تصميم الدوائر الإلكترونية


(ماجد عباس محمد) #41

المبردات:

المبردات ببساطة عبارة عن كتلة ضخمة تمتص الحرارة المتولدة.
ولكننا لن نستطيع إيجاد كتلة كبيرة بالقدر الكافى لتمتص كل الحرارة ، إذن لا بد من إيجاد تصريف لهذه الحرارة و ابسط حل عن طريق الهواء.
لكى نتخلص من الحرارة طبعا يفضل أن يكون لها مساحة كبيرة .
كيف نحسب هذه المساحة؟
نعود لقانون أوم – آسف قانون نيوتن – آسف القانون العام الذى ذكرناه أن كلما زاد المؤثر ، سيزيد تحريك الأشياء التى يؤثر عليها و فرق الفولت أو القوة المؤثرة هنا سنسميها فرق درجات الحرارة – طبعا بين المبرد و الهواء لنحسب الإشعاع أو تعود بها لشريحة السيليكون و المبرد لنحسب متى يكون الترانزيستور فى خطر
ونفس القانون الذى حورناه أو غيرنا مسمياته نقول فرق درجات الحرارة = كمية الحرارة × مقاومة التوصيل الحرارى ولذلك تعطى الشركات المنتجة للترانزستورات هذه القيمة للجسم الذى صنعته منه والذى يستطيع نقل كذا وات خارجه
نظرا لصعوبة كتابة هذه المعادلة فقد وضعت صورتها

**هذه المعادلة لحساب الإشعاع بالوات لمبرد و تحسب الأبعاد أخذا فى الاعتبار الريش التى يصنع منها فمثلا لو ارتفاعه 15 سم و عرضه 10 سم و به 6 ريش عمق كل منها3 سم يكون **
عرض الريشة = ضعف عمقها (جانبان) = 3 × 2 = 6
عرض 6 ريش 6 × 6 = 36
العرض الكلى عرض المبرد + عرض الريش = 10 +36=46 سم

و إن شئت تحسبها بطريقة المقاومة هذه هى المعادلة

هناك اعتبارات عملية يجب أخذها فى الاعتبار ، الريش يجب أن تكون رأسية حتى يتصاعد الهواء الساخن و يأتى بدله هواء بارد
يمكن زيادة التأثير باستخدام تيار هوائى من مروحة مثلا
نقطة أخيرة ، لماذا يجعل سطح الترانزيستور و المبرد مصقولان ؟
ليست لجمال المظهر و لكن خشونة السطح تقلل من مساحة التلامس بين السطحين
إذن نصقله إلى متى
مهما حاولت لن تصل لأحسن من 10-15% من السطحين فعلا متلامسين
الحل؟
استخدام المعجون السيليكونى المخصص لهذا الغرض له تأثير كبير جدا لأنه يملأ الفراغات بين السطحين و يحقق نسبة تلامس قرب 100% ، لذلك عند صيانة جهاز ما و تستبدل ترانزيستور القدرة بآخر جديد – رجاء لا تهمل وضع طبقة جديدة منه ولو كان معزولا بشريحة ميكا ، ضع على جانبيها
طبعا الطلاء الأسود للمبردات يحسن من إشعاع الحرارة
الآن نحاول أن نتناول موضوعا هاما جدا وهو أساس التعامل مع الدوائر المتكاملة وهو التغذية الخلفية أو الرجعية Feed Back وهو موضوع الحلقة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #42

التغذية العكسية أو الخلفية أو الرجعية Feed Back

هل لو امتزجت نسبة لتكن قيمتها ß من خرج مكبر ما ذو كسب قيمته A بإشارة الدخول لهذا المكبر سيكون هذا شئ جيد أم سيئ ؟
الجواب غير محدد لأنه يعتمد أساسا على ما تريد وما تحصل عليه – و لتحديد الأمور نلجأ لقليل من الحساب البسيط فنعلم كيف تسير الأمور
من الرسم المرفق نفترض المكبر الذى كسبه A قد أخذنا نسبة قدرها ß و أضفناها لإشارة المنبع Es
استخدمنا هنا كلمة أضفناها لكى تشمل الجمع إن كان لحظيا الجهدين متماثلين و الطرح إن كانا مختلفين

Efb + Es = Ein
Efb=ß * Eout
Ein=Es+Efb
الكسب بدون تغذية عكسية Feed back سنسميه A و الكسب مع التغذية العكسية Feed back سنسميه Afb

الكسب بدون تغذية عكسية A= Eout ÷ Ein
و الكسب مع التغذية العكسية Afb = Eout ÷ Es
بالتعويض عن Es بقيمتها = Ein - Efb سنجد

Afb = Eout ÷ [ Ein – Efb ] = Eout ÷ [ Ein – ß * Eout ] 

بقسمة البسط والمقام على Ein نجد

Afb = Eout/ Ein ÷ [ Ein/ Ein - ß * Eout/ Ein ]

بما أنEout/ Ein = A إذن

Afb = A ÷ [1 - A * ß ]   

و تعنى أن الكسب بالتغذية = الكسب بدون تغذية مقسوما على واحد ناقص حاصل ضرب الكسب بدون تغذية مضروبا فى نسبة التغذية ß و الجزء بين القوسين يسمى معامل التغذية العكسية
هذا المعامل بالغ الأهمية لأنه يحدد تصرف المكبر
بقى أن نؤكد على أن ß يمكن أن تأخذ أى شكل من مجرد مجزئ جهد بسيط من مقاومتين إلى أى دائرة معقدة تشمل ما تتخيله أو لا تتخيله من أجهزة و مكونات فبعض الأنظمة تدخل فيها موتورات أو حساسات أو ما تريد
هنا أيضا يجب ألا يفوتنا ذكر نقطة هامة جدا هى ما الفرق بين A و القيمة – Aالسالبة وهو ما ينطبق على ß موجبة أو سالبة أيضا ؟
الجهد هنا متردد أى يتراوح لحظيا بين الموجب والسالب إذن لا معنى لكونها تعنى كسبا موجبا ولكن القصد هنا أنه لحظيا يكون فى نفس الطور أو الوجه أى عند تزايد قيمة الدخل تتزايد قيمة الخرج معها والعكس بالعكس.
قبل أن تتساءل لماذا اختير هذا المفهوم الغريب لأن يكون الوجه المعاكس يعنى كسب سالب. الإجابة ببساطة ماذا تعنى كلمة سالب! السالب هو ما يجمع على موجب مساوى له والنتيجة = صفر
أى +5 مجموعة على -5 النتيجة = صفر
و فى المستمر تستطيع قول هذا لكن المتردد يتغير لحظيا ولكى يكون الناتج = صفر يجب أن يكون السلب أيضا متغير لحظيا ولكنه معاكس لحظيا فى الفولت وهذا هو الوجه المعاكس.!!
القيمة تحدد كم يكون الكسب، فإن كان الكسب أكثر من الواحد الصحيح كان الخرج أعلى قيمة من الدخل أما إن كان كسرا أقل من الواحد الصحيح كان ذلك يعنى الخرج أقل من الدخل فى القيمة
مما سبق نجد أن حاصل ضرب A* ß ذو شأن عظيم فى تحديد الأداء
فإن اختلفا فى الإشارة كان حاصل الضرب سالبا وسميت تغذية خلفية سالبة وكان

1 -  (  -Aβ)      =    1 + Aβ

أى اكبر من الواحد الصحيح وكان الخرج مقسوما على رقم أكبر من الواحد و سيكون أقل من الدخل
أى الكسب باستخدام التغذية أقل من الكسب بدون تغذية
ماذا يحدث لو كان حاصل الضرب عدديا أكبر كثيرا من الواحد الصحيح ؟
إذن 1+ Aßسيساوى تقريا Aß ويمكننا شطب A من البسط والمقام تاركا أن الكسب مع التغذية = مقلوب ß

فإن كانت ß مكونة من مقاومتان كان الكسب لا يعتمد على أى من خواص الدائرة الأخرى محققا ثباتا عاليا فى الأداء والاستقرار ضد الحرارة و التغيرات الأخرى (تذكر هذه الحالة عند الحديث عن مكبر العمليات فى الدوائر المتكاملة)
إذن ضحينا ببعض الكسب فى مقابل فائدة كبيرة – هل هناك فوائد أخرى ؟
كنا تحدثنا عن مدى التكبير و التردد الأقل و الأعلى للمكبر و كنا نعانى من أن مدى الترددات محدود.
حسنا لو كانت التغذية السالبة جعلت من مكبر 100 يتناقص إلى 10 فقط فسنلاحظ أن الخرج سيظل ثابتا حتى الترددات التى سبق حسابها – ولكن بعدها (الترددات الأعلى) ستحاول العوامل المحيطة تقليل الخرج وعند ذلك ستقل نسبة التغذية Efb متسببة فى زيادة الإشارة Ein و تعويض الخرج إذن إن قل الكسب بنسبة معامل التغذية العكسية فإن النطاق الترددى سيزداد بنفس النسبة
أيضا مقاومة الدخول ستزداد بنفس النسبة و مقاومة الخرج ستنخفض بنفس النسبة
ماذا عن الضوضاء ؟ - الضوضاء التى تولدها مكونات المكبر ستقل أيضا بنفس النسبة - عموما ستتحسن كل خواص المكبر بنفس النسبة و الفكرة هنا بسيطة.
الضوضاء تولدت داخل المكبر، و ستخرج بقيمة ما ولتكن ض، بعضها سيعاد إلى دخل المكبر ليكبر بصورة تطرح من قيمة ض لأنها معكوسة فى الوجه.

و تذكر هذه الحالة حيث الكسب يساوى مقلوب نسبة التغذية العكسية أى مقلوب نسبة المقاومات فهى معادلة الكسب للمكبرات باستخدام الدوائر المتكاملة التى سندرسها قريبا
هل تذكر هذه الدائرة على يسار الرسم؟


كانت ذات معاوقة دخول = 120ك ، و ذات كسب = 0.9956 و قلنا باستخدام التغذية العكسية ستزيد ، كيف ذلك؟
حسنا R2 كما ترى بين القاعدة والأرضى ، ماذا لو جعلناها بين القاعدة و الباعث أى بين الخرج والدخل؟
ستكون نسبة التغذية الخلفية ß =1 لكن الكسب لم يتغير = 0.9956
إذن

 1-   A* ß    =  1- 0.9956  =  0.0044

و عليه تكون تزداد مقاومة الدخول بنفس النسبة فتصبح مقسومة على هذه القيمة

Zin(f b) = Zin / (1-A ß)

= 120 ÷ 0.0044 = 27272.72 ك أوم أى 27 ميجا أوم
طبعا للأسف ستتدخل R1 فى المعادلة و تقلل كثيرا من هذه القيمة لكن يمكن زيادتها باستخدام ترانزيستور له معامل كسب ß كبير أو دارلنجتون

ماذا لو تشابهت الإشارتان ؟ هذا موضوع الحلقة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #43

ماذا لو تشابهت الإشارتان، إذن حاصل ضرب A* ß سيكون موجبا وتسمى تغذية خلفية موجبة و يكون
إذا كان A* ß أقل من الواحد الصحيح يكون
1 - Aβ اقل من الواحد الصحيح إذن
الكسب الكلى = الكسب بدون تغذية مقسوما على كسر أقل من الواحد الصحيح
الكسب باستخدام التغذية أكبر من الكسب بدون تغذية – أليس هذا أفضل ؟
حسنا تذكر أن المدى الترددى سيقل بنفس النسبة وكذا مقاومة الدخول ستقل و مقاومة الخروج ستزداد و ستزداد الضوضاء أيضا و خواص المكبر ستسوء بنفس النسبة

ولكن ليست كل الأمور سيئة فلو أخذنا الحالة الخاصة حيث A* ß =1 إذن
1 - A* ß تساوى صفرا والقسمة على صفر تعطى مالا نهاية أى أن الكسب = مالا نهاية
بما أن الخرج = الدخل * الكسب إذن الخرج = الدخل × مالا نهاية ولو كان الدخل = صفرا
تذكر أن صفرا × مالا نهاية يعطى قيمة غير محددة أى ربما أى قيمة
إذن يكون هناك خرج بدون دخل وهى حالة المذبذب Oscillator و أى مذبذب يجب أن تنطبق عليه هذه الحالة
وجود تغذية عكسية موجبة و الشرط A* ß=1 أو أكبر قليلا حتى نضمن البدء الذاتى لا يهم الاسم الذى نطلقه عليه بعد ذلك كولبتز أو هارتلى أو مقاومة ومكثف سمه ما شئت. ولفهم المسألة خارج المعادلات، فكما علمنا أن التغذية الموجبة ستدعم الدخل بجزء من الخرج مما يغزز الكسب الكلى، فالضوضاء التى توجد فى الخرج ستعاد للدخل لتكبيرها وإعادتها مكبرة للدخل وهكذا حتى يحدث تشبع للمكبر ولا يستطيع أن يكبر أكثر.

المذبذبات Oscillators

يجهد البعض نفسه فى معرفة كم نوع من المذبذبات و يحاول فهم كل منها بالتفصيل، فيجد أكثر من خمسة عشر نوعا مختلفا و تكون متاهة متى يشحن المكثف و يفرغ. هذه الطريقة مجهدة و سريعة النسيان فسريعا ما تختلط الأمور هل هذا من هذا النوع أو ذاك كما لن يمكنك التمييز بين عدد من الأنواع المتشابهة.
الحل السليم أن نفهم كيف تعمل كل المذبذبات، و كيف نفرق بينها، وبهذه الطريقة تحدد النوع بمجرد النظر للدائرة و يمكنك التعرف على الأنواع المتشابهة سريعا.

كما شرحنا بداية، ما هى سوى مكبر و مزود بتغذية عكسية موجبة حسب الشرط A ß =1
لنرى أولا كيف يعمل ، لو نظرنا للدائرة التالية و التى توضح الشرح السابق.

وجب أن نوضح هنا أن المعاوقات Z1,Z2,Z3 هى قيمة المعاوقة و التى لا نعرف بعد إن كانت حث أو سعة ولذا
Z=JωX حيث J = جذر -1

نجد أولا ونظرا لأن الكسب سالب (بمعنى أنه يعطى عكس الوجه أو 180 درجة) فلكى نعوض هذا لابد أن تكون Z1 عكس Z2حتى يحدث فرق الوجه المطلوب
و بتطبيق المعادلة السابقة مع الأخذ فى الاعتبار أن ß = Z1 / (Z1+Z2 )
سنجد أن Z1+Z2+Z3 = صفرا أى أن
Z3 تماثل Z1 ولكن Z2 تكون العكس أى
إما Z1, Z3 يكونا ملفين و تكون Z2 مكثف ويسمى مذبذب هارتلى
أو Z1, Z3 يكونا مكثفين و تكون Z2 ملف ويسمى مذبذب كولبتز
فى الرابط التالى رسم الدوائر بالتفصيل و مزيد من الشرح
http://www.electronixandmore.com/resources/lcoscillator/index.html

أو اكتب فى جوجل كلمة Oscillators

الآن من لا يهتم بالرياضيات نكتفى بالشرط الوحيد والذى سنقسمه لجزأين و سنعرف الآن كيف نميز بين أنواع المذبذبات العديدة.
أى أن
الجزء الأول : حاصل ضرب الكسب فى نسبة التغذية يكون =1 أو أكثر.
الجزء الثانى : الإشارة موجبة أى فرق الوجه بين التغذية و الدخول صفر أو 360 أو مضاعفاتها

كيف نحدد أنواع المذبذبات ؟؟ هذا موضوع المرة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #44

أساسيات هامة لتحديد أنواع المذبذبات

من المرة الماضية حصلنا على شرط من جزأين لكى يعمل المذبذب وهما
الجزء الأول : حاصل ضرب الكسب فى نسبة التغذية يكون =1 أو أكثر.
الجزء الثانى : الإشارة موجبة أى فى نفس الاتجاه أى فرق الوجه بين التغذية و الدخول صفر أو 360 أو مضاعفاتها.

قبل أن نخوض فى الشرح هل فكرت مرة لماذا سمى بالمذبذب المتعدد ، Multi-Vibrator ولماذا المسمى ناقصا – مذبذب متعدد “ماذا؟” و لماذا سمى Vibrator بينما باقى الدوائر تسمى Oscillator ؟
هل متعدد الأوضاع؟ كلا وضعين فقط ، هل متعدد الجهود ؟ كلا أيضا جهدين فقط، هل متعدد الاهتزازات أو الارتجاجات كما يوحى الاسم؟ كلا أيضا فإما مستقر على أى وضع أو يعود دوما لوضعه الأصلى أو يهتز بتردد ثابت!!

هو متعدد التوافقيات Multi-Harmonic Vibrator لأنك لو تذكرت مرة أخرى العالم فورير والذى قال أن أى موجة بأى شكل (مربعة – نبضة – مثلثة - سن منشار الخ ) تتكون من مجموعة من الترددات ألجيبيه، التردد الأساسى و مجموعة التوافقيات ( 2× ،3×،4× الخ) و مركبة مستمرة DC. هنا نستنتج أن مذبذبات الموجة المربعة هى فى الواقف مذبذبات موجة جيبيه متعددة التوافقيات و من هنا جاء اسم المذبذب المتعدد “التوافقيات”. ومن هنا أيضا نرى أن التسمية Vibrator نشأت من أنه يرتج بين قيمتين ثابتتين بينما المذبذب Oscillator يتغير بالصورة الطبيعية لأى اهتزاز طبيعى آخر و المسمى بالحركة التوافقية البسيطة و الذى تخضع له الأشياء من حركة الإلكترون فى مدارة مرورا بأوتار الآلات الموسيقية و حتى الكواكب فى مداراتها.

كما يجب أيضا أن نستوعب أداء الدوائر الإلكترونية ونقرر هنا بضع قواعد:
القاعدة الأولى: لا شيء اسمه مستمر.
المستمر أتى من دائرة تقويم أو بطارية، دائرة التقويم بها ما يكفى من الضوضاء و الطنين و كل ما يمكننا أن نفعله هو أن نحسن الأداء بالتقليل للقيم التى لا نريدها حتى لا تؤثر فى الدائرة إذن توجد ضوضاء.
بالنسبة للبطارية فهى تفاعل كيمائى وهو أشبه بالغليان وهذا غنى عن التعريف و إن كنت لا تستطيع قياس الضوضاء فهذا لا يعنى عدم وجودها. لو لديك أوسيلوسكوب حساس ستغير رأيك وهذا عكس ما تفترضه برامج المحاكاة من مثالية.
القاعدة الثانية: لا توجد دائرة بدون إشارة أو جهد متردد
أيضا أى دائرة بها مقاومات و كما ذكرنا فى خصائص المقاومات أنها تولد ضوضاء تسمى Shot Noise وهى تضع ضوضاء فى دخول كل دائرة مهما كانت!
القاعدة الثالثة: لكل دائرة لحظة بدء تشغيل
لا تبدأ الدوائر من الأزل وحتى نهاية الزمان ولكن هناك لحظة يتم فيها توصيل التيار وأخرى ينقطع. قبل التوصيل تكون كل الجهود مساوية للصفر و فور التوصيل تسعى هذه الجهود للوصول للقيم القياسية المفترض وجودها. بفرض أن خرج ترانزيستور عادة عند منتصف جهد التغذية، فلحظة البدء تسبب تحرك الجهد من الصفر لهذه القيمة وهو تغيير يعتبر خرج لحظى ويمكن من خلال دخوله للمكبر بالتغذية أن يقيم الاهتزاز.

إذن لا تسال ماذا يبدئ الاهتزاز، إن لم يكفيك ما بالدوائر من ضوضاء فيكفى صدمة البدء وهى لحظة توصيل التيار ستمر تيارات فى الدائرة وتغير جهود المخارج والمداخل حتى تصل لحالة استقرار.

يجب أيضا أن ندرك أن الدائرة حللت لمكبر و دائرة تغذية عكسية لفهم نظرية العمل و تقريبها لعقولنا، لكن، هل للترانزستورات عقل؟
إذن يجب أن ندرك أيضا أن ما يهم هو ما يوجد فى الدورة المغلقة، ولا يهم ماذا تطلق عليه تسميه مكبر و ماذا تطلق عليه تسميه تغذية عكسية. قد يكون مناسبا فى دوائر الترانزيستور الوحيد أن نسميه مكبر و باقى الدائرة تغذية عكسية و هذا ما نتبناه فى هذه السلسلة لكن لو تعددت مراحل التكبير فيجب أن نلاحظ ما يلى:
1- لو تشابهت مراحل الربط بين الدوائر يمكن أن نعتبر هذا الربط المتكرر دائرة التغذية للتسهيل
2- لو اختلفت مراحل الربط يجب أن نتوقع أن المهتز سيستجيب بعدة أشكال بما يتناسب مع كل مرحلة من هذه المراحل إذا كانت الدوائر تدفعه بين القطع والتوصيل (مثال المذبذب المتعدد قد يستجيب بزمن توصيل غير زمن القطع) أما لو ظل فى نطاق التكبير فهناك استجابة واحدة تعتمد على المحصلة مثل مذبذبات الموجة ألجيبيه بالمقاومة والمكثف.
نأخذ هذه القواعد فى الحسبان و نبدأ التعرف من المرة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #45

التعرف على المذبذبات

لنحدد أى نوع من المذبذبات لدينا ننظر لدائرة التغذية العكسية أو الربط بين المكبرات

لو بمقاومات ومكثفات سيكون مذبذب مقاومة و مكثف، وهى متميزة فى الترددات المنخفضة من جزء من الذبذبة و حتى 1 ميجا
لماذا ؟
سبق أن تحدثنا عن السعه الشاردة و أثرها فى تحديد الكسب عند الترددات العالية و لكن دخول ملف فى الدائرة يمكنه أن يكون مع السعة الشاردة رنين محسنا من الأداء عند الترددات العالية
الرابط التالى به بعض من هذه المذبذبات
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/electronic/oscphas.html#c1

سنبدأ الآن بأول نوع المذبذب المتعدد ثنائى الاستقرار

المذبذب ثنائى الاستقرار Bi-stable:

الشكل الأيسر يوضح فكرة التغذية العكسية الموجبة و كيف أن نسبتها عالية وشاملة الجهد المستمر. فلهذا فهو من صفر وإلى مالا نهاية، ولكن حقا السعة بين الأطراف تضع حدا لأقصى تردد كما سبق الشرح.
هكذا تحقق A*B اكبر بكثير من 1 و ممتدة من صفر إلى ما تسمح به الدائرة.

و سنشرح أيضا بالطريقة التقليدية، نعلم أن هناك ضوضاء و استجابة الترانزستورين ليست متماثلة لنسبة السماح فى كل المكونات، فلو افترضنا أن ضوضاء الترانزيستور الأيمن أعلى قليلا ولو نانو فولت موجبة وكسب كل مرحلة قيمة متواضعة مثل 10، فستكون على قاعدة الأيسر لتظهر مكبرة على مجمعة 10 مرات سالبة فتكون على قاعدة الأيمن لتكبر مرة أخرى فتعود مكبرة موجبة 100 مرة فى مرحلتين للأيسر ثم تكبر 10000 وهكذا مما يدفع مجمع الأيمن للوصول إلى 12 فولت بينما مجمع الأيسر إلى صفر.
عند هذه اللحظة يتوقف التقدم ولكن هل يستقر عند هذا الوضع؟
وجود 12 فولت على مجمع C للترانزيستور Q2 يسبب مرور تيار فى Rb1 إلى قاعدة B الترانزيستور Q1 مما يجعله فى حال التشبع. وجود Q1 فى هذا الوضع يجعل جهد المجمع = صفر أو 0.2 فولت إن شئت وهو اقل مما يمكن أن يمرر تيار فى قاعدة Q2 ولهذا يظل الوضع مستقرا حتى يحدث تأثير خارجى يسمى القدح Trigger يفرض على الترانزيستور فى حال القطع أن يبدأ فى التوصيل مرة أخرى لتعاد الكرة فى الاتجاه العكسى و يستقر فى حال Q1 فى حال فصل و Q2 فى حال التشبع.
هذه الدائرة هى أساس الذاكرة فى الحاسبات و أساس بناء العدادات الرقمية و المسجلات Registers وغيرها كثير.
نلاحظ أن الشرط هو: عندما يكون أحدهما فى حال قطع فإن الجهد على المجمع يكفى ليمرر تيار يجعل الآخر فى حال التشبع وهذا شرط الاهتزاز عند التيار المستمر Aβ=1
الآن لتغيير وضعه يجب أن يأخذ نبضة Trigger أو قدح، أين؟
إما نبضة سالبة كافية على قاعدة Q2 ليخرج من التشبع و يرتفع جهد المجمع ما يكفى لبدء توصيل Q1 أو نبضة موجبة على قاعدة الأخير ليبدأ التوصيل و ينخفض جهد المجمع ما يكفى لإخراج Q2 من التشبع. هنا نلاحظ أن كلا الترانزستورين يجب أن يصلا لمنطقة التكبير وإلا لا تجدى نبضة القدح.

بطريقة التغذية العكسية:

نجد لدينا مرحلتى تكبير، الربط بينهما بالجهد المستمر وهكذا من القاعدة السابقة فالتغذية العكسية أيضا بالجهد المستمر و الكسب الكلى حاصل ضرب الكسب الأول × الثانى والتغذية العكسية = 1 حيث لا يوجد فيها كسب أو مجزئ جهد، إذن يهتز من المستمر لأعلى تردد يظل الكسب فيه أعلى من 1.
ماذا لو أخللنا بهذا الشرط و لم يكن التيار كافيا لضمان التشبع؟ هل سيتوقف عن الاستقرار ويستمر فى الاهتزاز عند باقى الترددات؟
حسنا لنرى دائرة المذبذب عديم الاستقرار المرة القادمة إن شاء الله.


(ماجد عباس محمد) #46

المذبذب عديم الاستقرار Astable multi-vibrator

الكل يريد أن نبدأ من الصفر و الغوص فى متاهة الشحن والتفريغ، حسنا سأفعل هذا أولا ثم أقارن ذلك بالتغذية العكسية ولنرى أيها أسهل

فى الرسم الأيمن ، عند توصيل التيار لأول مرة كانت كل الجهود تساوى صفرا و المكثفات فارغة لكن لدى ترانزيستور Q1 مقاومة R1 تريد إدخاله فى التشبع و كذلك Q2 له R2 و الفروق فى السماح تجعل أحدهما له كسب أعلى من الثانى و استجابة فى تحقيق الدخول فى التشبع أسرع من الثانى وليكن Q1 مثلا. هذا الهبوط المفاجئ فى جهد المجمع سيوضع على قاعدة Q2 عبر المكثف مما يجعله فى وضع القطع.
يمكن أيضا اعتبار أن المكثفات الفارغة تعمل كقصر مما يجعله يبدو كالمذبذب السابق فى أول انتقال.
سنفترض الآن أن كما ذكرنا Q2 فى وضع القطع و سيكون Q1 فى التشبع لأن جهد مجمع Q2 = تقريبا 12 فولت وهو يشحن C2 عبر قاعدة Q1 محافظا عليه فى التشبع.
هذه هى البداية. والآن C2 عليه 12 فولت وتم الشحن و توقف التيار فيبدأ Q1 فى الخروج من التشبع و يبدأ فى التكبير و يبدأ جهد المجمع له فى الارتفاع مسببا مرور تيار فى C1 دافعا Q2 أيضا للتكبير مما يسبب انخفاض جهد المجمع له وتستمر الدورة كالمذبذب السابق فيصبح Q2 فى وضع التوصيل و Q1 فى وضع القطع.
الآن C2 كان مشحونا بجهد 12 فولت أى أن الآن الطرف الموجب له متصل بالأرضى عبر Q2 ومن ثم الطرف السالب سيضع -12 فولت على قاعدة Q1 وهذا ما يبقيه فى حال القطع. لاحظ أنها تقريبا سالب قيمة التغذية.
سيبقى Q1 فى حال القطع حتى يفرغ C2 من – 12 إلى تقريبا +0.6 فولت وهى تقريبا نصف المسافة بين -12 و +12 التى يشحن فى اتجاهها. عند نصف المسافة هذه يدخل الترانزيستور فى التوصيل ليعود للوضع الأول .
من دوائر المقاومة و المكثف لو نذكر أننا استنتجنا قاعدة أن الشحن والتفريغ لنسبة محددة من البطارية لا يعتمد على قيمتها، و من هنا زمن النبضة يعتمد فقط على قيمتى المقاومة و المكثف .

بطريقة التغذية العكسية:

بتطبيق القواعد السابقة سنجد أن لدينا مكبرين متماثلين والرابط بينهما مرشح تمرير تردد عالى H.P.F.مكون من المقاومة والمكثف، إذن سيهتز عند كل الترددات البادئة من تردد القطع لهذا المرشح وهو 1/م س. أى نفس العلاقة ولكن التحليل أسرع و أيسر فى الفهم. ماذا يهمنا فى متى يشحن أو يفرغ، تأكدنا من التغذية، إذن سيهتز وحددنا التردد.
فلو جعلنا طاقم م س مختلف عن الآخر سيستجيب لكلا الطاقمين على التتابع و نحصل على نبضة لا يتساوى فيها عرض النبضة مع الزمن بين النبضتين. لأن كل منهما يخضع لطاقم م س مختلف.
التردد = 0.72 مقسومة على م × س
الآن نتحدث عن وحيد الاستقرار المرة القادمة إن شاء الله.


(ماجد عباس محمد) #47

المذبذب وحيد الاستقرار Mono Stable multi-vibrator

كما سبق هذه هى الدائرة

هذه الدائرة مزيج من الدائرتين السابقتين ولهذا يمكننا أن نأخذ شرح Q2 من ثنائى الاستقرار و Q1 من عديم الاستقرار.
المقاومة R1 كما سبق الشرح ستكفى لجعل الترانزيستور Q1 فى حال التشبع، أما Q2 فهو تابع لأنه يأخذ جهد قاعدته من مجمع Q1 ، ففى وضع الاستقرار حيث يكون المكثف مشحونا أو فارغا، فإن مجمع Q1 يحكم قاعدة Q2 بينما لا يؤثر Q2 على Q1 .
إذن وضع الاستقرار يفرض Q1 فى حال التشبع و Vc1 = صفر أو 0.2 إن شئت الدقة وهذا لا يكفى لجعل Q2 يدخل فى مرحلة التوصيل. إذن Q2 يكون فى حال القطع، و بالتالى VC2 = جهد البطارية مما يجعل المكثف مشحونا بالقيمة كاملة.
بإعطاء نبضة سالبة على قاعدة Q2 تخرجه من التشبع أو موجبة على قاعدة Q1 تدخله فى التوصيل، ستبدأ دورة التكبير المتبادل عملها فينتقل فجأة للحال المعاكس حيث Q1 فى حال القطع و Q2 فى حال التشبع والذى يجعل المكثف فى وضع مقلوب فارضا جهد سالب بقيمة البطارية على قاعدة الترانزيستور.

الآن تفريغ شحنة المكثف نحو جهد البطارية معكوسا هو ما يبقى الدائرة فى الوضع الجديد حتى يصل إلى صفر تقريبا أو 0.5 فولت وهو حد الدخول فى التوصيل فيبدأ التكبير فى إعادة الأوضاع لوضع الاستقرار مرة أخرى.
تفريغ المكثف يبدأ بجهد البطارية محاولا للشحن بنفس القيمة معكوسة أى أن المدى ضعف جهد البطارية و فى المثال المبين عادة يكون مشحونا بقيمة +12 فولت و فى خلال النبضة يريد أن يصبح -12 فولت ولكنه يتوقف عند الصفر وكما شرحنا فى المقاومة والمكثف أيضا نجد أن الزمن هنا لا يعتمد على قيمة جهد البطارية.
زمن النبضة = 0.693×م×س حيث م هى R1 و س هو C1
الآن بطريقة التغذية العكسية:
لدينا مرحلتى تكبير والربط مختلف إذن كما سبق الشرح نتوقع استجابة لكل منهما
الكسب عالى و احد مراحل الربط بالجهد المستمر فنتوقع إما القطع أو التشبع، أما الربط الثانى فهو مرشح إمرار تردد عالى و عليه سيكون التردد من القطع فصاعدا أى نبضة مربعة تعتمد على هذا المرشح.

نتحدث المرة القادمة إن شاء الله عن مذبذبات الموجة ألجيبيه


(ماجد عباس محمد) #48

مولدات الموجة ألجيبيه:

نفس القانون و تحقيق التغذية الخلفية بأى طريقة سيؤدى الغرض.
الشروط : كما سبق 1 - تغذية خلفية موجبة 2- الكسب × نسبة التغذية = 1 أو أكبر قليلا
للحصول على موجة جيبيه ، يجب أن يكون ألشرط الثانى وهو التغذية الخلفية × الكسب =1 يتحقق عند التردد المرغوب فقط و أن يقل عن ذلك عند باقى الترددات الغير مرغوبة.
ماذا يحدث لو تحققت عند أكثر من تردد؟
لو تحققت عند نطاق من الترددات، إذن لن يصبح المولد مستقرا و سيتأرجح تردده فى هذا النطاق. أما لو تحقق عند تردد و توافقياته سيولد موجة مشوهة أو يتحول إلى مذبذب متعدد كما سبق الشرح.

الآن لم يعد عمليا أن نشرح “كيف تبدأ الإشارة خطوة بخطوة” كما سبق فالأمر أصبح الآن أكثر وضوحا خاصة و أننا نستخدم عادة دائرة مكبر واحدة ، سيكون كسبها سالبا بمعنى أنها تعطى 180 درجة فرق وجه ، و عليه يجب أن توفر دائرة التغذية 180 درجة أخرى لتحقيق الشرط. وكما سبق القول المكبر هو مكبر، و دوما هناك ضوضاء لتكبر خلال التغذية و أيضا نبضة البدء السابق شرحها.
إن تسببت دائرة التغذية فى تقليل نسبة الإشارة عند التردد المعنى ، تعوض هذه النسبة بالكسب

مذبذب م س:

هذه دائرة مكبر باعث مشترك عادية و نريد إضافة 180 درجة لتحقيق الشرط ، دائرة مقاومة و مكثف مثالية تعطى 90 درجة ، إذن نظريا تكفى دائرتان لكن أين المثالية؟ لأن لكى تعطى كل منها 90 درجة إذن المقاومة = صفر أو المكثف مالا نهاية

لهذا نستخدم ثلاث مراحل على الأقل ، تعمل كل دائرة “مقاومة - مكثف” على إزاحة الإشارة 60 درجة ليكون المجموع 180 درجة و لكنها ستعمل أيضا كمجزئ جهد ، فعند 60 درجة نجد أن التجزيء الكلى للمراحل الثلاث = 1 : 16 تقريبا و من ثم يجب أن يكون الكسب أكبر من 16 لهذا المكبر.
أيضا أكثر من ثلاث مراحل دائرة “مقاومة - مكثف” يمكن أن تعمل إلا أنه عمليا غير مجدى و قد تتحقق الشروط عند أكثر من تردد – كما أن كل مرحلة تضيف نسبة تجزئ مما يتطلب كسب أعلى.
التردد كما هو بالمعادلة فى الصورة و القيمة n هى عدد مراحل م س فى الدائرة وهى هنا ثلاث مراحل فتصبح جذر 6 أى 2.45 فيكون
التردد = 1 ÷ 15.4 م س
هناك دوائر أخرى سنتعرض لها إن شاء الله فى الدوائر المتكاملة.

نتحدث المرة القادمة إن شاء الله عن بعض مذبذبات التردد العالى


(ماجد عباس محمد) #49

مذبذبات التردد العالى

مذبذب هارتلى:

كما سبق الشرح نحتاج إلى ملفين و مكثف لعمل هذا المذبذب ملف بين الدخول و المشرك والآخر بين الخروج والمشترك و المكثف بين الخرج والدخل والذى هو موجود بالفعل فى صورة سعة شاردة ، و هكذا يمكننا عمله بثلاث طرق كما علمنا باعث مشترك CE و قاعدة مشتركة CB و مجمع مشترك CC.

الباعث المشترك CE :

سنبدأ بالدائرة التقليدية للباعث المشترك ونضيف لها ملفين و مكثف فتصبح كما بالشكل1. و قد كان من الأجدر البدء بالدائرة التى انتهينا إليها فى دراستنا السابقة و لكن إمعانا فى التبسيط تركت باقى المكونات حتى ننتهى.
طبعا لابد من البطارية أو التغذية. الآن لتحقيق التغذية العكسية الموجبة سنقرب الملفين أحدهما من الآخر كما بالشكل2، و لتسهيل الأمور نجعلهما ملف واحد له وصلة نسبية (لا أفضل استخدام وصلة نصفية فقد لا تكون فى المنتصف ولكن كلمة نسبية لتوحى أنها لأى نسبة أخرى)، هذه الوصلة توصل بالطرف الموجب.
المكثف المستخدم هو السعة الشاردة بين المجمع والقاعدة و هذا يشكل مشكلة من حيث أنه غير محدد القيمة وغير ثابت أيضا رغم أن صفحة البيانات تذكر له قيمة لكن هى تقريبية أو قيمة عظمى وليست دقيقة و أخيرا غير قابلة للضبط لتحديد التردد. لذا وجب “غمرة” بمكثف آخر معلوم السعة وغالبا ما يكون مكثف ضبط.
طبعا دخول الموجب على القاعدة مباشرة يسبب تشبع الترانزيستور لذا من الأفضل عزل القاعدة عن الملف بمكثف آخر و تغذيتها بالمقاومتين التقليديتين فتصبح الدائرة النهائية هكذا.
طبعا مقاومة الباعث لتحقيق الاستقرار والمكثف المرافق لها.
نلاحظ أيضا أن التغذية هنا +12 فولت تدخل من خلال المرشح السابق ذكره لفك الارتباط وهو مقاومة 330 أوم مع مكثف 0.1 مايكرو.

المجمع المشترك / تابع المهبط Emitter Follower

لو نقلنا الملف من دائرة المجمع C إلى دائرة الباعث E سيصبح لدينا دائرة مجمع مشترك.

ولكنك قلت أن شرط الاهتزاز Aβ = 1 و الكسب هنا أقل من 1!!
لهذا سنعوض الكسب بنسبة التحويل فى الملف فهو يعمل كمحول و نسبته من 2:1 إلى 5:1 لتعويض الفقد فى تابع الباعث.
يمكننا أن نأخذ الخرج من على الباعث E، ولكن البعض لا يحبذ ذلك لأنه متصل مباشرة بدائرة الرنين و من شأنه أن يؤثر على التردد. لحل هذه المشكلة نضع على المجمع C حملا مثل مقاومة أو ملف كما هو مبين بلون مختلف للتأكيد على أنه ليس ضروريا لعمل المهتز ولكنه تحسين فى الدائرة.

هذه الدائرة تستخدم كثيرا لثباتها لبعدها عن تأثير السعة بين المجمع والقاعدة CCB.

القاعدة المشتركة CB

يمكننا أيضا تكوين مذبذب هارتلى بجعل القاعدة مشتركة ووضع ملف فى الدخول (باعث) E وآخر فى الخرج (مجمع) C والربط بمكثف بينهما والذى يمكن أن يكون السعة الشاردة.
طبعا لتحقيق التغذية العكسية سيكون الملفين على مشكل واحد لنقل نسبة من الخرج على المجمع للدخل على الباعث. هنا أضيف للباعث مقاومة و مكثف يمكن إدخال إشارة الصوت كما بالرسم لعمل تضمين ترددى عن طريق تغيير انحياز القاعدة و من ثم قيمة السعة فى القاعدة

هذه الدائرة شهيرة فى دائرة الميكروفون اللاسلكى على موجة FM .
نلاحظ أن الدوائر السابقة استخدمت ملف واحد ذو وصلة نسبية أو متوسطة و هذا يسهل حساب التردد كما بالصورة حيث ل حث الملف الكلى، س سعة المكثف الموضوع على التوازى مع هذا الملف
مذبذب كولبتز المرة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #50

مذبذب كولبتز:

مذبذب كولبتز كما قلنا فى التغذية العكسية يستخدم مكثفين و ملف.
هكذا ستكون دائرة كولبتز حسب التعريف، ولكن أين البطارية؟

حسنا ليس لها سوى مكانين. كما باللون الأحمر بين المجمع C و المكثف وهذا لا يصلح لأن المكثف سيمنع مرور التيار.
حسنا إذن كما باللون الأخضر!!
و من أين ستأخذ الخرج؟؟ لاحظ أن البطارية كما ذكرنا فى أول السلسلة مصدر جهد ثابت أى أنها تكون قصر من جهة المقاومة أو المعاوقة.
لكن أنا عملت دائرة كهذه و أعطت خرج!!!
كانت البطارية 9 فولت أليس كذلك؟؟ - و ما دخل جهد البطارية فى ذلك؟!!
هذا تغاضى أو تجاوز شائع لا يلحظه الغالبية و لكن المفاجئ أنه عند وضع هذه الدائرة على محاكى، لا تعمل.
البطارية 9 فولت لا تعطى تيار كبير لذلك فلها مقاومة داخلية عالية نوعا ما وهذه المقاومة هى التى يظهر عليها الخرج ولكن لو وضعت الدائرة على محاكى، سيفترض أن البطارية مثالية و يضع قصرا بين المجمع والباعث CE فى الدائرة المكافئة لحساب الخرج. ولهذا لا تعمل. أيضا لو استبدلت البطارية بأى مصدر 9 فولت أفضل.
حسنا سنضع مقاومة صغيرة أو ملف خانق لنأخذ الخرج من المجمع C.

لا تنسى أن هذا الجهد المستمر سيكون على القاعدة أيضا لأن الملف يعتبر من جهة الجهد المستمر قصر.
لهذا نحتاج مكثف “ربط” بين القاعدة والملف.
لكن هذا سيقطع تغذية القاعدة كليا، بسيطة – نعتمد دائرة باعث مشترك تقليدية ونضيف لها الرنين.
نفس قانون التردد حيث C1,C2 على التوالى وهذا صحيح من وجهة نظر الملف الذى سيهتز.
المكثف C هو الربط و يكون 10 أمثال C1,C2 على الأقل حتى لا يدخل فى الحساب.

الملف Choke هو الملف الخانق والذى يمكن استبداله بمقاومة وقيمته كبيرة فهو فقط لإمرار التيار المستمر و يعوق التردد. مقاومة الباعث E و المكثف سبق شرحهم و يفضل طبعا استخدام مكثف يناسب التردد ولا يكون كيماوى كما بالرسم إلا للترددات المنخفضة فقط.

يمكن أيضا عمل المذبذب بطريقة مختلفة حيث تكون التغذية العكسية من خلال مجزئ جهد من C1,C2 كما بالرسم كما بالشكل الأيمن و بتذكر الحوار السابق حول التغذية تكون الدائرة النهائية كما بالشكل الأيسر هكذا.

نلاحظ هنا أن مقاومتى انحياز القاعدة Bias استبدلا بمقاومة واحدة لتبسيط الرسم وهو صحيح لكن لا يمنع ذلك من استخدام الأسلوب التقليدى بمقاومتين.
أيضا نلاحظ أن مقاومة الباعث أصبحت بدون مكثف لكى نأخذ الخرج منها عبر C1,C2 والملف لتغذية القاعدة لتحقيق التغذية العكسية المطلوبة للتكبير.

معاوقة C2 إلى C1 نفس نسبة الملفات فى مذبذب هارتلى أى 1:3 إلى 1:5 وهذا يجعل سعة C2 من 3 إلى 5 مرات مثل C1 .
المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن مذبذبات أخرى


(system) #51

الف شكر ليك يا دكتور وجزاك الله خير ويجعله فى ميزان حسناتك واتمنى بس يكون الشرح ده متوفر ع ملف pdf عشان احتفظ بيه على اللاب ويكون مرجع ليا


(system) #52

أستاذنا الكريم
أحسن الله إليكم و جزاك عنا خير الجزاء
اللهم آمين


(system) #53

بسم الله الرحمن الرحيم
إلى الأستاذ المهندس ماجد عباس محمد
السلام عليكم و رحمة الله
أستاذنا الكريم أهنئكم أنتم و جميع الأساتذه و جميع الأعضاء بهذا الشهر الكريم
جعله الله شهر خير عليكم وتقبل فيه صيامكم و قيامكم و طاعاتكم
اللهم آمين


(ماجد عباس محمد) #54

تقبل الله منا و منكم صالح الأعمال و غفر لنا جميعا
شكرا لهذه التهنئة الرقيقة


(system) #55

جزاك الله عنا وعن المسلمين ألف ألف ألف خير
أرفع رئسك واعلم أنك من خيرة الناس
كما قال رسول الله صلى الله عليه وسلم
خيركم من تعلم العلم وعلمه


(system) #56

بارك الله فيك يا دكتور


(system) #57

أستاذنا الكريم
تقبل الله منا ومنكم ومن جميع الأساتذة و الأعضاء في هذا المنتدى ما كان من صيام و قيام و طاعات
وكل عام و أنتم بخير و أعاده الله علينا و عليكم بالصحة و العافية
وآسف جداً على تأخر هذه التهنئة


(ماجد عباس محمد) #58

كل عام وانتم جميعا بالف خير


(system) #59

جزاك الله خير


(ماجد عباس محمد) #60

مذبذبات أخرى للتردد العالى

يمكننا أن نطبق القاعدة ببساطة و بدون أى وضع خاص فنحصل على أقدم شكل من المذبذبات والمعروف باسم مذبذب أرمسترونج وهو ببساطة أن نضع دائرة رنين فى دخول مكبر و نغذيها من خرجه بحيث نحقق الشرط.

هنا سنجد الدائرة محققة ببساطة من خلال الملف L1C1 كدائرة رنين و تأخذ تغذية عكسية من خلال L2 فى دائرة المجمع.
يجب أن يكون الترانزيستور عاملا لهذا نستخدم المقاومة R1 لإعطاء انحياز للقاعدة كما يمكن استخدام R2C2 فى دائرة الباعث لزيادة الاستقرار.
الملف L1 سيسبب قصر بين القاعدة والأرضى على الجهد المستمر و من ثم لا يتمكن تيار الانحياز من تشغيل القاعدة و الترانزيستور، لهذا يستخدم مكثف ربط Cc لمنع التغذية المستمرة للقاعدة من هذا الأثر.
لتحقيق الكسب الكافى مع التغذية المناسبة يجب التحكم فى أى منهما.
يمكن التحكم فى الكسب عن طريق التلاعب فى قيمة المقاومة R2. ولكن هذه المقاومة لازمة للاستقرار! لهذا نستبدل المقاومة بأخرى متغيرة و نضع المكثف C2 على الطرف المنزلق كما سبق الشرح فى دوائر الترانزيستور السابقة و تكون المقاومة ثابتة للتيار المستمر لتحقيق الاتزان و المكافئ للمتردد يمكن ضبطه بموضع المكثف.

الحل الثانى هو التحكم فى التغذية و ذلك باستخدام خاصية أن الملفين L1,L2 يجب لفهما على نفس القالب أو الأنبوب العازل نفسه، يمكن وضع قلب فيرايت يناسب التردد المستخدم و بتحريكه للداخل أو الخارج يمكن التحكم فى نسبة الترابط بين الملفين و بالتالى نسبة التغذية العكسية الموجبة.