 |
|
|
|
|||||
مكبرات ذات معاوقة دخول عالية
مكبرات ذات معاوقة دخول عالية وصلنا بالتقنية المتقدمة لمكبر LM324/LM358 لتيار دخول Input Bias Current قليل جدا بقيمة 45 نانو أمبير وهى قيمة تصلح لكثير من التطبيقات التى لا تناسب LM741 و نتائج أفضل فى كثير من الدوائر الأخرى مثل دائرة التكامل و أمكن استخدامه مع بعض ثنائيات الأشعة تحت الحمراء للاستقبال IR Rx LED و لكن مازالت لا تناسب تطبيقات أخرى تعتبر 45 نانو أمبير عالية مثل مقياس الرطوبة الجوية ، دوائر اللمس والمرشحات ذات معامل جودة عالية Hi-Q Notch Filter وأيضا دوائر التكامل للترددات المنخفضة و دوائر هامة جدا هى دوائر "العينة" وهى Sample And Hold حيث يستخدم مكثف صغير مع مفتاح الكترونى لأخذ عينات من جهد متغير والاحتفاظ بها زمن يكفى للقياس أو تنفيذ عملية ما و شقيقتها دائرة كشف القمة Peak Detector والتى تحتفظ بأعلى قيمة موجبة أو سالبة حسب التصميم. تاريخيا، لجأ المصممون الأذكياء لوضع زوج من ترانزستورات FET أو MOSFET لتحقيق هذا الهدف. دخول الترانزيستور يوفر المقاومة العالية جدا المطلوبة و خرجه يمد المكبر باحتياجاته، و من ثم تم دمج التقنيتين معا فى شريحة واحدة ببساطة كما قلت ونتج عنها LF13741 والذى هو زوج من الترانزستورات FET مع مكبر LM741 تقليدى ومن هنا جاء الاسم يمكن تحميل صفحة البيانات Data Sheet من هنا http://www.alldatasheet.com/datashee...C/LF13741.html فى الصفحة الأولى ستجد تركيبه من الداخل والذى لا يزيد عما ذكر إلا أن زوج الترانزيستور FET له مقاومة حمل لطرف الـمصب Drain عبارة عن مصدر تيار ثابت (راجع هذه الدائرة فى جزء المكبر التفاضلى).  أول ما يلفت النظر هنا هو قائمة الخواص بالجزء الأيسر من الصفحة حيث نجد أن قيمة تيار الدخول انخفضت بنسبة 1 ÷ 1000 عن سابقة أى 50 بيكو أمبير بدلا من 45 نانو أمبير ثم نجد معاوقة دخول عالية High Input Impendence و قيمتها 5 × 10 (مرفوعة للقوة 11) أى 5 ثم 11 صفرا أو 50 مليون ميجا أوم، وهذا طبعا ينعكس على الاستخدامات وهى مذكورة يمين الصفحة الأولى Applications حيث تجد منها Smoke Detector وهو كاشف الدخان!! هيه - هذا ليس إلا تكرار لموضوع ثنائى الأشعة تحت الحمراء والذى قيل فى LM358 مهلا، القضية مختلفة، فتلك ليست إلا وسيلة قليلة الكلفة ولا تستخدم احترافيا كثيرا وهى عرضة للتأثر بالأتربة و كل ملوثات الجو التى تحجب الضوء حتى البخار الكثيف ما نعنيه هنا هو النوع الذى يكشف عن جزيئات الكربون الناتج من الاحتراق و تحتوى غرفة (بحجم حبة الحمص ) بها قليل من مادة مشعة ضعيفة (آمنة) و فيها قطب توصيل. الهواء يجعل معاوقة هذه الغرفة عالية جدا (لاحظ لا شيء اسمه مفتوح إلا فى الفراغ خارج الكوكب) و عند مرور ذرات الكربون داخل هذه الغرفة يتأين الهواء قليلا مسببا مرور تيار ضعيف لا يكتشف إلا بهذه التقنية من المكبرات. طبعا هذه المحاولة كانت قفزة للأمام وكما يذكر فى ألوصف العام أول الصفحة الأولى General Description، نجد سهولة الاستخدام و تقديم شيء معلوم لدى الكل و يمكن ببساطة استخدامه فى التصميم دون مشاكل، بل يمكن أيضا رفع 741 من الدائرة ووضع 13741 دون تعديلات و للحصول على أداء أفضل. ولكن لابد من وجود مشاكل مثل البطء لأن كلما زاد عدد الترانزستورات فى المكبر قلت سرعته (لازدياد السعات الشاردة المكونة من أجزاء الترانزيستور – راجع الترانزيستور سابقا) ما لم تستخدم تقنية جديدة ترفع الأداء بوجه عام. لذا نجد فى الوصف العام أنه للحصول على سرعة أعلى و ضوضاء أقل استخدم المكبرات LF155, LF156, LF157 كيف إذن ولم تكن 155،156 قد صنعت بعد أن يذكر استخدم كذا وكذا لنتائج أفضل؟!!! أخى – هذا دليل على أن هذه الخواص قد تم تنقيحها لاحقا ليعلم من لم يرى دعاية 155 الخ أن هناك شيء أفضل بدلا من أن يبحث و ربما يقوده بحثه لشركة منافسة. فى آخر صفحة الخواص تجد الدوائر التى ذكرت فى جزء التطبيقات. من الأمثلة المتطورة لمكبرات FET المجموعة TL080,TL081,TL082,TL084 كما أن هناك الشقيقات TL070,TL071,TL072,TL074 والمطابقة لها مع ضوضاء أقل لاستخدامات الإشارة الضعيفة. يمكنك الحصول على صفحة البيانات من الرابط http://www.alldatasheet.com/datashee...NSC/TL081.html طبعا قد سبق التوضيح أن الفارق هو كم مكبر داخل القطعة الواحدة. سنجد أن الخواص تكاد تماثل 13741 إلا فى خاصية معدل الاستجابة Slew Rate حيث نجد هنا أنه 13 فولت / مايكرو ثانية مما يتيح الحصول على نطاق ترددى كبير مع قيمة خرج أعلى (راجع الموضوع فى شرح مكبر العمليات) ولذلك تجد فى آخر الصفحات دوائر تكبير صوتية عالية الجودة ( أفضل استخدام TL07x لأنها أقل فى الضوضاء. فى المرة القادمة إن شاء الله سنتحدث عن كيفية استخدام القطعة الرباعية المكبرات. |
| اعلانات |
|
|||||
|
المكونات ذات المكبرات الرباعية LM747,LM358,TL084
المكونات ذات المكبرات الرباعية LM747,LM358,TL084 هناك العديد من الأرقام تحتوى على 4 مكبرات، لماذا الإجابة الوحيدة هى الاقتصاد- أى قلة عدد الوحدات حيث واحدة تقوم بعمل أربع وحدات ، مساحة بوردة أقل فواحدة تشغل حجم أقل من أربع وحدات، أسهل فى الرسم فلا توصيل لخطوط التغذية لثلاث من الأربع مكبرات، و أخيرا وليس آخرا سهولة الصيانة ، حدث عطل لديك قطعة واحدة للتغيير و قطعة واحدة للشراء و قطعة واحدة للتخزين. إذن هل لو كنت فى حاجة لأربع مراحل تكبير متتالية، استخدم واحدة منها؟ - لا تعجب حين تكون الإجابة لا. لو نظرنا لتوصيل المكبرات على التتابع كما بالرسم التالى ستجد أن هناك سعة شاردة بين كل مخرج و مدخل مكبر آخر وهو بلا شك يزيد كلما قلت المسافات و بلا شك لا أفضل من وجودهم على نفس الشريحة حيث لا تزيد المسافة عن ملليمتر واحد وهو بلا شك يعرض الدائرة للاهتزاز (تتحول لمذبذب)  و كما ذكرنا سابقا فى مراحل المكبر فى الترانزستورات، سيكون هناك تداخل من خلال خطوط التغذية، لذا لو أردت كسب أكثر من 1000 مرة، يفضل أن تكون قطعتين. يمكنك استخدام القطع الأربع كمرحلة تكبير لأربع مصادر مثلا ما لم تريد عزلا عاليا بين المصادر. أكثر من قطعة يمكنك منع التداخلات التى قد تحدث من خلال مصدر التغذية بواسطة مكثفات محلية عالية الجودة بقيمة 0.1 مايكرو فاراد هل نستخدم قواعد أم لا؟  هناك جدل حول استخدام هذه القواعد، حيث استخدامها يسهل الصيانة حيث لا يتطلب تغييرها فك لحام و إعادته كما أن فى حالة الأزمات يمكن تغييرها واحدة تلو الأخرى لحين انتهاء العطل، و أحيانا يكون تغيير كافة القطع IC's فى كارت صناعى أقل كلفة من تكلفة الوردية التى ستتعطل بتوقف هذه الماكينة. إذن لماذا لا نستخدمها دوما؟ هناك سببان أولهما أن فى الدوائر التى تتعامل مع الترددات العالية، هذه القواعد تضيف للسعة الشاردة وحث الأسلاك مما يسبب اضطراب أداء الدائرة، وفى هذا المجال صنعت قواعد ذات ارتفاع منخفض. السبب الثانى فى حال تكبير جهود صغيرة جدا (1 مللى فولت أو أقل) ما لم يكون الاتصال جيد جدا بين أطراف المكبر وخانات القاعدة فسيؤدى ذلك لفقد الكسب و التعطل المؤقت أى تعمل ربما أيام وتتوقف فجأة و بدون سبب ظاهر قد تعود للعمل حسب جودة الاتصال، وفى هذا المجال أيضا صنعت قواعد و IC's أيضا مطلية بالفضة أو الذهب لتحقيق جودة الاتصال و لتجنب التأثر بالعوامل الجوية هل يمكن أن نزيد كسب المكبر عن القيمة المذكورة فى صفحة البيانات؟ فى المرة القادمة عن شاء الله مزيد من التطبيقات |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
المقارنات Comparators
المقارنات Comparators كما ذكرنا أن المكبر له كسب عالى جدا لكن نطاقه الترددى قليل، و من خواص المكبر 741 نذكر أن معامل التغير فى الخرج Slew Rate كان نصف فولت لكل مايكرو ثانية. هذا يعنى أننا لو أردنا التحرك من صفر إلى 12 فولت بدائرة مثيلة لشكل 6، سيتطلب ذلك 12 ÷ 0.5 = 24 مايكرو ثانية، وهو 0.02 مللى ثانية وهو مناسب لريلاى أو لمبة بيان لكن لو التعامل مع دائرة الكترونية فالزمن طويل جدا. فقط تخيل ميكروكنترولر يعمل على تردد 20 ميجا و أبطأ طراز يأخذ أقل من مايكرو ثانية لقراءة مدخل يتحرك بسرعة 24 مايكرو أو لنقول 10 مايكرو (لخمسة فولت)، بالتأكيد ما لم ينتظر، سيخطئ القراءة. كما أنه غير مناسب لكل من العائلات الرقمية المعروفة TTL,CMOS. لهذا نحتاج لزيادة السرعة، ولو رجعنا لشرح التغذية العكسية الموجبة Positive Feedback سنجد الحل. شكل 7 يوضح استخدام التغذية الخلفية الموجبة لزيادة السرعة فى المكبرات. فمثلا بمجرد أن يزيد جهد الطرف الموجب ( الغير عاكس للوجه) و المسمى Non Inverting Input عن الطرف الآخر والذى أحيانا يوضع عليه الجهد المرجعى Reference Voltage يميل الخرج للارتفاع فى الاتجاه الموجب والذى بدوره من خلال المقاومة 6 يضع نسبة من هذا الزيادة قدرها = م7 ÷ (م7+ م6) على نفس الطرف مسرعا بذلك الانتقال من الجهد الأول (جهد التغذية السالبة) لجهد التغذية الموجبة. هذه النسبة تسمى Hysteresis وهى فجوة أرجحيه حيث تضاف لقيمة جهد الطرف الموجب طالما الخرج +ف و تطرح منه طالما الخرج = صفر أو – ف. و من ثم تجد أن الدخل لا يستقر عندها أبدا لآن الخرج من خلال التغذية الخلفية الموجبة سيرجحها إما على حدها الأعلى أو الأدنى. فمثلا لسهولة الحساب نفترض مصدر تغذية واحد بقيمة 10 فولت و باستخدام القيم فى الرسم ستكون النسبة كما بالرسم التالى بعد توضيح مصادر الإشارة والتغذية  10÷110 = 0.09 و بضربها فى 10 فولت تصير 0.9 فولت هناك قيمة للجهد من المصدر و المتصل بأطراف الدائرة مباشرة وهناك أيضا جهد على طرف المكبر /المقارن رقم 5 والذى يساوى مجموع الإشارة من المصدر + التغذية العكسية الموجبة مجرد أن يزيد جهد المصدر Vs عن جهد المرجع Vref وهو جهد الزينر هنا ولو حتى ثبت جهد المصدر على زيادة طفيفة قدرها مايكرو فولت واحد أو أقل، سيكبر هذا المايكرو فولت بالقيمة الكلية وهى كما ذكرنا 100000 فتصبح فى الخرج 0.1 فولت ، وهذا بدوره يعيد للدخل تلك النسبة أى 9 مللى فولت (بدلا من 1 ميكرو) والتى بدورها تكبر 100000 ولن تصل بالطبع 900 فولت و ستقف عند أعلى قيمة وهى 10 فولت و يقفز جهد طرف 5 من قيمة Vref + 1ميكرو فولت أو أقل من مايكرو إلى Vref + 0.9فولت كما سبق الحساب. يجب أن نذكر هنا أن المقرنات تصلح للاستخدام بمصدر واحد أو مصدرين للتغذية حسب حاجة الدائرة. هذه الظاهرة مطلوبة أحيانا ومرغوبة أحيانا و غير مرغوبة فى قليل من الحالات. هى مطلوبة فى التعامل مع كافة أنواع المفاتيح ذات تلامسات ميكانيكية والسبب أن التوصيل والقطع لا يتم مرة واحدة ولكن الاهتزاز الميكانيكى يجعل منها عملية متكررة وبدلا من الحصول على نقلة واحدة تكون عدة تذبذبات حول القيمة الوسطى وهذا يعطى عدة نبضات بدلا من واحدة كما بالرسم  و يسمى هذا الأثر De-bounceأى إلغاء الارتداد و يمكن التحكم فيه بتغيير النسب فكلما زادت المقاومة 7 زاد المدى الذى تظهر فيه هذه الظاهرة من ناتج المعادلة السابق شرحها فلو أصبحت 50 بدلا من 10 سيكون المدى 50/150=الثلث أى 3.333فولت بدلا من 0.9 وطبعا العكس بالنسبة للمقاومة 6 فلو جعلناها 15 بدلا من 100 ستكون النسبة 10/25=0.4 أى 4 فولت وهكذا. تكون هذه الظاهرة مرغوبة حين نتحسس جهدا متغيرا بطيئا و لكن لا نستطيع أن نضيف هذا الجهد لأنه يمثل خطأ فى القياس لذا نحاول أن نقرب النقيضين فنضيف جهدا قليلا جدا منها و ربما نضع قيمة قليلة جدا للمقاومة 7 مع قيمة كبيرة للمقاومة 6 حتى يكون الخطأ فى الحدود المسموح بها. وهناك حالات قليلة تكون غير مسموح بها وهنا يتطلب الأمر استخدام مقارنات فائقة السرعة و ذلك لسبب جوهرى وهو لو عدنا لموضوع التغذية الخلفية الموجبة نجد أنها شرط أساسى لعمل مهتز Oscillator وهذه التغذية قد تتحقق من خلال السعة الشاردة بين الدخول والخروج مما يجعل المقارن (و أى مكبر عالى الكسب أيضا) عرضة للاهتزاز Oscillation لهذا لو لم يكن الانتقال سريعا سيأخذ فرصة لتوليد ذبذبة أو أكثر قبل إتمام الانتقال. لاحظنا استخدام LM358/LM324 ولم نستخدم LM741 وذلك حقيقة لسببين، 1- يمكن استخدامها مع مصدر تغذية من 3 فولت إلى 30 فولت وهو مناسب للتطبيقات الصناعية حيث غالبا ما يستخدم 24 فولت كتغذية عامة. 2- خرج 741 لا يصل للتغذية الموجبة والسالبة فلو استخدمناه مع صفر/ 15 فولت مثلا سيتراوح الخرج بين +2 فولت إلى 13 فولت وهذا قد لا يناسب كثير من التطبيقات التى تريد صفر فولت المرة القادمة إن شاء الله سنتكلم عن القطع المخصصة للعمل كمقارن |
|
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|
|||||
|
المقارنات جزء2
المقارنات جزء2 ماذا نريد بعد ما وصلنا إليه باستخدام LM359/LM324 كمقارن؟ جهد تغذية من 3 إلى 30 فولت مع استهلاك قليل للطاقة أى مناسب لاستخدام البطارية ، خرج يتراوح ما بين صفر إلى قرابة جهد التغذية، سرعة مناسبة. حسنا لنتبنى بنية هذه القطعة لبناء المقارن المطلوب، ولكن ماذا نضيف أو نحذف منه؟ فى الرابط التالى نجد المقارن LM393 وهو مزدوج أى يوجد زوج داخل العبوة http://www.alldatasheet.com/datashee...EMI/LM393.html و مثيله أيضا LM139/293/393 وهو رباعى http://www.alldatasheet.com/datashee...EMI/LM339.html فى أول صفحة نجد تركيبة الداخلى ولزيادة الإيضاح قمت بتلوين الأجزاء المختلفة كما فعلت فى مكبر العمليات 741 وهذه للتوضيح  فنجد Q3 موصل كثنائى ليكون مع Q4 مصدر تيار ثابت و يثبت تيار باقى مصادر التيار الثابت الباقية والتى تعمل كحمل كبير جدا من جهة الجهد المتردد فى حين يسمح بمرور تيار مناسب (ارجع للشرح السابق فى مكبر العمليات) التكبير الأساسى كما فى مكبر العمليات بمكبر تفاضلى من نوع دارلنجتون وسبق شرحه مكون من Q8,Q9 – Q10,Q12 و مقاومة حمل المكبر مكونة من مصدر تيار ثابت Q11 مع الثنائى المجاور يؤخذ الخرج من هذه النقطة إلى َQ15 وهو مرحلة تكبير حملها Q14 المثبت تياره كما قلنا. نلاحظ هنا قلة عدد المراحل عن مكبر العمليات لتحقيق سرعة أعلى قليلا و الملاحظة الثانية والهامة هى مرحلة الخرج عبارة عن ترانزيستور بدون مقاومة مجمع أو حمل وتسمى Open Collector المجمع المفتوح. كيف يعمل؟ لا يظهر له خرج!! إذن لماذا وضع هكذا وكيف نحقق منه خرج؟ ماذا لو أردنا توصيل زوج من المقارنات مثلا لتحقيق حالة مثل درجة الحرارة أعلى من 10 مع درجة رطوبة أعلى من 50%؟ سنوصل زوج من المقارنات الأول يكون له خرج عندما تكون الحرارة أعلى و الآخر عندما تكون الرطوبة أعلى. ماذا إذن لو كانت الحرارة أعلى والرطوبة أقل؟ سيكون الأول له خرج = 10 فولت مثلا والأخر = صفر. لو جمعنا الخرجين سيكون الترانزيستور العلوى فى المقارن الأول موصل والسفلى مفتوح بينما فى الثانى العكس تماما مما يوفر مسارا كهربيا رائعا بين المصدر الكهربى والأرض من خلال الترانزيستور العلوى- الخرج- الترانزيستور السفلى و ينتهى الأمر بتدمير الاثنين....  توصيل مجمع مفتوح Open collector هنا سيحمى الجميع ولكنه سيحتاج لمقاومة تتصل بالطرف الموجب و حقيقة الحماية نشأت من عدم وجود ترانزستورات متصلة بالطرف الموجب فقط مقاومة واحدة مهما كثر عدد الوحدات. هذه المقاومة تسمى Pull Up أو انحياز لأعلى. هذا المقارن أيضا يمكن أن يكون حمله ريلاى مباشرة كما بالرسم السابق (المشاركة السابقة) تلك كانت إضافة جيدة للمقارنات تجعلها خاصة بهذا التطبيق لكن مشكلتها لا يوجد بها حماية ضد زيادة تيار الحمل والذى قد يسبب ارتفاع حرارة المقارن و من ثم تلفه ولكن مقابل ذلك فالخرج فى حدود التيار المناسب تصل لقرابة الصفر. المقارن التالى عالج هذه الخاصية بإضافة مقاومة 3-4 أوم على التوالى مع باعث Emitter ترانزيستور الخرج و زيادة التيار فيها تجعل ترانزيستور الحماية يسحب التيار من قاعدة ترانزيستور الخرج وأيضا سبق شرح كل هذا فى مكبر العمليات http://www.alldatasheet.com/datashee...NSC/LM119.html لو لاحظنا تركيبة وأطرافه نجد هناك إضافة أخرى للسابق وهى عزل تغذية مرحلة المكبر عن مرحلة الخرج وهذا يمكنك من استخدام المقارن فى دائرة تعمل على +/- 15 فولت تحتوى مكبرات وحساسات الخ و فى النهاية تستخدم هذا المقارن حيث تتم المقارنة فى وسط +/- 15 فولت بينما يكون الخرج +5 فولت بالنسبة للأرض حيث يتم ذلك بتوصيل ترانزيستور الخرج بين الأرضى والحمل وهذا الوضع ملائم للنقل من الوسط التماثلى للرقمى خاصة TTL والتى تعمل على +5 فولت. المقارن التالى من هذا الرابط LM311 أضاف خاصية الاستجواب وتسمى Strobe فى الطرف 6 http://www.alldatasheet.com/datashee...NSC/LM311.html حيث يمكنك إرسال إشارة للترانزيستور المرافق فيظهر الخرج وقتها فقط و بالتالى يمكنك أن تقوم بتفعيل مجموعة كل بدوره وأيضا تفيد فى تعطيل عمله إن لم تكن الظروف ملائمة فهو يمكن أن يعمل كمولد إشارات أو محول من موجة جيبيه أو مثلثة لنبضات مربعة ولا يجب أن تظهر إلا فى شروط معينة. تعتبر المقارنات من الأجزاء المهمة فى عالم الدوائر الالكترونية حيث تكون أول مرحلة للتحويل من الإشارة التماثلية Linear للنظام الرقمى Digital سواء مباشرة أو بصورة غير مباشرة، فكل دوائر تحويل التماثلى لرقمى Analog To digital تبنى حولها ، كما تستخدم لتحديد ما إذا وصل الجهد المتغير لقيمة ما أم لا. لذلك تجدها أساس مثبتات الجهد، مثبتات التيار، مثبتات درجة الحرارة الخ بانتهاء الحديث عن المقارنات نكون قد أكملنا دراسة مكبرات العمليات و أبناء عمومتها المقرنات. الملف التالى هدية من شركة National Semiconductor الأمريكية وهى من أكبر مصنعى الدوائر المتكاملة ويحتوى مجمع لأغلب الدوائر بمكبر العمليات والمقارنات فى 88 دائرة. ولو استوعبتها، يمكنك أن تصمم أى دائرة كبيرة من هذه الدوائر كأجزاء. هذا موقع الملف، ولأهميته قمت برفعه هنا فى المنتدى أيضا وهو بالمرفق. http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf لو أردت شرح أى دائرة منها يمكنك أن تضعها كمشاركة هنا فى هذه السلسلة أو موضوع جديد لمناقشتها و معذرة لا يتسع المجال لشرحها كلها داخل هذه السلسلة. فى المرة القادمة عن شاء الله نتكلم عن مثبتات الجهد لم اتمكن من رفع الملف هنا لذا وضعته فى 4shared على الرابط التالى AN_31.zip التعديل الأخير تم بواسطة : ماجد عباس محمد بتاريخ 16-02-2010 الساعة 07:51 AM |
|
||||||
|
|
