إشارات متقطعة الزمن (DT) .

الانظمة ذات الزمن المستمر – Continuous-time systems- :

النظام المستمر هو الذي يتم تعريف إشارات الدخل على فترة متصلة من الزمن , ولكن الإشارة في الوقت المستمر يمكن ان تكون دورية تتغير في فترة زمنية تسمى T او تكون غير دورية.

على سبيل المثال، درجة حرارة الغرفة ويمكن ان تصنف على انها إشارة وقت مستمر. ويمكن أن نمثل إشارة الوقت المستمر باستخدام المتغير المستقل t للدلالة على الزمن ، و نمثل إشارة الدخل x(t) input و اشارةالخرج y(t) output على فترة من الزمن t.

عموما، فإن معظم الإشارات الموجودة في العالم المادي تميل إلى أن تكون مستمرة الزمن, على سبيل المثال :الجهد، ودرجة الحرارة، الضغط، السرعة، الخ

النظام ذو الزمن المتقطع – Discrete-time system- :

النظام المتقطع الزمن هو الذي يتم تعريف إشارات الدخل على فترة متقطعة من الزمن أي عند نقاط معينة على الفترة الزمنية N على سبيل المثال درجة حرارة الغرفة الساعة 1 ص و 2ص و3 ص وهكذا حتى مثلا الساعة 7 صباحا وكذلك يمكن ان تكون دورية او غير دورية.

ويمكن أن نمثل إشارة الوقت المتقطع باستخدام المتغير المستقل n ،للدلالة على الزمن و يكون عدد صحيح ، و نمثل إشارة الدخل x(n) input ،و اشارةالخرج y (n) output على فترة من الزمن n.

الربط بين الانظمة :

كما ذكرنا ان الانظمة المعقدة مكونة بالاساس من عدة انظمة فرعية بسيطة وهذه الانظمة تكون مترابطة مع بعضها البعض اما على التوالي او التوازي.

ربط الانظمة بالتوالي :

كما نلاحظ بالرسم ان مخرج النظام الفرعي الاول يكون مدخل للنظام الفرعي الثاني ونلاحط ان مخرج النظام الاول هو نفسه مدخل للنظام الثاني أي ان (Y1(t)=X2(t

ملاحظة: G1(s) or Transfer Function هي علاقة رياضية تربط المدخلات مع المخرجات او هي حاصل قسمة المخرج Y على المدخل X وبذلك يكون (Y1(s)=X1(s) G1(s

وكذلك بالنسبة للنظام الثاني (Y1(s)=X1(s) G1(s

وبالتالي مخرج النظام الكلي يساوي (Y(s)=X1(s)G1(s)G2(s

ربط الانظمة بالتوازي

كما نلاحظ بالرسم ان كل نظام يستقبل نفس الاشارة المدخلة ويجري عليها عملية المعالجة والمخرج الكلي هو عبارة عن مجموع مخرجي النظامين

((y(s) = x(s) . (G1(s) + G2(s

النظام ذو خط التغذية الراجع:

هذا النظام كثيرا تصميم الانظمة الالكترونية ليساعد في الوصول الى حالة الاستقرار والاتزان ولزيادة القدرة على التحكم في النظام وهو ما يسمى غالبا بنظام الحلقة المغلقة حيث ان المخرج يعود ليغذي النظام مع الدخل.

مثال:

نظام التدفئة بالمنزل يكون مزود بثيرموستات لقياس الحرارة وهو يمثل خط التغذية الراجع للنظام ويتم مقارنة درجة حرارة الغرفة بالحرارة المطلوبة فاذا حققت الحرارة المطلوبة يتم ايقاف الجهاز واذا انخفضت عن الحرارة المرغوبة يتم تشغيل الجهاز وبذلك لدرجة عالية من التحكم في حرارة المنزل.

خلاصة:

تعرفنا ببساطة على مفهوم النظام الالكتروني وهو مكون من مدخلات وعملية معالجة ومخرجات وممكن ان يوجد خط تغذية راجع.

ويمكن تمثيل الانظمة الالكترونية نظريا ووصفيا وتماثليا وتخطيطيا , وتعرفنا على مفهوم النظام ذو الزمن المتصل أو المستمر … حيث انه يعالج اشارة على فترة زمنية مستمرة على فترة معينة … في حين ان النظام ذو الزمن المتقطع يعالج اشارة على فترة زمنية متقطعة.

وتعرفنا على بعض طرق ربط الانظمة لتكوين نظام اعقد فتعرفنا على ربط الانظمة بالتوالي والتوازي. وكذلك تعرفنا على النظام المغلق او النظام ذو خط التغذية الراجع والذي يساعد في زيادة الدقة في التحكم بالانظمة الالكترونية