شرح مكبر العمليات Op-Amp و بعض الدوائر المتكاملة IC's - الصفحة 10

سعيد قادر · 28-02-2010, 05:37 PM

والله خير ماعملت استاذ ماجد بنقل الشرح الى هنا جزاك الله وفى انتضار باقى الشروحات منك شكرا جزيلا لك

ماجد عباس محمد · 28-02-2010, 07:54 PM

شكرا أخى سعيد
تباعا إن شاء الله

ماجد عباس محمد · 01-03-2010, 08:15 AM

فى هذا الرسم عزلنا المذبذب المتعدد Q16,Q17 لنرى كيف تؤثر عليه الجهود المختلفة للقدح Trig ونهاية النبضة Threshold.
حينما يكون خرج Q17 = صفر سيكون خرج القطعة +V والعكس بالعكس و سنشرح هذا تفصيلا لاحقا بإذن الله.

حينما يحدث القدح Trig سيجعلQ15 فى حال التشبع و بالتالى سيكون جهد قاعدة Q15-base فى حال التشبع و بالتالى سيكون جهد قاعدة Q15-base يساوى صفر فيكون Q16 مفتوح Off مما يجعل Q17 فى حال التشبع من خلال الثنائى و مصدر التيار الثابت، وبالتالى يكون جهد مجمع Q17-Collector = صفر (أو 0.2فولت) وهو لا يسمح بإمداد Q16 بجهد للقاعدة و تيار تشغيل فيظل Off
فى هذا الوضع لو حدث تغير جهد طرف إنهاء النبضة Threshold بحيث يسبب تشغيل لدائرة إنهاء النبضة Threshold ، سيضع مكبر إنهاء النبضة (لاحظ الالتزام بالألوان لتسهيل التذكر والمقارنة) جهد على مخرجه باللون الأحمر والذى يصل أيضا على Q15 والذى مازال فى حال التشبع مما يسبب تسربه للأرضى. لذا لن يجدى إنهاء النبضة Threshold ما لم يرفع جهد القدح Trig أولا. ولهذا ستجد دوما خط القدح يتصل بمقاومة للتغذية الموجبة و يرتبط من خلال مكثف بمصدر القدح Trigو ذلك لضمان أن هذا الطرف دوما موجب و النبضة المسببة للقدح أصغر ما يمكن من حيث الزمن.
الخلاصة: لو انتهى زمن النبضة لن يتغير الخرج طالما طرف القدح أقل من حد القدح.
ترانزيستور القدح Q14 Trigger يأخذ مباشرة من دائرة الخرج و حينما يكون الخرج = +V يكون هو فى حال التشبع بهدف تفريغ مكثف التوقيت إما بهدف متى نبدأ النبضة التالية أو تفريغه تمهيدا للنبضة التالية.
أما طرف الإلغاء Reset فيتصل بالترانزيستور Q25 والذى يلغى تأثير كل المراحل السابقة بسحب تيار مصدر التيار الثابت قبل الثنائى و توصيلة للأرضى فارضا على ترانزيستور التفريغ Q14 أن يكون فى حال التشبع وفارضا أيضا إنهاء النبضة، و أيضا نلاحظ أنه م س م PNP و عند النقطة D نجد مسارين:
1- الثنائى – قاعدة باعث Q17-be
2- Q25 – قاعدة باعث Q14-be
هذا يفرض وضعا غريبا أن وظيفة الإلغاء Reset تعمل فى المدى من صفر إلى 0.7 فولت فقط – أما أعلى من ذلك، ستعمل القطعة. أيضا الطرف متصل بقاعدة ترانزيستور مما يجعلها عرضة لتكبير الإشارة مسببا إلغاء خاطئ للنبضة، لذا ستجد دوما فى الدوائر حينما لا تكون مستخدمة، إما توصل بمكثف للأرضى أو توصل مباشرة للجهد الموجب ولا تترك إطلاقا بدون توصيل.

بقى أخر جزء وهو مرحلة الخرج أى ما يلى Q17 وهذا الجزء هام جدا لذا رسمت له رسما خاصا وسبب أهميته أنه موجود فى دوائر المنطق TTL لذا شرحها الآن سيفيد لاحقا. هذه الدائرة تسمى القطب الجامع Totem Pole لأنها تجمع الخرج و ترانزستوراته، ورغم أنها مشابهة جدا لدائرة الدفع والجذب السابق شرحها إلا أن الأولى روعى فيها أن تكون خطية وقليلة التشويه، أما هنا فلا يهم ذلك فقط سرعة الانتقال من صفر إلى +V والعكس هى ما يعنينا.

الشكل 1 هو الدائرة كما هى فقط يوضح لنا أن الدخل لها إما صفر أو +V
الشكل 2 يوضح الدائرة والدخل = صفر فيكون الترانزيستور Q20 غير موصل أى فى حال القطع Off لذا رسم بخطوط منقطة وهذا يجعل Q24 بدون تيار قاعدة وبالتالى فى حال القطع أيضا Off و أيضا سيكون Q21,Q22 بنظام دارلنجتون وفى حال التشبع بسبب R12 مما يجعل الخرج = + V
الشكل 3 فى حال جهد الدخول = +V مما يجعل Q20 فى حال التشبع ON و الجهد بين المجمع والباعث Vce= 0.2 فولت كما يبين السهم الأزرق
الآن قاعدة Q24 عى المتصلة بالمقاومة R12 مما يجعله فى حال التشبع، و يكون الجهد بين القاعدة والمجمع Vbc-sat = 0.5فولت وهذا لا يكفى لآن يجعل واحدا من Q21,Q22 يدخل فى التوصيل، ما بالك بالاثنين معا! لابد أن يكونا فى حال القطع Off و بالتالى يكون الخرج = صفر أو للدقة 0.2 فولت.
من أهم خواص هذه التركيبة هو أنها أثناء الانتقال من حال لآخر يكون كلا الترانزستورين فى حال التوصيل وهذا يشكل قصر على التغذية (وهذا عيب خطير قد يتلفهما معا ما لم يكون الانتقال سريعا جدا) و لكن السرعة العالية هى هدفنا الأساسى.
وما دخل السرعة فى توصيل الترانزستورين؟
ما يبطئ الانتقال أساسا هو السعات الشاردة و كلما تم شحنها وتفريغها أسرع كان الانتقال أسرع، و جودة التوصيل هو بالضبط ما يقوم بذلك، لاحظ أن لديك ترانزستورين وتحتاج شحن سعة أحدهما بينما تفرغ الآخر.
وهل لذلك أثر على الدائرة؟
بالتأكيد فهى تضع قصر لحظى على أطراف التغذية وتسمى هذه الظاهرة Crowbar وهى تؤثر على كل القطع المحيطة سواء مثلها أو وظائف أخرى ولذلك يجب وضع مكثف ترشيح Filter بين طرفى التغذية قدره 0.1ميكرو من النوع المناسب للترددات العالية حتى لا تنتقل عبر خطوط التغذية وتخل بأداء باقى الدائرة. هذه الخاصية للرقم 555 فقط أما 7555 لا يعانى من هذا العيب لأنه بتقنية CMOS
Crowbar مسمى يطلق على قضيب معدنى غليظ غالبا صلب أو نحاس متصل بالأرضى و له يد عازلة يوجد بجوار خطوط الكهرباء أو التغذية عموما، فإذا حدث طارئ يستدعى فصل فورى للقدرة، يلقى هذا القضيب على الكابلات فيسبب القصر الحادث فى تشغيل دوائر الحماية لفصل التغذية كما أن القصر يعمل على إيقاف (عودة) التيار من مسار أقرب موفرا حماية أسرع. طبعا إلقاء القضيب أسرع من الجري حتى مكان سكين الفصل.
أرجو أن نتذكر هذا فى مواضيع TTL لاحقا بإذن الله
فى المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن الدوائر التى نستخدم فيها هذه القطعة

ماجد عباس محمد · 02-03-2010, 08:34 AM

حتى نتفق على الدوائر أثناء الشرح أرجو تحميل صفحة البيانات Data Sheet من الموقع
http://www.alldatasheet.com/datashee...NSC/LM555.html
للقطعة 555 ومن هذا الموقع
http://www.alldatasheet.com/datashee...M/ICM7555.html

للقطعة 7555
الفارق بينهما أن الأولى هى التى أنتجت أولا بتقنية الترانزيستور ثم طورت و أنتجت الثانية بتقنية CMOS لتحقيق بعض الخواص الإضافية
الدائرة وحيد الاستقرار Mono Stable وهى ما تسمى بالمؤقت Timer لكونها تعطى نبضه ذات عرض زمنى محدد وهى فى الصفحة رقم7
أول ما نلاحظه المكثف على الطرف 5 حتى لا يتأثر هذا الطرف بأى جهود تأثيرية و يؤثر على دقة الزمن.
كما شرحنا سابقا سينتهى الزمن عندما يصل جهد الحد Threshold لقيمة ثلثى التغذية وهو جهد الطرف 5 أيضا كما ذكرنا. لذا نحتاج لجهد يزداد تدريجيا و ليس أفضل من مكثف يشحن بواسطة مقاومة، ونقطة التقائهما ستزداد حسب الثابت الزمنى (هل نذكر المقالات الخاصة بالمقاومة والمكثف؟). هذه النقطة تحدد متى يصل الجهد لثلثى التغذية وهو من العلاقة الرياضية ستكون = 1.1 × م × س لذلك نوصلها بطرف الحد Threshold ، وهذا كل شيء ، إذن نقدح Trigger فتخرج نبضة وبعد هذا الزمن تنتهى النبضة
حسنا نقدح مرة أخرى! لاشيء !! لماذا؟
المكثف مازال مشحونا ولم يتم تفريغه بعد لذلك نوصل طرف التفريغ على نفس النقطة لتفريغ المكثف فور انتهاء النبضة كما بالشكل FIGURE 1 فى الصفحة 7. وهذا كل ما هنالك – منتهى البساطة أليس كذلك؟
هذا سهل جدا إذن، لو وصلت معهما طرف القدح Trigger ستتكرر النبضة – أليس كذلك؟
بالتأكيد لكن زمن التفريغ هنا سيكون سريعا جدا و يكاد يعيد القدح Trigger فورا لذلك نضع مقاومة أخرى فى طريق التفريغ Discharge ليكون هناك زمن للتفريغ يمكن ضبطه أيضا فتكون الدائرة كما بالشكل FIGURE 4 فى نفس الصفحة و نفس العلاقة فى الزمن فقط نلاحظ أن لدينا زمنان الأول للشحن والثانى للتفريغ ونفس المعادلة
الزمن = 1.1 م س عند البدء من صفر فولت لكن هنا مجرد هبوط جهد المكثف للثلث سيتم القدح Trigger ، إذن سيكون التغير بعد نبضة بدء التشغيل (أول نبضة بعد توصيل التيار حيث لم تعمل الدائرة بعد ولم يشحن المكثف سابقا) بين الثلث والثلثين لذا سيصبح
الزمن = 0.693 م س
زمن الشحن يستغل المقاومتين معا RA+RB وزمن التفريغ يستخدم المقاومة الثانية RB فقط
و باختصار المعادلتين معا و معرفة أن التردد = 1÷الزمن يصبح لدينا
التردد= 1.44 ÷ (RA+2RB)xC
أى 1.44 مقسوما على (مقاومة مكافئة × المكثف) و المقاومة المكافئة هى مجموع الأولى + ضعف الثانية
هنا نلاحظ أمرين:
1- المقاومة الثانية تأثيرها ضعف تأثير المقاومة الأولى فلو أردت تغيير أوسع استخدم المقاومة RB أى تقسمها جزء ثابت وآخر متغير أما إن شئت ضبط أدق فالأفضل استخدام الأولى أيضا جزء ثابت و جزء متغير
احذر من خطأ شائع وهو جعل RA بكاملها متغيرة فلو ضبطت على قيمة صفر بالخطأ أثناء التجربة، ستوصل ترانزيستور التفريغ Discharge مباشرة بين مصدر التغذية والأرضى و عندها أرجو أن يكون لديك قطعة أخرى.
2- لن تستطيع الحصول على نسبة 50:50 أى زمن نبضة مساوى لزمن ما بين نبضتين و دوما سيكون زمن النبضة أكبر
للحصول على تعديل عرض النبضة، كل ما عليك أن تبدأ بالدائرة الأولى فهى تعطى نبضة لكل قدح Trigger ثم ضع الجهد الذى تريد أن تغير به عرض النبضة على الطرف 5 كما بالرسم Figure 8 فى الصفحة 8 و الموجات على راسم الذبذبات فى شكل Figure9 ولاحظ أن التغذية 5 فولت و الجهد المستخدم +/- 1 فولت لا يتعدى قيمة ثلث التغذية ( 5 فولت) وهو 1.66فولت
لو بدأت بالدائرة الثانية حيث تحصل على تردد ثم تضع جهد على الطرف 5 لتغييره ففى الواقع كما سبق الشرح كل من التردد وعرض النبضة سيتغير ولهذا يسميها البعض تغيير موضع النبضة والبعض تغيير التردد وكلا المسميين غير دقيق لأن تغيير موضع النبضة يشترط ثبات عرضها عندما يتغير مكانها و تغيير التردد يشترط ثبات النسبة المسماة Duty Ratio أو نسبة الدوام و كلا الأمرين يتغير. الشكل 10 صفحة 9
جهد المكثف كما نذكر لا يرتفع خطيا لذلك يكون الجهد على المكثف مقوس فى الشحن والتفريغ لكن أحيانا نريد ما تسمى موجة سن المنشار وهى مثلثة أى الزيادة يجب أن تكون خطية، من خواص المكثف كما ذكرنا سابقا، لو شحن بتيار ثابت يزداد الجهد بصورة خطية لذلك لو استبدلنا المقاومة RA بمصدر تيار ثابت (طبعا نذكره) سنحصل على ما نريد وهو الدائرة شكل 12 الصفحة 9
القطعة 7555 هى بتقنية CMOS و نظرا لأنها لا تحتاج تيار لتغذية قاعدة الترانزيستور لكل مقارن، سيكون من الممكن استخدام مقاومات تزيد عن 1 ميجا للحصول على زمن أطول أو تردد أقل
أيضا المقاومة 5 كيلو فى المجزئ الأساسى استبدلت بمقاومات 100ك مما يجعل مقاومة الطرف5 أعلى و بالتالى أسهل فى التعامل معه
أيضا 555 يمكنها أن تتحمل 200 مللى أمبير بينما 7555 تتحمل 100 مللى فقط
فى المرة القادمة إن شاء الله سنأخذ أمثلة عددية لتصميم دوائر من هذه الأنواع.

سعيد قادر · 02-03-2010, 10:57 PM

بصراحة اخ ماجد هذا ابداع واتقان وخوض فى ادق التفاصيل والله الشكر قليل فى حقك بارك الله فيك وجزاك الله كل الخير متابع انشاء الله

ماجد عباس محمد · 03-03-2010, 08:31 AM

أخى سعيد
أسعدنى مرورك الكريم

ماجد عباس محمد · 03-03-2010, 08:51 AM

أمثلة عددية على 555

لنأخذ مثال عددى لحساب مكونات دائرة وحيدة الاستقرار Mono-stable كما بالشكل 1 صفحة7
الزمن المطلوب 2مللى ثانية
المعادلة تقول الزمن = 1.1 م س
0.002 = م × س لدى مجهولين ولابد من فرض قيمة لحساب الأخرى
فى أسواقنا غالبا قيم المكثفات المتوفرة محدودة لذا نبدأ بقيمة موجودة ولتكن 0.1ميكرو
0.002= 1.1 × م × 0.00000001
م= 18181.8181818181818181818
بالطبع لا توجد هذه القيمة وأقرب قيمة عملية موجودة هى 18ك أوم
ولو رجعنا لمناقشة المقاومات فى أول السلسلة سنجد أن المقاومات المتوافرة عادة تكون +/-5%
18000*5/100=900 أوم أكبر من الجزء المهمل وهو 181.8
لو شئت دقة أكبر استخدم مقاومة 15ك مع مقاومة متغيرة 5ك
مثال آخر الزمن = 30 ميكرو ثانية
0.000030 = 1.1 × م × 0.00000001
م = 272.727272727272727272
طبعا يمكننى أن أستخدم 270 أوم وهى مقاومة موجودة و متوفرة لكن لنفترض أننى أضعها فى دائرة تستخدم 9 فولت للتغذية (بطارية). فى حال الانتظار سيكون ترانزيستور التفريغ فى حال التوصيل ON ولهذا يمر فى هذه المقاومة فقط 9 ÷ 270 = 33.33 مللى أمبير وهو لا شك تيار يستنفذ البطارية سريعا، لذا من الأفضل أن نستخدم مقاومة أكبر
يمكن استخدام الطريقة السهلة ضرب أحدهما × س وقسمة الآخر على نفس الرقم يعطى نفس الزمن وهو شأن كل العلاقات الخطية
إذن بدلا من 270 أوم يمكننى استخدام 270ك أوم والمكثف يقسم على 1000 أى 0.1 نانو فاراد.
هنا أيضا نجد أن هذا المكثف 100 بيكو فاراد قليل جدا حيث عادة ما تعتبر قيمة السعة الشاردة قرابة 50 بف ، لذا قد يسبب هذا الاختيار خطأ فى قيمة التردد الناتج أو عدم ثبات للتردد.
الأفضل نستخدم 100 بدلا من 1000 ليكون المكثف 1000 بف و المقاومة 27 ك أوم.

هكذا نؤكد أنه لا يوجد تصميم خاطئ ولكن هناك تصميم أفضل – مادامت الدائرة تؤدى وظيفتها.

نأخذ الآن مثالا لعديم الاستقرار Astable أو الاهتزاز الحر Free Running كما بالشكل Figure4 نفس الصفحة
التردد = 1.44/ حاصل ضرب المكثف فى المقاومة المكافئة
نستخدم هنا تعبير المقاومة المكافئة حتى نتخلص من وجود قيمتين RA,RB ونسميها م ك و أيضا لتسهيل كتابة المعادلة بصورة صحيحة، على اى حال المعادلات مكتوبة فى صفحة البيانات Data Sheet
لو أردنا تردد 2ك ذ/ث مثلا سنقول
2000=1.44 ÷ (م ك × 0.00000001 )
م ك = 1.44 ÷ 0.0002 = 7200 أوم
خذ منها قسمين أحدهما RA والآخر RB و لك الحرية الكاملة سأختار 1200 أوم RA و يبقى 6000 أوم RB
لاحظ أن RB مضروبة ×2 لذلك نستخدم نصف القيمة 6000 أى 3000 وهى بالصدفة موجودة
إن كانت القيم غير موجودة أو صغيرة يمكن استخدام قاعدة الضرب والقسمة السابقة فقط تذكر أن تضرب أو تقسم المقاومتين وليس إحداهما فقط
طبعا هذا الحل الأسهل أما الحل الأدق يكون بمعرفة الزمن بين النبضتين فيكون
الزمن = 0.693 × RB × C
وطبعا بفرض قيمة المكثف نعرف RB وبالتالى من المعادلة الأولى نحدد RA
مثلا فى المثال السابق RA+2* RB= 7200 والتردد = 2ك أى زمن الذبذبة 500 نانو ثانية
لو أردت أن يكون زمن النبضة 400 نانو و بين النبضتين 100 نانو سيكون
0.0001= 0.693× 0.00000001 × RB
RB= 1443 أوم وهو رقم غير متيسر
إما نستخدم 1500 أو 1300 والأول أقرب، إذن سيكون 1500 أوم
RA+2RB = 7200
إذن نطرح منها 2 × RB = 3000
RA = 7200-3000=4200

هناك طريقة ثالثة لو قيل لك مطلوب Duty Cycle = 0.3 مثلا
فالمعادلة هى Duty Cycle = RB ÷ م ك سيكون لدينا معادلتين
RA+2* RB= 7200 كما بالمثال الأول ---- معادلة رقم 1
(RA+2* RB)= RB ÷ 0.3
0.6 × RB + 0.3 × RA = RB
0.3 × RA = 0.4 RB
=RB 0.75 RA ---- معادلة رقم 2 لو وضعنا هذه القيمة فى المعادلة رقم 1 نحصل على
1.5 RA + RA = 7200
2.5 RA = 7200
RA = 7200 ÷ 2.5 = 2880
من معادلة رقم 2
RB= 0.75 × 2880 = 2160 و طبعا لا نقسم هنا لأن القيمة هى RB وليست 2×RB

أخيرا وليس آخرا نظرة أخيرة على الدائرة!
عند استخدام الدائرة كمؤقت Mono-stable غالبا ما يكون طرف5 Control Voltage متصل بمكثف و عند البدء يكون فارغا مما يسبب عدم إمداد الترانزيستور Q16 بالجهد المناسب فيسبب حدوث قدح زائف و تخرج نبضة غير مطلوبة، و أحيانا يكون السبب أن عند البدء، كلا الترانزستورين Q24,Q22موصل للحظة.
هذا الوضع لا يمكن التغلب عليه إلا بفرض إلغاء RESET عند البدء. نظرا لكون جهد الإلغاء RESET فقط 0.6 فولت فمن غير المناسب استخدام مكثف لهذا الغرض كما هو الحال فى كثير من دوائر المتحكمات Micro controllers
فى المرة القادمة إن شاء الله مزيد من التطبيقات المهمة لهذه القطعة

سعيد قادر · 04-03-2010, 12:20 AM

شكرا لك استاذ ماجد والله انا بحاجة الى تمارين فى هذا الموضوع شكرا لك