الدرس 25: Circuit de Restauration

Circuit de restauration

بسم الله الرحمان الرحيم

وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله صلى الله عليه وسلم.

Circuit de restauration

Circuit de restauration أو ما يطلق عليه اسم DC Restauration، هي دارة مهمة وكثيرة الاستعمال، تستخدم لغرض إضافة توتر مستمر إلى توتر متردد. وذلك من اجل إزاحة ذاك التوتر المتردد إلى الأعلى ليصبح ثابت الاتجاه موجب الإشارة. وتسمى

الدارة المسؤولة عن ذلك بـ : Circuit de restauration de composante positive. كما تستعمل نفس الدارة لكن يعكس فيها استقطاب كل من الصمام الثنائي مع المكثف، تستعمل لغرض إزاحة توتر متردد إلى الأسفل، ليصبح ثابت الاتجاه سالب الإشارة وتسمى هاته الدارة بـ: Circuit de restauration de composante négative.

كلتا الدارتين سواء أكانت موجبة أو سالبة، تحتفظان على شكل موجة الدخول المطبقة. وكلتاهما تعتمدان على نفس السلوك لإزاحة التوتر المتردد إلى الأعلى أو إلى الأسفل. لذلك سوف اقتصر على شرح الدارة الموجبة فقط.

لتسهيل الشرح نفترض أن توتر الدخول هو توتر متردد جيبي، وأن الصمام الثنائي مؤمثل. للإشارة، لتعمل الدارة بشكل جيد، يجب أن تكون ثابتة الزمن Tau كبيرة جدا مقارنة مع دور توتر الدخول، مثلما شرحناه في الحلقة السالفة.

طيلة نصف الدور الأول، المولد يمنح نصف موجة موجبة للدارة، وبالتالي يكون الصمام الثنائي مستقطبا في المنحى الحاجز. إذن يمكن استبداله بقاطع تيار مفتوح كما في الصورة التالية:

حيث توتر الخروج يتخذ تقريبا شكل موجة الدخول وهو المنحنى باللون الأزرق (الصورة أعلاه).

خلال نصف الدور الثاني، يمنح المولد نصف موجة سالبة، مما يجعل الصمام مستقطبا في المنحى الموجب. وبما أن المكثف فارغ، فإن توتره Vc يكون منعدما. وبالتالي يكون الجهد في الكاثود K منعدما كذلك، مما يجعل هذا الأخير يكون أصغر من الجهد في الأنود A الذي يساوي التوتر Ve.

هذا يدل على أن الصمام يصبح موصلا. ويمكن تعويضه بمولد للتيار المستمر كما في الدارة التالية:

في هاته الحالة يمر تيار في الدارة، ما يسمح بشحن المكثف. للمعلومة، فثابتة الزمن Tau رغم كبرها، لن تؤثر بتاتا على مدة شحن المكثف الذي يكون لحظيا. لأن التيار سيفضل المرور عبر الصمام الثنائي بدلا عن المقاومة الكهربائية.لأن الصمام يعتبر كموصل جيد أو بعبارة أفضل يعتبر كسلك ربط.

فيشحن المكثف حتى يكتمل من الشحن و ذلك في اللحظة t1. خلال هاته اللحظة، وانطلاقا من قانون إضافية التوترات لدينا:

لدينا في اللحظة t1

إذن

إذن هذا هو التوتر القصوي الذي يصل إليه توتر المكثف. بما أن ثابتة الزمن تكون كبيرة جدا مقارنة مع دور توتر الدخول، فسيحتفظ المكثف بتوتره Vc لمدة طويلة، إذ يمكن اعتباره في هاته الحالة كمولد للتوتر المستمر.

انطلاقا من الدارة أعلاه نلاحظ أن توتر الخروج Vs هو مقابل عتبة توتر الصمام الثنائي. إذن سيكون منحنى التوتر Vs تقريبا على الشكل الموضح على الرسم المبياني التالي:

انطلاقا من المدة t1 إلى غاية T دور التوتر، يتناقص توتر الدخول Ve. ومادام كذلك فإن الصمام الثنائي يصبح عازلا، لان التوتر في الأنود A و الذي يساوي التوتر Ve يصبح أصغر من التوتر في الكاثود K والذي يساوي Vc توتر المكثف.

نفس السلوك خلال جميع الموجات السالبة، إلا في حالات استثنائية، سأشرح ذلك في ما بعد. وكذلك خلال الموجات الموجبة لتوتر الدخول Ve، يكون الصمام عازلا، لأن الصمام يكون مستقطبا في المنحى الحاجز. إذن نستنتج من هذا كله أنه انطلاقا من اللحظة t1 يصبح الصمام عازلا، لدى يمكن تعويضه بقاطع تيار مفتوح كما في الدارة التالية:

انطلاقا من قانون إضافية التوترات لدينا:

بما أن توتر الدخول هو توتر جيبي، فإن معادلته تكون على الشكل التالي:

إذن

هاته المعادلة شبيهة تماما بالمعادلة الرياضية التالية:

وكما درسنا في مادة الرياضيات، فالعدد b هو المسؤول على إزاحة الموجة الجيبية إلى الأعلى إذا كانت إشارته موجبة.كما يقوم بإزاحتها إلى الأسفل إذا كانت إشارته سالبة.

إذن التوتر Vc هو المسؤول عن اتجاه إزاحة موجة الدخول Ve. إذا كان موجب الإشارة مثلما ندرس في هذا الموضوع، فإن التوتر Ve يزاح إلى الأعلى بمقدار قيمة التوتر Vc. أما أذا كان سالب الإشارة كما في الدارة أسفله، حيث تم عكس استقطاب كل من الصمام الثنائي والمكثف، فإن موجة الدخول تزاح إلى الأسفل بمقدار يحدد بقيمة التوتر Vc.

انطلاقا من اللحظة t1 تبدأ الدارة وظيفتها، فتزيح موجة الدخول Veإلى الأعلى بمقدار توتر المكثف Vc الذي يساوي

لكن سيبقى جزء من موجة الخروج في الجزء السالب، أدنى قيمة له هو -Us كما هو موضح في الصورة التالية:

قلت سابقا بأن الصمام الثنائي يبقى عازلا طيلة عمل الدارة. نعم هو كذلك، لكن أثناء لحظات قصيرة جدا يصبح فيها موصلا. خلال تلك اللحظات يشحن فيها المكثف. لدى و كما قرأت في الانترنت يستحسن أن نختار قيمة صغيرة لسعة المكثف ليشحن بسرعة. على غرار قيمة المقاومة التي يجب أن تكون كبيرة. اللحظات التي يكون فيها الصمام الثنائي موصلا هي تلك اللحظات الذي يصل فيها توتر الدخول Ve تقريبا قيمته القصوى السالبة. كما هو موضح في الرسم المبياني التالي:

كالعادة، قمت بتجربة الدارة عمليا على لوحت التجارب. قمت باختيار القيم الموضحة في الدارة التالية:

بعد تشغيل الدارة، ومن خلال راسب التذبذب حصلت على منحنى باللون الأصفر الذي يمثل توتر الدخول Ve،كما حصلت على منحنى باللون الأزرق وهو توتر الخروج. هذا الأخير عبارة عن توتر الدخول Ve لكن قامت الدارة بإزاحته إلى الأعلى بمقدار Vc=1.3V تقريبا.