عملية الشحن والتفريغ

التجربة الثالثة عملى

اتجاه مرور التيار فى دائرة توحيد موجة كاملة

سكشن مبادىء الكترونيات (2)

دائرة توحيد نصف موجة
مقدمة :
هذا الموضوع يتناول طرق الحصول على الجهد المستمر DC الضروري لتشغيل اي جهاز الكتروني ..
في البداية سيقتصر الحديث عن كيفية تصميم وحدات تغذية لتيار مستمر غير منظمة الجهد .. وهذا مهم لمساعدة المهتمين والمبتدئين في الهندسة الالكترونية .

وهو ابسط دوائر التغذية الغير منظمة للتيار المستمر .. وتتكون من ..

المحول الكهربائي Transformer ..
المحول الكهربائي جزء مهم في اغلب دوائر التغذية .. فهو يقوم بخفض جهد المصدر المتردد 110 أو 220 فولت إلى جهد صغير يمكن الاستفادة منه في تشغيل الدوائر الالكترونية ..

دائرة التوحيد Rectification :

بالرجوع إلى خواص الوصلة الثنائية ( Diode ) والتي لا تسمح بمرور التيار الا في اتجاه واحد .. تم استخدام هذه الميزة في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر حيث يقوم الثنائي بتمرير القسم الموجب فقط من الموجة الجيبية والتى تمثل موجة مصدر الكهرباء العام ..

شكل موجة مصدر الكهرباء العمومي ..

شكل الموجة بعد المحول " جهد منخفض"

شكل الموجة بعد دائرة التوحيد ..

توحيد موجة كاملة بمحول ذو نقطة في المنتصف

دائرة التوحيد Rectification

 تحتاج هذه الدائرة إلى محول جهد ذو نقطة في المنتصف Center tap Transformer و عدد 2 ثنائيD

شكل موجة مصدر الكهرباء العمومي .. تيار متذبذب

شكل الموجة بعد المحول " جهد منخفض"

شكل الموجة بعد دائرة التوحيد

دائرة توحيد موجه كاملة باستخدام قنطرة توحيد

دائرة التوحيد Rectification :

 لا تحتاج هذه الدائرة إلى محول جهد ذو نقطة في المنتصف كما هو الحال في دائرة الموجة الكاملة هنا

القنطرة Diodes Bridge Rectifier :

 قنطرة التوحيد أو البريدج هي عنصر الكتروني عبارة عن 4 موحدات Diodes توحيد متصلة على شكل قنطرة وهي تأتي بأشكال وإحجام متفاوتة ولها أرقام يمكن من خلالها التعرف على الداتا شيت Data sheet الخاص بها

شكل موجة مصدر الكهرباء العمومي

شكل الموجة بعد المحول " جهد منخفض"

                            ينتقل الجزء الموجب من الإشارة المتردد كما هو عبر الدايود

شكل الموجة بعد دائرة التوحيد للموجة الكاملة

قنطرة التوحيد كما في الصورة

هناك أشكال وأحجام عديدة للقنطرة وتختلف باختلاف القدرة

لأجل تحويل تيار القنطرة المتذبذب إلى تيار مستمر يمكن توصيل مكثف على طرفي مخرجه

التقييم
1| اشرح الفرق ما بين دائره توحيد نصف موجة وموجة كاملة (القنطرة)؟

2  اشرح الفرق ما بين الخرج لكلا من الدوائر الثلاثة السابق شرحها؟

3 ارسم كلا من
    دائره توحيد نصف موجة                موجة كاملة (القنطرة)

        ماهى وظيفة دوائر التوحيد؟

السكشن الثانى لمادة المبادىء

دوائرمقوم نصف موجه .

نعلم أن الدايود يمرر التيار الكهربي في إتجاه واحد فقط  وهو الإتجاه  الذي يجعله متصلا توصيلا أماميا  , لذلك فإن الدايود إذا اتصل بمصدر تيار متردد فإنه سوف يمرر إتجاه واحد فقط من الإشارة  الإتجاه الموجب أو السالب  حسب توصيله , إنظر الدائرة التالية :

 

نلاحظ هنا أن الإتجاه الموجب للإشارة هو الذي جعل الدايود يتصل بشكل أمامي , لذلك مرره , في حين أن الإتجاه السالب من الإشارة ,يجعل الدايود يتصل بشكل عكسي أو خلفي , لذا فلم يمر , وهذا هو المسمى بــتوحيد نصف الموجة او مقوم نصف الموجه.

نلاحظ أيضا أن المحول المستخدم هنا هو للربط فقط .

دائرة مقوم موجة كاملة .

يمكن توحيد الإشارة توحيد  موجة كاملة  باستخدام طريقتين :

1) باستخدام دائرة القنطرة   Bridge Circuit

إنظر الدائرة التالية :

                                                                                                                                                                                                              

                           

لاحظ أنه عند مرور الإشارة المتغيرة , فإنه في النصف الموجب سوف تكون الدايودات D1 و D2  متصلين توصيلا أماميا ( أي كأنهم مفاتيح مغلقة ) , وباقي الدايودات ستكون متصلة بشكل عكسي ( أي كأنهم مفاتيح مفتوحة )

بهذا الشكل سوف يسري التيار للحمل ويكون الموجب في الطرف الأعلى , والسالب في الطرف الأسفل.

وفي حالة مرور النصف السالب من الموجة , فإن الدايودات D3 و D4 , سوف تكون هي المتصلة أماميا وباقي الدايودات ستكون متصلة عكسيا .

وبهذه الطريقة سوف يسري التيار للحمل ويكون الموجب على الطرف العلوي للحمل أيضا , والسالب على الطرف السفلي .

فيكون شكل إشارة الخرج (على الحمل ) كالآتي :

حيث أن إشارة الدخل هي :

2)   باستخدام دائرة الــ " Center tapped transformer "

لاحظ الدائرة التالية :

عند مرور النصف الموجب من الموجه , فإن الدايود الموجود في الأعلى سيكون موصلا توصيلا أماميا , والدايود السفلي سيكون موصلا توصيلا عكسيا , وعند مرور النصف السالب من الموجب , يحدث العكس .

وبالتالي فإن الإشارة الناتجة في الخرج تكون كما هي موضحة في الصورة السابقة.

الآن بعد أن تعرفنا على طرق توحيد الموجة " نصف موجة أو موجة كاملة " , نريد أن نتعلم كيفية تكوين دائرة تحول التيار الـ AC  إلى تيار DC .

التحويل من AC إلى DC .

نعلم أن معظم الأجهزة الكهربية في المنازل تعمل بتيار ثابت DC , ولكن التيار الواصل للمنازل يكون AC , وهذا لأنه لا يمكن نقل الإشارات الـ AC باستخدام المحولات الكهربائية كما ذكرنا .

لذلك نجد أنه في كل جهاز يعمل بالتيار الثابت , يوجد دائرة كهربية في بدايته تسمى دائرة  الــ  Power supply , وهي الدائرة التي تحول التيار من متغير إلى ثابت .

وظيفة هذه الدائرة بالترتيب , الآتي :

1)   تقوم أولا بخفض قيمة الإشارة إلى الحد المطلوب لعمل الجهاز ( 3 فولت , 5 فولت , 12 فولت .... إلخ )

2)   تقوم بعد ذلك بتوحيد التيار المتغير ( سواء توحيد موجة كاملة أو نصف موجة)

3)   تقوم بتنعيم التيار بعد توحيده

4)   تقوم في النهاية بتثبيت التيار عند القيمة الـ DC المطلوبة

مرحلة تنعيم التيار

لاحظ الدائرة التالية:

هذه دائرة توحيد  نصف موجة  , فلذلك فإن الإشارة إذا خرجت من الموحد على الحمل مباشرة , فإنها ستكون بالشكل التالي :                                        

                                                                                                                                        

ولكن إذا مرت على المكثف الموضح أولا , فإن كل  نصف من هذه الأنصاف , سوف يعمل على شحن المكثف حتى القيمة العظمى التي تصل إليها الإشارة, وعند هبوط الإشارة , فإن المكثف سوف يبدأ بالتفريغ  , وهكذا مع كل نصف موجه , إذا فالسؤال هو , ما فائدة المكثف في تلك الحالة ؟؟
الإجابة هي , لا يوجد له فائده في تلك الحالة , إذا كان يشحن ويفرغ بسرعة عالية جدا, فهوبذلك يمرر الإشارة فقط , ولكن إذا كان المكثف يشحن بسرعة , ويفرغ ببطء فهنا تظهر فائدته .

فتكون الإشارة كالآتي :

المنحنى الأول يوضح شكل خرج الدايود , وخرج المكثف , والمنحنى الثاني يوضح خرج المكثف فقط .

لاحظ كيف قام المكثف بعمل تنعيم للتيار , ولكن لاحظ أيضا أنه ما زال هناك تذبذب قليل في الإشارة , فتلك الإشارة لا يمكن أن تدخل على الجهاز الإلكتروني مباشرة بهذا الشكل , لذا نقوم بعملية التثبيت في النهاية .

إذا توصيل أي مكثف على التوازي يعمل على  تنعيم التيار   , ولكن إذا كان المكثف صغير السعة جدا , فإن عملية التنعيم التي سيقوم بها ستكون غير ملحوظة نهائيا , ولذلك نستخدم مكثفات ذات سعة كهربائيا عالية في عملية التنعيم , حتى يكون زمن التفريغ كبير , لذا نستخدم المكثفات الكيميائية في عمليات تنعيم التيار , نظرا لسعتها الكبيرة .

وهناك أمر آخر , نحن قمنا بعمل تنعيم لنصف موجة , فإذا قمنا بعمل تنعيم لموجة كاملة , سوف يكون الخرج أكثر ثباتا مما هو موضح .

مرحلة تثبيت التيار .

لابد من التعرف على عنصر إلكتروني هام أولا قبل التحدث عن مرحلة تثبيت التيار , وهو :

( موحد الزنر )  Zener Diod

موحد الزنر هو دايود عادي مثل السابق , ولكنه heavily dopped  , أي معمول له عملية تطعيم شديدة , أي به شوائب بكثافة أكبربكثير من الدايود العادي .

ثنائي زنر صنع خصيصا للعمل في إتجاه التوصيل العكسي , حيث أن فكرة عمله هي :

إذا تم توصيله أماميا , فإنه يوصل التيار, وإذا تم توصيله عكسيا  , فإنه يمنع مرور التيار , ولكن إذا كان مصدر الجهد في حالة تزايد في القيمة ( وزنر متصل عكسيا ) , فإن فرق الجهد المطبق على ثنائي زنر يبدأ يزيد مع زيادة الجهد للمصدر , حتى يصل إلى قيمة معينة للجهد ,فيثبت فرق الجهد بين طرفيه عند هذه القيمة حتى لو زادت قيمة مصدر الجهد عن ذلك .

إذا ثنائي زنر يوصل عكسيا , ويعرف بجهد تشغيله , ويرمز له بالرمز التالي :

والدائرة التالية توضح عمل ثنائي زنر :

فنلاحظ أن فرق الجهد المطبق على ثنائي زنر ثابت عند القيمة 12.6 فولت , إذا يمكن اعتبار أن  فرق الجهد المطبق على ثنائي  زنر   هو مصدر جهد ثابت آخر .

الآن في مرحلة التثبيت , يتم استخدام ثنائي زنر كما قلنا , فيعمل على تثبيت قيمة التيار في الخرج كالآتي :

بعض الصور للدايو

منحنى الخواص للدايود العادي

منحنى الخواص للدايود العادي

منحنى الخواص للدايود الع
منحنى الخواص للدايود العادي

تابع المقدمة عن الدايود

شكل 1

شكل 2

شكل3  

مقدمة عن الصمام الثنائى (دايود)

مقدمة :
====
تعتبر أشباه الموصلات النقية (مثل الجرمانيوم والسليكون) موادا ليست جيدة التوصيل للكهرباء كما أنها ليست رديئة التوصيل للكهرباء . وتتوزع الإلكترونات فى أشباه الموصلات حول أنويتها فى مدارات ولكن تتميز أشباه الموصلات النقية بوجود 4 إلكترونات فقط فى المدار الأخير مما يجعلها مستقرة . أى أنها لا تنقل الكهرباء إلا بعد أن يتم تحرير إلكترون من الأربعة عن طريق الحرارة أو عن طريق إضافة شوائب . كما أنها تتحول لعوازل عندما نجبرها على إستقبال إلكترونات أخرى فى مدارها الأخير (بإضا فة شوائب ايضا).

>> البلورة السالبة N
============
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 5 إلكترونات مثل الفسفور أو الزرنيخ إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة السالبة N وهى موصلة حيث يزيد فيها عدد الإلكترونات (السالبة) الحرة .

>> البلورة الموجبة P
============
بإضافة شوائب من مادة يحتوى المدار الأخير للإلكترونات حول ذراتها على 3 إلكترونات مثل البورون والألومينيوم والجاليوم إلى المادة شبه الموصلة تتكون البلورة الموجبة P حيث ينقصها إكتساب إلكترونات للوصول لحالة الإتزان (يعنى وجود فجوات Holes).

>> الوصلة الثنائية:
===========

عند توصيل بللورة من نوع P مع بلورة من نوع N كما بالشكل المرفق تنجذب بعض الألكترونات الحرة من البللورة N إلى الفجوات فى البلورة P وتتكون منطقة وسطية فارغة من حاملات التيار (بعد أن أنجذب كل ألكترون فى هذه المنطقة مع فجوة ولم يعد حرا) وتسمى هذه المنطقة بالمنطقة الميتة (أو المنزوحة) Depletion Area ونتيجة لهذه الظاهرة ووجود نوعين مختلفين من حاملات الشحنة على جانبى المنطقة المنزوحة يتكون جهد على هذه المنطقة يعرف بالجهد الحاجز Barrier Voltage .
والوصلة الثنائية هى فى الحقيقة الثنائى المعروف بالدايود .

الصورة المرفقة رقم 1


الإنحياز الأمامى :
==========
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز الأمامى للثنائى حيث يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة P والطرف السالب بالبللورة N وبهذه الطريقة نستطيع أن نقلل من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للمرور عبر المنطقة المنزوحة لتغلق الدارة ويمر التيار فيها.

الصورة المرفقة 2


الإنحياز الخلفى (العكسى):




==============
الشكل المرفق التالى يبين الإنحياز العكسى للثنائى حيث يوصل الطرف الموجب للبطارية بالبلورة N والطرف السالب بالبللورة P وبهذه الطريقة نستطيع أن نزيد من الجهد الحاجز وندفع الإلكترونات للإنجذاب للطرف الموجب للبطارية والفجوات للإنجذاب للطرف السالب للبطارية مما يزيد من الجهد الحاجز والمنطقة المنزوحة ويوقف مرور التيار فى الدارة.

الصورة المرفقة 3

صورة لانحياز العكسى

النوصيل الامامي:-
- طريقة التوصيل
توصل البلورة pبالقطب الموجب للبطارية والبلورةnبالقطب السالب للبطارية
-حركة الشحنات الناقلة
تتحرك الالكترونات السالبة باتجاة المنطقة الفاصلة بعيدا عن القطب السالب للبطارية وتتحرك الفجوات الموجبة باتجاة المنطقة الفاصلة بعيدا عن القطب الموجب
- التيار المار
يمر في الوصلة تيار كهربائي كبير
نسبيا بدليل حدوث انحراف في مؤشر الاميتر عند اجراء التجربة العملية في كراسة العملي
- يقل حاجز الجهد
- تقل مقاومة الوصلة
التوصيل العكسي
توصل البلورة n بالقطب الموجب للبطارية والبلورة pبالقطب السالب للبطارية
تتجة الالكترونات نحو القطب الموجب بعيدا عن المنطقة الفاصلةوتتجة الفجوات نحو القطب السالب للبطارية بعيدا عن المنطقة الفاصلة
لايمر في الوصلة سوى تيار التسرب بدليل ان المؤشر لا ينحرف الا انحراف بسيط يكاد يلاحظ
- يزداد حاجز الجهد
- تزيد مقاومة الوصلة

توحيد نصف موجة

الانحياز الامامى والعكسى

الانحياز الامامى

شرح الانحياز الامامى والعكسى

التوصيل العكسى