دارة التقطيع بالصمام الثنائي
Circuit écrêtage par diode
بسم الله الرحمان الرحيم
وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى
آله و صحبه ومن والاه.
دارة التقطيع بالصمام الثنائي
Circuit écrêtage par diode
تتمة للدروس التي تناولنا فيها بعض تطبيقات الصمام الثنائي، اليوم سندرس Circuit écrêtage par diode. قبل أن نبدأ في هذا الموضوع، كان
لزاما أن نذكر بمبدأ اشتغال الصمام الثنائي كما درسناه في حلقة سابقة.
دراسة الصمام في أي دارة كانت، يستوجب الأمر دراسة حالتين لا أكثر، هما متى
يكون الصمام مارا ومتى يكون عازلا؟
لتسهيل الشرح نفترض أن الصمام الثنائي الذي ندرسه في هذا الموضوع، نفترض
انه مؤمثل. بمعنى أن مقاومته الداخلية منعدمة. إذن ليكون الصمام مارا، يفترض أن
يكون التوتر بين مربطيه مساويا لعتبة توتره. أما إذا كان التوتر Uak أصغر من عتبة التوتر للصمام، يكون هذا الأخير عازلا.
إذا كان الصمام مارا يمكن تعويضه في
الدارة بمولد للتوتر المستمر ذي توتر Us كما في
الصورة التالية:
يدل ذلك على أن التوتر بين مربطي الصمام
يحتفظ دائما على قيمة عتبة توتره Us، بغض
النظر عن نوع وشكل التوتر المطبق عليه.
إذا كان الصمام عازلا يكمن تعويضه بقاطع تيار مفتوح. في هاته الحالة
فالتوتر بين مربطي الصمام يأخذ قيمة وشكل التوتر المطبق عليه كيفما كان نوعه.
Circuit écrêtage أو ما يطلق عليه اسم دائرة القطع أو دائرة التقطيع، هي
دارة شائعة الاستعمال، وتستخدم على نطاق واسع، صممت لمنع إشارة كهربائية من أن
تتجاوز قيمة معينة من الجهد. دون تشويه النطاق ما تحت الجهد. حيث يمكن لهاته
الدارة حذف أجزاء من الجزء الموجب أو من الجزء السالب من الإشارة المطبقة، كما
يمكن لها حذف أجزاء من الجزء الموجب والسالب معا.
توجد عدة مركبات الكترونية تساعد على إنجاز
دارة التقطيع لكن في هذا الدرس سندرس دارة التقطيع المكونة من مقاومة كهربائية مع
صمام ثنائي.
دارة تقويم نصف الموجة التي درسناها في الموضوع السابق، تعتبر كذلك كدارة تقطيع. إذ قامت هاته الدارة بحذف الجزء
السالب من توتر الدخول وذلك إدا كان الصمام مستقطبا كما هو في الدارة التالية:
كما قامت هاته الدارة بحذف الجزء الموجب
من توتر الدخول، وذلك إدا كان الصمام الثنائي مستقطبا كما هو موضح في الدارة
التالية:
في كلتا الدارتين السابقتين وسع توتر
الخروج يكون أصغر من وسع توتر الدخول.
نبقى على نفس الدارة إلا أننا فيما يلي سنحاول دراسة التوتر بين مربطي
الصمام الثنائي:
في نصف الدور الأول المولد يمنح للدارة نصف موجة موجبة يعني أن الصمام
مستقطب في المنحى المباشر. لكن لن يمرر أي تيار إلا إذا كان توتر المولد e(t) أكبر أو يساوي عتبة التوتر Us للصمام نفسه.
عندما يكون التوتر e(t) أصغر قطعا من عتبة التوتر Us وذلك
ما بين المدتين 0s و t1
فإن الصمام يعتبر كقاطع تيار مفتوح، لذلك
يمكن لنا أن نستبدله في الدارة بقاطع تيار مفتوح.
خلال هذا الحيز من الزمن، يتخذ توتر
الخروج u(t) الذي هو المنحنى الملون باللون
الأزرق، يتخذ نفس شكل توتر الدخول e(t) الذي هو المنحنى
المنقط باللون الأحمر (الصورة أعلاه)
عندما يكون التوتر e(t) أكبر
أو يساوي Us وذلك ما بين المدتين t1 و t2 يصبح
الصمام مارا، إذ يمكن تعويضه في الدارة بمولد التوتر المستمر، كما في الدارة
التالية:
في هاته الحالة، يكون توتر الخروج مساويا
لتوتر هذا المولد للتوتر المستمر Us. فنحصل
على توتر مستمر على شكل مستقيم مواز لمحور الافاصيل يمتد من اللحظة t1 إلى غاية اللحظة t2 كما هو موضح في الصورة أعلاه.
أما في الفترة الزمنية ما بين المدتين t2 و T/2 فإن
التوتر الدخول e(t) يكون أصغر من عتبة التوتر الصمام Us وهاته الفترة تعتبر مثل الفترة ما بين 0s و t1 حيث الصمام يكون عازلا ومن ثم يكون توتر الخروج
مطابقا لتوتر الدخول كما هو موضح في الصورة التالية:
في الأخير نحصل على توتر على الشكل في الصورة أسفله، حيث قامت الدارة بقطع
أو قص إن صح التعبير الجزء الأعلى ما فوق عتبة توتر الصمام لتوتر الدخول. وهكذا
جاءت تسميتها: دارت التقطيع.
خلال نصف الدور الثاني، المولد يمنح للدارة نصف موجة سالبة. يعني ذلك أن
الصمام الثنائي مستقطب في المنحى الحاجز، إذ يتصرف طيلة هاته الفترة كقاطع للتيار
مفتوح. وذلك ما بين اللحظتين T/2 و T الذي يعبر عن دور توتر الدخول. حيث يكون التوتر بين مربطي الصمام الثنائي مطابقا
تماما مع توتر الدخول. فنحصل على نصف موجة سالبة عند توتر الخروج u(t) شبيه بنصف موجة الدخول السالبة.
أحببت أن أتأكد عمليا بما جاء نظريا عن تصرف هاته الدارة. لذلك أنجزت نفس
الدارة على لوحة التجارب. وهاته صورة مأخوذة من راسم التذبذب (الصورة أسفله)، حيث
المنحنى الأصفر يمثل توتر الدخول e(t)، أما
المنحنى الأزر فيمثل توتر الخروج u(t).
من خلال هذه النتيجة نلاحظ أن جزءا من
موجة المنحنى الأصفر تم قطعه فعلا، وذلك ما فوق 0.7V تقريبا. هاته القيمة تعبر عن عتبة
التوتر للصمام المستعمل هنا. أما مادون هاته القيمة فتوتر الخروج يطابق تماما توتر
الدخول.
إذا قمنا بعكس تركيب الصمام الثنائي في الدارة كما هو موضح في الصورة
التالية:
فإننا نحصل على توتر خروج باللون الأزرق
كما في الصورة أسفله. حيث قامت الدارة بحذف جزء من الموجة السالبة لتوتر الدخول.
في تجربة أخرى قمت بتركيب صمامين ثنائيين على الشكل كما في الدارة التالية :
لتقريب صورة عمل هاته الدارة، فإنه خلال
كل نصف الدور يكون أحد الصمامين مستقطب في
المنحى الحاجز حيث يمكن تعويضه بقاطع تيار مفتوح. أما الصمام الثنائي الآخر فيكون
مستقطب في المنحى المار لكن لن يمرر أي تيار إلا إذا تحقق هذا الشرط: أن يكون توتر
الدخول e(t) أكبر أو يساوي عتبة توتر الصمام
نفسه.
عند تشغيل الدارة نحصل على توتر خروج يشبه
توترا مربعيا على الشكل كما في الصورة أسفله. حيث نلاحظ اختفاء جزء من الموجة
الموجبة لتوتر الدخول وذلك ما فوق عتبة التوتر. كما نلاحظ اختفاء جزء من الموجة
السالبة ما دون سالب عتبة التوتر.
في التجارب السابقة اتضح لنا أن الدارة بإمكانها فعلا تقطيع جزء من الموجة الموجبة أو جزء من الموجة السالبة أو
جزء من الموجتين معا. و رأينا كذلك أن الدارة تقطع ما فوق عتبة التوتر أو ما دونها
فقط. لكن ماذا لو أردنا التحكم في الجزء الذي نريد قصه من موجة الدخول؟
من أجل ذلك ندرج مصدرا للتغذية المستمرة ذا توتر U1 مستقطب كما في الدارة التالية:
صورة21
بحيث هذا المولد لن يمنح أي تيار للدارة
بشكل أو بآخر، لأن الصمام الثنائي سيمنع ذلك. الجديد هنا أننا أضفنا جهدا كهربائيا
بين كاثود الصمام و هيكل الدارة. بحيث أصبح الجهد في الكاثود يساوي توتر المولد U1.
خلال نصف الدور الأول: يمنح المولد للدارة نصف موجة موجبة. وكما وضحنا
سابقا فإن الشرط ليكون الصمام مارا هو أن يكون التوتر بين مربطيه يساوي عتبة
التوتر Us
أي
وبما أن
فإن
هذا هو الشرط ليكون الصمام مارا، أي يجب
أن يساوي الجهد في الأنود مجموع عتبة التوتر وتوتر المولد U1. أو بعبارة أخرى يجب أن يكون توتر الدخول e(t) أكبر أو يساوي عتبة توتر الصمام و توتر المولد.
معنى هذا كله أن الدارة سوف تبدأ في قطع
الجزء الأعلى من توتر الدخول، ابتداء من القيمة Us+U1. فنحصل في الأخير على توتر الخروج كما في الصورة التالية:
خلال نصف الدور الثاني، تتصرف هاته الدارة مثل تصرف الدارة بدون مصدر
للتغذية المستمرة، لأن مولد الترددات يمنح للدارة نصف موجة سالبة، وبالتالي يكون
الصمام مستقطبا في المنحى الحاجز. إذ يمكن تعويضه بقاطع تيار مفتوح في الدارة. حيث
لن يؤثر مصدر التغذية المضاف لا على الصمام الثنائي ولا على الدارة ككل. فنحصل على
توتر الخروج على شكل منحنى مطابق تماما مع منحنى توتر الدخول e(t).
في الأخير نحصل توتر الخروج خلال الدور كله على الشكل الموضح على يمين
الصورة التالية:
هكذا يتم التحكم في الجزء المراد قصه من توتر الدخول وذلك باختيار قيمة
معينة للتوتر U1، بشرط أن لا يتعدى مجموع التوتر U1 وعتبة التوتر للصمام الثنائي Us وسع موجة الدخول و إلا لن يمرر الصمام الثنائي أي تيار خلال الدور
كله.
إذا أردنا قص جزء من الموجة السالبة لموجة الدخول، نقوم بعكس تركيب كل من
الصمام الثنائي و المولد كما في الدارة التالية:
فنحصل على توتر الخروج كما هو مبين على
يمين الصورة أعلاه.
إذا أردنا قص جزء من الموجة الموجبة مع الموجة السالبة معا، نقوم بتصميم
هاته الدارة التالية:
فنحصل على توتر الخروج كما هو مبين على
يمين الصورة أعلاه.
مادام لدي بعض الإمكانيات البسيطة لتجربة هذه الدارة عمليا، قمت بتصميم
هاته الدارة التالية على لوحة التجارب:
قمت بتركيب محول خافض للتوتر مكان مولد
الترددات المنخفضة. دور هذا المحول هو تخفيض التوتر من 220V إلى التوتر 16V، مع الحفاظ على شكل الموجة
الجيبية. كما قمت بتركيب عمودين كهربائيين مركبين على التوالي لأحصل على توتر 3V. حيث
توتر كل عمود هو 1.5V
عند تشغيل الدارة حصلت على توتر الدخول
وهو المنحنى باللون الأصفر كما حصلت على توتر الخروج باللون الأزرق، ذي قيمة قصوى 3.7V . بحيث
قامت الدارة بقص ما جاء أعلى هاته القيمة و التي تعبر عن مجموع عتبة التوتر للصمام
وتوتر العمودين.
كتجربة ثانية قمت بعكس تركيب الصمام الثنائي مع تركيب مصدر التغذية
المستمرة كما في الدارة التالية:
حيث قمت باستبدال العمودين الكهربائيين
بعمود آخر ذي توتر 9V
بعد تشغيل الدارة حصلت على منحنى توتر
الدخول باللون الأصفر، كما حصلت على منحنى باللون الأزرق يمثل توتر الخروج حيث
تركت الدارة الموجة الموجبة لتوتر الدخول كما هي. لكن قامت بقص جزء من الموجة
السالبة وذلك ما تحث القيمة -9.7V .القيمة المطلقة لهاته القيمة تعبر عن مجموع عتبة
التوتر للصمام الثنائي و توتر العمود الكهربائي.
التجربة الأخيرة، قمت فيها بتصميم
هاته الدارة:
بعد تشغيل الدارة حصلت على توتر الخروج
باللون الأزرق، حيث قامت الدارة بقص جزء من موجة الدخول الموجبة وذلك ما فوق 3.7V ، كما
قامت الدارة بقص جزء من موجة الدخول السالبة وذلك ما تحت القيمة -9.7V
بهذا تم بفضل الله وعونه التأكد عمليا من
دارت القطع التي عملت بشكل ممتاز.
انتهى الموضوع
السلام عليكم ورحمة الله
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق