 |
|
|
|
||||||
ملخص خطوات التصميم : 1- متطلبات الحمل Load Requirements قبل تصميم أى وحدة امداد بالقدرة يجب معرفة متطلبات الحمل .من الأفضل دائما أن تعتبر سيناريو أسوأ الاحتمالات عندما تقرر هذه المتطلبات .على سبيل المثال إذا كانت الدائرة مصممة لسحب 1amp عند جهد 12volt أفترض أن السماحيات فى المكونات 20% وأن التصميم الذى يحقق هذه المتطلبات يوفر تيار احتياطى 20-50% على الأقل , فى هذه الحالة يتم تصميم وحدة القدرة الى تعطى 12volt عند تيار 1.5amp دون أن نتتج حرارة زائدة . 2- تنظيم وكفاءة المحول Transformer Regulation and Efficiency المحول ذو كفاءة عالية لتحويل الجهود والتيارات المتغيرة من قيمة إلى أخرى.عمليا يمكن تحقيق كفاءة تصل إلى 98% والفقد يكون نتيجة التأثيرات الحرارية فى قلب core المحول والفقد فى الملفات ونتيجة تسرب الفيض المغناطيسى . معدل المحول يقدر بقدرته مقدرة بالفولت أمبير VA وهو ببساطة جهد الملف الثانوى مضروبا فى تيار الملف الثانوى .المحول الذى يكون معدله 20V بتيار 1A فى الملف الثانوى يعطى جهد قدره 20V فقط عندما يكون التيار المسحوب 1A . الشكل التالى يبين أرقام عملية لتنظيم الجهد لبعض معدلات المحولات الشائعة الاستخدام .  على سبيل المثال محول بمعدل 12 VA يكون جهده فى حالة عدم وجود حمل no load voltage أعلى بمقدار 12% عن القيمة المقننة . فإذا كانت مقنناته 12V عند 1A عندئذ قياس جهد الملف الثانوى بدون حمل فأنه يعطى 13.44 Volts . تعريف تنظيم الجهد : هو الفرق بين (جهد الخرج فى حالة عدم وجود حمل no load voltage وجهد الخرج فى حالة الحمل الكامل full load voltage ) مقسوما على جهد الخرج فى حالة عدم وجود حمل no load voltage كنسبة مئوية . 3- التوحيد (التقويم) Rectification |
| اعلانات |
|
||||||
|
4- التوحيد (التقويم) Rectification وهى عملية تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر . يوجد ثلاثة أنواع رئيسية من دوائر التوحيد وهى توحيد نصف الموجة وتوحيد الموجة الكاملة والتوحيد بالقنطرة . أ- توحيد (تقويم) نصف الموجة Half-Wave كما فى الشكل  الخرج المستمر فى هذه الحالة يكون  حيث VAC حو القيمة الفعالة أو التأثيرية أو RMSلجهد الملف الثانوى والقيمة 0.7 هى قيمة هبوط الجهد بين طرفى الموحد .الشكل التالى يبين الشكل الموجى الناتج .  ب- توحيد الموجة الكاملة Full-Wave كما فى الشكل . هذه الدائرة تستخدم محول بطرف أوسط ودايود آخر بحيث يوصل دايود فى كل نصف دورة .  الخرج المستمر فى هذه الحالة يكون حيث VAC حو القيمة الفعالة أو التأثيرية أو RMSلجهد الملف الثانوى والقيمة 0.7 هى قيمة هبوط الجهد بين طرفى الموحد. فى هذه الحالة تحدث القمة (الذروة) peakمرتين بالمقارنة بتوحيد نصف الموجة لأن كل الدايود الأول يوصل خلال نصف دورة والدايود الثانى يوصل خلال نصف الدورة الثانى من دخل التيار المتردد AC . الشكل التالى يبين الشكل الموجى الناتج.  ت- توحيد (تقويم) الموجة الكاملة Full-Wave بقنطرة التوحدBridge Rectifier دائر التوحيد باستخدام قنطرة التوحيد هى الأكثر شيوعا . يستخدم أربعة دايودات مرتبة فى حلقة كما توجد قنطرة كاملة بأربع أطراف .الدائرة مبينة بالشكل التالى .  الخرج المستمر فى هذه الحالة يكون  حيث VAC حو القيمة الفعالة أو التأثيرية أو RMSلجهد الملف الثانوى والقيمة 0.7 هى قيمة هبوط الجهد بين طرفى الموحد. فى هذه الحالة يتم توصيل دايودان كل نصف دورة لذلك يوجد هبوط فى الجهد على 2 دايود فى نفس الوقت . الشكل التالى يبين الشكل الموجى الناتج.  2- مكثف التنعيم (الترشيح) Smoothing Capacitor |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
||||||
|
4- مكثف التنعيم (الترشيح) Smoothing Capacitor الجهد المستمر الناتج من التوحيد قد يكون مناسبا لشحن بطارية أو إضاءة مصباح أو تشغيل ريلاى ولكنه لا يصلح لأى من الدوائر الالكترونية والتى تحتاج إلى تيار مستمر ناعم smooth . فى حالة دوائر الصوت المسموع audio وخاصة فى المكبرات ينتج عن التيار المستمر الغير مرشح صوت "hum""همهمة" فى السماعات .هذه الهمهمة تتناسب مع تردد مصدر التيار المتردد AC .يتم الترشيح بوضع مكثف بقيمة كبيرة على التوازى مع الحمل كما هو مبين بالشكل التالى .  الشكل الموجى الناتج يكون كما يلى : الشكل الموجى باللون البنى يمثل التيار المستمر المرشح والى يغذى لمقاومة الحمل .  تموجات (تعرجات الجهد) Ripple Voltage |
|
||||||
|
5- تموجات (تعرجات الجهد) Ripple Voltage تقوم دايودات التوحيد بشحن مكثف الترشيح C1 إلى قيمة ذروة (قمة) التيار المستمر وأثناء فترات عدم التوصيل للدايودات يتم تفريغ المكثف فى مقاومة الحمل .وهذا يولد شكل موجى على شكل سن المنشار والمعرف بجهد التموجات (التعرجات) . قيمة جهد التموجات تعتمد على تيار الحمل وعلى تردد المنبع وقيمة المكثف .يمكن حساب القيمة التقريبية لجهد التموجات من العلاقة :  حيث V هو جهد التعرجات بالملى فولت (mV) و I هو التيار المستمر للحمل بالملى أمبير(mA) و f هى تردد منبع التيار المترد و C هو قيمة مكثف الترشيح بالفاراد (F) . عند استخدام منبع بتردد 50Hz يمكن استخدام الصيغة :  حيث V هو جهد التموجات بالفولت (V) و I هو تيار الحمل بالملى أمبير (ma) و C مكثف التنعيم بالميكروفاراد (uF) . مثال : فى دائرة التوحيد السابقة تيار الحمل 191Ma . بالتعويض فى المعادلة الأولى : 191/(2 x 50 x 2200 e-6) =868.1 mV أو تطبيق المعادلة الثانية : (10 x 191)/2200 =0.868V or 868mV القيمة المتوسطة للتيار المستمرAverage DC Value |
|
||||||
|
6- القيمة المتوسطة للتيار المستمرAverage DC Value القيمة المتوسطة للتيار المستمر هى القيمة التى تقاس بالمقاييس . الشكل التالى يبين الأشكال الموجية فى حالة تقويم نصف الموجة : القيمة المتوسطة للتيار المستمر (مبينة باللون الأصفر) تقع فى المنتصف بين قيمتة جهد التعرجات من الذروة للذروة (المبينة باللون الأزرق المقطع ). القيمة المتوسطة فى حالة توحيد نصف الموجة تحسب من العلاقة :  القيمة المتوسطة فى حالة توحيد كامل الموجة تحسب من العلاقة :  حيث Vpهى قيمة جهد الذروة (وهو أيضا جهد للتعرجات) و C قيمة السعة بالفاراد F و I هو تيار الحمل بالأمبير و f التردد بالهرتز Hz |
|
||||||
|
تطبيقات دائرة تغذية غير منظمة 12V Unregulated power supply وصف الدائرة Description الشكل يبين الدائرة الأساسية لدائرة إمداد (تغذية) بالقدرة نوع توحيد (تقويم) الموجة الكاملة full wave . يتم اختيار المحول وفقا للتحميل المطلوب. على سبيل المثال ، إذا كان الحمل يتطلب جهد 12V و تيار 1ampعندئذ تكون مقننات المحول المطلوب هى 12V و 1amp ومع ذلك فعند تصميم وحدات الإمداد بالقدرة أو معظم الدوائر الإلكترونية ينبغي أن نخطط دائما لسيناريو أسوأ الحالات. مع وضع ذلك فى الاعتبار يكون من الحكمة لتيار حمل 1amp نختار محول بملف ثانوى يعطى 1.5amp أو حتى 2amp . السماح بزيادة فى الحمل بمقدار 50% من القيمة التى يحتاج إليها هى قاعدة جيدة . جهد الملف الابتدائى يكون طبقا لجهد .  ملاحظات : 1- الصيغة التقريبية لتعيين مقدار جهد التموجات (التعرجات ) فى المصدر الغير منظم هى  حيث I load هو التيار المار بالحمل , و C قيمة سعة مكثف الترشيح بالميكروفاراد F  .الرسم البيانى التالى يبين مثال لحمل يمر به 0.1 amp بمكثف ترشيح 1000 F . 2- حساب جهد التموجات يعطى :  قيمة جهد التعرجات من القمة للقمة 628mv كما فى الشكل وهذا يدل على أن معادلة اختيار قيمة مكثف الترشيح مناسبة . القادم إن شاء الله مشاريع عملية قابلة للتنفيذ : وحدة تغذية مكبرات القدرة الصوتية دوائر كهربية ولوح مطبوعة |
|
||||||
|
وحدات الإمداد بالقدرة بدون إستخدام محولtransformerless power supply : الغرض : الحصول على جهد منخفض من جهد الشبكة 220V AC بدون إستخدام محول خافض . هذه الطريقة شائعة الاستخدام فى الدوائر الالكترونية العامة ذات القدرة المنخفضة كإضاءة دايود مشع أو كدائرة إحساس بالجهد . المميزات : رخيصة جدا مع أقل فقد فى الطاقة وحيز صغير . عيوبها : بها أقصى درجات المخاطر للتعرض للصدمات الكهربية . غير مناسبة لشدة تيار أكبر من 50 ملى امبير . مبدأ العمل : تعتمد الدائرة فى الاساس على سعة المكثف . وسعة المكثف ببساطة تعوق أو تقاوم أو تمانع مرور التيار الكهربى وتسمى المعاوقة سعوية reactance . معاوقة المكثف للتيار المتردد تعتمد على كل من تردد الاشارة أو التيار المار خلاله وعلى قيمة المكثف نفسه . وباختصار نستخدم المكثف كمقاومة لعمل هبوط فى الجهد وتحديد التيار المار عند تردد محدد . ومن ثم يمكن تطبيق قانون اوم R = V / I  تمهيد : معاوقة المكثف تعطى بالعلاقة Xc = 1 / (wc) حيث Xc هى معاوقة المكثف بالأوم w ( تقرأ اوميجا) هى التردد الزاوى حيث أنها تساوى 2 * Pi * Freq in Hz و Pi = 3.14 C هى قيمة سعة المكثف بالفاراد ويمكن كتابة المعادلة السابقة على الصورة Xc = 1 / (2 * Pi * F * c) أمثلة توضيحية : مثال 1 : • نفترض إستخدام مكثف 470 nF (0.00000047 Farad) على التردد 50 Hz • تكون معاوقته Xc = 1 / (2 * 3.14 * 50 * 0.00000047) = 6776 ohms • فإذا كان جهد الدخل 230 V وجهد الخرج المطلوب 12 V يكون • الجهد على المكثف يساوى (جهد الدخل – جهد الخرج ) اى (230 - 12) • ويكون التيار المسموح به يساوى الجهد على المكثف مقسوما على معاوقته (قانون اوم ) إى I = (230 - 12) / 6776 = 32mA مثال 2 : نفترض إستخدام مكثف 1.7 uF capacitor (0.0000017 Farad) وأن جهد الخرج 24 V كرر الخطوات Xc = 1 / (2 * 3.14 * 50 * 0.0000017) = 1873 ohms I = (230 - 24) / 1873 = 110 mA مثال 3 : استخدام مكثف 1 uF capacitor (Farad 0.000001) مع جهد خرج 24 V يكون Xc = 1 / (2 * 3.14 * 50 * 0.000001) = 3184 ohms I = (230 - 24) / 3184 = 65mA مثال 4 : إستخدام مكثف 1 uF capacitor (Farad 0.000001) وتردد 50 Hz ونفترض حدوث دائرة قصر (short circuit) أى جهد الخرج V 0 فيكون Xc = 1 / (2 * 3.14 * 50 * 0.000001) = 3184 ohms I = (230 - 0) / 3184 = 72 Ma وبمقارنة نتيجة مثال 3 (نفس المكثف) نجد ان التيار لم يزداد بقيمة كبيرة . وهى احدى المميزات . طريقة حساب قيمة المكثف بمعرفة كل من جهد الدخل وجهد الخرج وتيار الخرج (الحمل ) الجهد على المكثف Uc = جهد الدخل (230V) – جعد الخرج U اى (230 - U) والتيار المار فى الدائرة (دائرة توالى ) هو I وبتطبيق قانون أوم على معاوقة المكثف Xc (بدلا من المقاومة) نحصل على Xc = Uc/ I وقيمة Xc هى Xc = 1 / (wc) اى Xc = 1 / (2 * Pi * F * c) بالتعويض بقيمة Xc فى المعادلة الاولى نحصل على معادلة قيمة C المطلوبة فى حالة جهد دخل 230V وتردد 50 Hz C = I / (2 * 3.14 * 50 * (230 - U)) C = I / (314 * (230 - U)) حيث قيمة C بالفاراد وI هو اقصى تيار مسموح به بالأمبير و U هو جهد الخرج بالفولت . أمثلة توضيحية : مثال 1: الجهد المطلوب U = 12 V والتيار المطلوب I = 10 Ma يكون C = 0.01 / (314 * (230 - 12)) C = 146 nF نأخد اقرب قيمة قياسية وهى 150 nF مثال 2: جهد الخرج U = 24 V وتيار الخرج I = 110 mA فيكون C = 0.11 / (314 * (230 - 24)) C = 1.7 uF اقرب قيمة قياسية هى 2.2 uFويمكن استخدام مكثفين على التوازى الاول 1 uF والثانى 680 nF التطبيقات العملية دائرة عملية 12 فولت – 10ملى امبير  1- تضاف مقاومة على التوالى R1 مع المكثف C1 لتحديد ومنع اندفاع (زيادة كبيرة ) التيار الكهربى عند شحن وتفريغ المكثف . قيمة المقاومة تعتمد على قيم كل من المكثف والتيار المفاجىء المتوقع حدوثه ولكن عامة تحسب قيمتها من العلاقة R = 3 / I حيث R بالاوم و I بالامبير وحيث أن أقصى تيار مطلوب هو I max = 10 ma أى (0.01 A) فان R = 3 / 0.01 = 300 ohms 2- الدايود D1 مقوم نصف موج حيث يمرر النصف موجة السالب الى الارضى ونستفيد من نصف موجة الموجب . 3- الدايود D2 يسمح بمرور التيار الى الحمل وأساسا لمنع مكثف الترشيح C2 من التفريغ خلال النصف دورة السالب . 4- مكثف الترشيح C2 يعطى بالعلاقة C = 200 * (I / U) حيث C بالميكروفاراد I اقصى تيار بالملى امبير U جهد الخرج المطلوب C2 = 200*10/12 =166UF وعمليا اقرب مكثف 220ميكرو فاراد ( الاكبر افضل ولكن يزداد حجمه ) 5- الزنر دايود D3 لتنظيم الجهد 6- واخيرا مكثفنا C1 بقيمة 390nf والذى يجب أن يكون أكبر من القيمة المحسوبة من المعادلات السابقة (تعطى حوالى 150nf ) مع وضع معامل أمان والقيم القياسية المتاحة وكلما كان أكبر كان أفضل والجدول الاتى يعطى قيم عملية للاختيار :  ملحوظة 1: يجب أن يكون جهد المكثف C1 250 V ac او 400 V DC ومن الأفضل أن يكون جهد المكثف 400 V ac او630 V DC . ملحوظة 2 : جهد المكثف C2 يجب أن يكون أكبرمن جهد الخرج (حوالى مرة ونصف) دائرة اخرى محسنة باضافة منظم جهد مع زيادة فى تيار الخرج لتصبح الدائرة  التيار هذه الدائرة من 40 الى 50ملى أمبير . تم تغير الزنر دايود الى آخر بجهد 15فولت لأن جهد دخل المنظم يجب أن يكون أكبر من خرجه على الاقل بحوالى 3V . تخفيض الجهد باستخدام مقاومات فقط يستخدم فى هذه الطريقة المقاومات فقط ولكن المشكلة فى الطاقة الحرارية المتولدة فى تلك المقاومات . الدائرة التالية مثال لوحدة تغذية من هذا النوع لتنتج +15 V و +12 V  دوائر عملية أخرى    والى لقاء قريب ان شاء الله |
|
||||||
|
دايود الزنر و طريقة التصميم باستخدامه How to use a Zener Diode  دايود الزنر : The Zener Diode
 عمليا يمكننا إيجاد دايودات الزنر بجهد من Vz=3.3 (أو أقل) وحتى 100 Volt . بارامتر هام آخر للزنر دايود هو قدرته power , عادة يمكنك شراء الزنر دايود بتحديد : جهده وقدرته (أو تياره) مثال : 7.5 Volt & 1Watt. طريقة التصميم باستخدام دايود الزنر How to use a Zener Diode يستخدم ديود الزنر فى وضع القطبية المعكوسة كمحدد للجهد أو كمنظم أساسى (مبدئى) للجهد . مثال : نفترض أن لدينا جهد دخل 12 فولت ، ونريد تنظيم أو تحديد جهد الخرج عند 7،5 فولت. 1- نختار زنر دايود بالجهد 7.5V وليكن الرقم 1N4737. 2- من ورقة البيانات datasheet المبينة أدناه يمكننا معرفة أن :
 3- نختار قيمة مناسبة فى المنتصف بين القيمتين لتمر فى دايود الزنر ولتكن IZ=80 mA ويمكن تمثيل القيم كما فى الشكل التالى :  4- المقاومة RL هى مقاومة تحديد التيار والتى تعمل عل عدم وصول جهد المنبع (الدخل) 12V مباشرة إلى دايود الزنر . أ- أولا فى حالة عدم وجود حمل بالخرج يكون فرق الجهد على طرفى المقاومة هو :  كما ذكرنا نحتاج إلى 80 mA لذلك نستخدم قانون أوم لحساب قيمة مقاومة التحديد كما يلى  ب- لكن ماذا يحدث عند توصيل الحمل إلى الخرج والذى يأخذ (يسحب)تيار , على سبيل المثال 20 mA , من الدائرة السابقة يمكننا القول :  جهد الدخل يظل عند 12V كما يظل جهد الزنر دايود تقريبا عند 7.5V لذلك يكون التيار المار خلال المقاومة بنفس القيمة السابقة .ما يحدث هو توزيع هذا التيار الكلى إلى : 20mA تمر خلال الحمل و 60mA تبقى لتمر خلال الزنر دايود . هذه القيمة سليمة لكونها أكبر من أقل التيار IZT=34mA وأصغر من أقصى تيار IZM=121 mA يسمح له بالمرور خلال الزنر دايود . هذا يعنى أن أقصى تيار متاح للحمل هو :  إذا حاولنا سحب (أخذ) تيار أكبرمن 46mA فإن التيار Iz يقل عن 34mA وتبعا لذلك يقل الجهد بين طرفى الزنر دايود عن الجهد المطلوب وهو 7.5V . باستخدام هذه الطريقة يعمل الزنر دايود كمنظم جهد voltage regulator أو كمصدر لجهد مرجعىreference مع تغيرات فى حدود من 3 إلى 5 فى المئة نتيجة التغيرات فى جهد الدخل وحمل الخرج ودرجة الحرارة . ويمكن تحسين هذا الأداء ولكن عادة ما يستخدم دايود الزنر كمنظم أو كمرجع للجهد فقط فى التطبيقات البسيطة للتيار المنخفض حيث تكون تلك الأخطاء والتغيرات مقبولة .يمكن استخدام دايود الزنر أيضا فى الحماية من قمم الجهد voltage peaks الغير مرغوب فيها والناتجة عن التداخلات . |
