الدرس 26: مضاعفات الجهد بالصمام الثنائي

مضاعفات الجهد بالصمام الثنائي

Multiplicateurs de tension à diode

بسم الله الرحمان الرحيم

وصلى الله وسلم على مولانا رسول الله وعلى آله وصحبه ومن والاه.

Multiplicateurs de tension à diode

مرحبا بكم على مدونة زهرة توب

هذا الموضوع سيكون آخر درس يخص تطبيقات الصمام الثنائي. طبعا هناك الكثير والكثير منها، سوف أقوم بشرحها مستقبلا كلما صادفنا واحدة منها بإذن الله. أما هذا الموضوع، فيتعلق الأمر بتطبيق لا يقل أهمية عن التطبيقات الأخرى ألا و هو:

مضاعفات الجهد بالصمام الثنائي

Multiplicateurs de tension à diode

مثل هاته الدارات تقوم بمضاعفة توتر الدخول مرتين أو ثلاث أو أربع أو ما نرغب به. وذلك كله بفضل بعض الصمامات الثنائية إلى جانب بعض المكثفات. بشرط أن يكون توتر الدخول متردد حيث مثل هاته الدارات لا تعمل مع التوتر المستمر. لكن كيف يتم مضاعفة الجهد و كيف يكون شكل توتر الخروج؟ هذا ما سنجيب عليه الآن.

تبدوا الدارة أعلاه معقدة من أول وهلة. لكن حقيقة الأمر، فالدارة واضحة، حيث أنها مركبة من دارتين فقط. لتوضيح الأمر سأقوم بعزل كل دارة على حدة.كما هو موضح في الصورة التالية:

كما شرحت سابقا فالدارة مكونة من دارتين:

- الدارة على اليسار تسمى: Circuit de restauration

- الدارة على اليمين تسمى: Circuit de détecteur de crête

هاته هي الطريقة الصحيحة لدراسة و تحليل الدارات كيفما كانت، سهلة أو معقدة. حيث تكون جميع الدارات مركبة من عدة دارات أو إن صح التعبير تكون مركبة من عدة أقسام. كل قسم وله وظيفته. لكن كيف يتم التعرف ثم عزل كل قسم، هذا يتطلب خبرة واسعة وحنكة. لكننا في هاته المرحلة نتعلم وسنتعلم بإذن الله وعونه.

نرجع إلى الدارة، قلت في الدرس الماضي، أن وظيفة Circuit de restauration تكمن في حمل توتر الدخول بواسطة توتر مستمر. فيرفع إلى الأعلى إدا كان هذا الحامل موجب الإشارة و العكس بالعكس.

في الدارة أعلاه يكون الحامل موجب الإشارة و هو Vc1 الذي يمثل توتر المكثف C1 الذي يساوي Vm-Us . إذن سيزاح توتر الدخول Ve إلى الأعلى كما في الصورة التالية:

إلى هنا ينتهي دور هاته الدارة.

يأتي الآن دور الدارة التالية: Détecteur de crête و الذي يتمثل دورها في البحث عن أقصى قيمة يصل إليه التوتر. الدارة هاته سوف تتعامل مع توتر الخروج Vs1 الناتج عن الدارة الأولى، ستتعامل معه كأنه توتر دخول بالنسبة إليها. إذ ستحاول أن تتعرف على أقصى قيمة يصل إليه التوتر Vs1.

كما رأينا في موضوع سابق، فإن توتر الخروج Vs الناتج عن هاته الدارة يكون عبارة عن توتر مستمر(على يمين الدارة أسفله) قيمته تقدر بـ V’m-Us حيث V’m هي أقصى قيمة يصل إليه التوتر Vs1 والتي تقدر بـ 2Vm-Us. إذن في الأخير نحصل على توتر مستمر قيمته تساوي:

حيث Vm هو أقصى قيمة يصل إليه توتر الدخول Ve و Us هو عتبة توتر الصمام الثنائي.

هاته الدارة تسمى بـ: Doubleur de tension حيث تقوم بتوليد توتر مستمر قيمته تساوي تقريبا ضعف القيمة القصوى Vm لتوتر الدخول Ve.

للمعلومة، الصمام الثنائي D2 يلعب دور التقويم كذلك، حيث يمنع مرور الموجات السالبة من خلاله، كما يقوم بمنع مرور تيار تفريغ المكثف C2. هذا الأخير (المكثف C2) يلعب دور تصفية أو تلميس توتر الخروج Filtrage de tension. سنعود لدراسة هذا كله بالتفصيل في دروس متقدمة إن شاء الله.

سنقوم الآن بدراسة دارة أخرى وظيفتها مضاعفة القيمة القصوى لتوتر الدخول مرتين، مثل وظيفة الدارة السابقة. هاته الدارة مكونة كذلك من صمامين اثنين إلى جانب مكثفين، مركبين على الشكل الموضح في الدارة التالية:

خلال نصف الدور الأول، المولد يمنح للدارة نصف موجة موجبة، وبالتالي سيكون الصمام D1 موصلا، لأنه مستقطب في المنحى الموجب. على غرار الصمام D2 الذي يكون عازلا، لأنه مستقطب في المنحى الحاجز. مما يؤدي إلى عزل المكثف C2 عن الدارة.

معنى هذا كله أن تيارا سيمر في الدارة (أ) فقط، في المنحى الموضح في الدارة أعلاه، مما يسمح للمكثف C1 أن يشحن.

حسب قانون إضافية التوترات لدينا:

بما أن توتر الدخول يصل إلى القيمة القصوى Vm خلال نصف الدور الأول

فإن

إذن Vc1 هي أقصى قيمة يصل إليها توتر المكثف C1.

خلال نصف الدور الثاني، المولد يمنح نصف موجة سالبة، مما يجعل الصمام D1 مستقطبا في المنحى الحاجز، فيصبح عازلا. ويقوم بعزل المكثف C1 عن الدارة. أما الصمام D2، فيصبح هاته المرة موصلا حيث أنه أصبح مستقطبا في المنحى الموجب. وبالتالي سيمر تيار كهربائي في الدارة (ب) فقط، في المنحى الموضح في الدارة أسفله، ما يسمح للمكثف C2 بالشحن.

حسب قانون إضافية التوترات لدينا:

بما أن

حيث –Vm هي القيمة القصوى الذي يصل إليه توتر الدخول في هاته الفترة.

إذن

هذا هو التوتر القصوي الذي يصل إليه المكثف C2 خلال نصف الدور الثاني.

كملحوظة، في هاته الدارة يشحن كل مكثف على حدة خلال كل نصف الدور. ما يجعل مردوديتها تكون أفضل من الدارة السابقة.

انطلاقا من الدارة نلاحظ أن المكثفين C1 و C2 مركبين على التوالي. إذن توتر الخروج Vs سيساوي مجموع التوترين Vc1 و Vc2

بما أن

فإن

هذا يعني أن توتر الخروج Vs هو ضعف القيمة القصوى الذي يصل إليه توتر الدخول Ve وهو عبارة عن توتر مستمر كما هو موضح على يمين الصورة التالية:

هناك الكثير من الدارات الكهربائية التي تقوم بمضاعفة الجهد إلى ثلاث أو أربع أو ما نرغب به من الأضعاف لتوتر الدخول، وذلك مقيد بعدد وكيفية تركيب الصمامات الثنائية و المكثفات في الدارة. حيث يصل الجهد الناتج عن هاته الدارات إلى آلاف الفولطات. لكن تبقى شدة التيار التي تمنح هاته الدارات ضعيفة قد تصل إلى بضع الميلي امبير (mA) فقط. وتستخدم لصعق بعض الحشرات كما تستخدم كذلك لتغذية الدارات التي لا تحتاج إلى تيار كبير، بقدر ما تحتاج إليه إلى توتر عال.