شكرا أخى الكريم

التحكم فى جهد أعلى من جهد التغذية
فى الشرح السابق كانت مشكلة الدائرة بالترانزيستورات الموحدة (الشكل الأيمن) لأن فولت التحكم لا يكفى لفتح ‏التراتزيستورات العلوية 3،1 و هو بالتأكيد الآن لن يفتح الترانزيستورات العلوية إطلاقا.‏

بإستخدام الدائرة بالترانزيستورات العكسية (الرسم الأيسر) سنجد أن الترانزيستورين 1،3 لن يغلقا على الإطلاق ‏فعندما يكون جهد التحكم = 5 فولت و يفترض إغلاق أى منهما سيكون جهد القاعدة = 12 فولت – 0.6 = 11.4 ‏فولت و بالتالى سيكون الفولت على المقاومة المتصلة بالقاعدة = 11.4 – 5 = 6.4 وهو يمرر تيار كافى لإبقاء ‏الترانزيستور مفتوحا.‏
نفس الكلام ينطبق على الموسفيت إلا أن الحوار حول الفولت و ليس التيار.‏
ما الحل إذن؟
أول حل أن نستخدم ترانزيستور يعمل كمرحل مستوى ‏Level Shift‏ ‏
‎
نلاحظ هنا أننا أضفنا ترانزيستورين 5،6 ‏
أولا: لو كلا المدخلين = صفر، سيفصل الترانزيستورات 2،4،5،6 و نظرا لعدم مرور تيار فى 5،6 لا يكون هناك ‏تيار قاعدة لكل من الترانزيستورين 1،3 و من ثم فالكل غير موصل و الموتور متوقف.‏
ثانيا: المدخلان فى حال 1 منطق أو +5فولت، سيمرر المدخل الأيسر تيار فى قاعدتى الترانزيستورين 4،6 ‏فيصبحا فى التشبع و من ثم يمرر الترانزيستور 6 تيار قاعدة للترانزيستور 1 فيتشبع أيضا و نفس الشئ على ‏الجانب الآخر مسببا تشبع باقى الترانزيستورات مما يضع قصر على التغذية وهذا الخطر الذى شرحناه سابقا.‏
أما فى حال أحد الجانبين +5 فولت و الآخر = صفر فإما المسار الأحمر سيكون موصلا أو المسار الأخضر ‏سيكون موصلا و بهذا يمكن أن يتحرك الموتور فى أى من الإتجاهين.‏

هنا نقطة يجب أن لا نفوتها أخذا فى الإعتبار أن القنطرة تستخدم فى تغذية أحمال بالجهد المتردد أى تحويل ‏المستمر لمتردد مثل أفران الحث و العواكس "إنفيرتر" حيث يكون جهد التحكم موجة مربعة وليست نبضات، لذا ‏يجب الحرص من هذه الدوائر التى يمكن أن تسبب قصر على التغذية لأن فى فترات الإنتقال تصبح ‏الترانزيستورات كلها موصلة مما يسبب تحميل زائد على الترانزيستورات وأيضا نبضات ضوضاء على خط التغذية ‏تربك دوائر التحكم و انخفاض فى كفاءة الدائرة، أما فى النبضات ذات دوام أقل من 50% فالخوف لا مبرر له ‏لأن طاقم يفتح ثم يقفل قبل أن يفتح الآخر أى أن هناك "فترة صمت" إن شئت التعبير.‏
حساب قيم المقاومات يعتمد على تيار الحمل و قيمة الكسب “بيتا” للترانزيستور المستخدم وهنا أكرر أن هذا ‏الكلام سيكون صحيحا فقط لقيم المقاومات 5،6 أما المقاومات الباقية و المتصلة بقاعدة ترانزيستورات القدرة ‏فالقيمة الصحيحة التى تعتمد فى الحساب يجب أن تؤخذ من الداتا شيت عند التيار الفعلى للحمل فقد تنخفض كثيرا ‏بصورة غير متوقعة، و هذه الخاصية تسبب انخفاض الكفاءة و ارتفاع الحرارة المتولدة فى الترانزيستورات. هذه ‏الخاصية يمكن تجنبها باستخدام الموسفيت.‏
باستخدام الموسفيت نجد


الدائرة لم تعد غريبة ، فعند وجود إشارة عند الطرف A يمرر تيار فى قاعدة الترانزيستور 6 فيكون فى التشبع ‏مما يجعل المقاومة 6 متصلة بالأرضى و تعمل مع م1 مجزئ جهد يضع على بوابة الموسفيت 1 ما بين 10 إلى ‏‏20 فولت فيفتح ويصير موصلا، وفى نفس الوقت يكون على قاعدة الموسفيت 4 فيفتح بينما لا يوجد جهد فى ‏الجانب B ومن ثم الترانزيستور 5 فى حال القطع و من ثم المقاومة 4 غير متصلة بالأرضى و من ثم بوابة ‏الموسفيت 3 Gate مرتبطة بمصدرة Source ما يجعله غير موصل ولا يمرر تيار – نفس التحذير بخصوص ‏الموجة المربعة و أفضلية تجنب التغيير المتزامن للجانبين معا.‏
هنا نقطة يجب أن نلاحظها من النقاش السابق، أن الجهد على أى من الجانبين يجب أن يكون كافيا لتفعيل ‏الموسفيت المناظر (2 أو4) لذا إما تستخدم الموسفيتات القابلة لجهود 5 فولت على البوابة و المسماة Logic ‏Gate Control أو تستخدم بوابات ذات خرج 12 فولت مثل عائلة ‏CD4xxxB ‎‏ مع الميكرو ستحتاج لدائرة ‏إزاحة مستوى Level shifter و هناك العديد منها إما متكاملة متخصصة أو من عائلة ‏ULN2xxx‏ ‏
حساب قيم المقاومات: فبالنسبة للمقاومات 5،6 فهى كما سبق من بيتا فقط مع مقاومة مجمع Collector ‏مجموع م1+م3 أما قيمة م3 أو م4 فيجب مراعاة قيمة جهد التغذية كما فى الجزء الأيمن من الصورة حيث ‏عندما يكون الترانزيستور 5 موصلا يجب أن يكوّن م2 مع م4 مجزء جهد بنسبة لا تضع على بوابة الموسفيت ‏أكثر من 20 فولت المسموح بها من الداتا شيت
هل هناك حل لمشكلة أن تفعيل المدخلين معا يسبب قصر على مصدر التغذية؟ موضوعنا القادم بإذن الله ‏

طريقة أخرى :
لتجنب القصر الذى يحدث عند تفعيل الطرفين معا ، نقلت تغذية الترانزستورات السفلية من طرف التحكم إلى نقطة ‏على خرج القنطرة كما بالرسم.‏

عندما يكون كلا الدخلين = صفرا ، سيكون كلا الترانزستورين ‏‎ BC337‎‏ رقمى ‏TR6,5‎‏ فى حال الفصل ولا يمر ‏تيار فى ترانزستورات القدرة العليا م س م ‏PNP‏ رقمى ‏TR1,3‎‏ و بالتالى طرفى المجمع لهما و من ثم طرفى ‏الموتور لا يكون عليهما فولت و بالتالى لا يمر تيار للترانزيستورات السفلية.‏
فى حال وجود +5 فولت على طرف التحكم ‏A‏ مثلا، سيمر تيار فى المسار الأحمر عبر الترانزيستور رقم 5 ‏فيسحب تيار قاعدة من الترانزستور 1 و بالتالى يصير رقم 1 فى حال التشبع و من ثم يكون جهد المجمع أقل ‏بقيمة 0.2 فولت من التغذية و هو نفس طرف ‏A‏ للموتور ، و يمرر هذا الفولت تيار قاعدة للترانزستور 4 فيكون ‏فى التشبع واضعا 0.2 فولت على الطرف ‏B‏ للموتور فيدور فى اتجاه ما نسميه ‏AB‏ .‏
نفس الكلام يقال عن الطرف ‏B‏ و المسار الأخضر ليدور الموتور فى الإتجاه المعاكس ‏BA‏ .‏
الآن لا يمكن للطرفين أن يتحركا معا فى آن فلو ربطنا المدخلين ‏A,B‏ معا فإن استجابة أحد الترانزيستورين 5،6 ‏ستكون أسرع ولو نانو ثانية من الآخر أو أحد مكونات باقى مسار أحد المدخلين، فلو افترضنا أن المدخل ‏A‏ ‏موجب ، سيكون كما سبق الشرح الجهد عند جانب الموتور الأيسر موجب و الأيمن أرضى، لنفترض أن الطرف ‏الثانى ‏B‏ قد ارتفع أيضا إلى +5 فولت، سيمر التيار فى المسار الأخضر ولو قليل عبر المقاومة 470 أوم إلى ‏قاعدة ‏TR2‎‏ فيبدأ فى التوصيل (المسار الأخضر المنقط) خافضا جهد طرف الموتور ‏A‏ و مقللا تيار قاعدة ‏TR4‎‏ ‏فيرتفع جهد مجمعه و طرف ‏B‏ للموتور فيزيد تيار المقاومة 470 ثم قاعدة ‏TR2‎‏ وهكذا. ‏
هذا بالطبع ليس الحل المثالى ولكنه بالقيمة المناسبة للمقاومة 470 أوم تحمى الدائرة من القصر على التغذية.‏
لا يجب أن ننسى دور الدايودات 1و2و3و4 فى معالجة تأثير التقطيع خاصة لو كان التحكم فى السرعة مستخدم و ‏لو استبدل الموتور بحمل يتطلب تردد عالى كمحول انفيرتر أو مسخن بالحث، سيكون استخدام دايودات سريعة ‏القطع ضرورى.‏

استخدام الموسفيت سيتيح مزايا الموسفيت فضلا عن كونها بطبيعتها تناسب الجهود الأعلى من 5 فولت لكون ‏البوابة تفتح بجهد +10 فولت.‏

عندما يكون الدخلين ‏A,B‏ فى وضع = صفر ، فالترانزيستورات 1،4 فى حال الفصل و من ثم الموسفيت 2 ، 5 ‏وهما كما بالرسم من النوع ‏P-Chanel‏ أو الموجب، سيكونا فى حال الفصل أيضا لوجود المقاومة 10ك التى ‏تربط بوابة كل منهما بمصدره ‏Gate-Source‏ و من ثم لا تغذية للباقى.‏
عند وجود +5 فولت على مدخل وليكن ‏A‏ فإن تيار قاعدة الترانزستور 1 يجعله فى التشبع و من ثم يجذب بوابة ‏الموسفيت 2 للأرض فيفتح و يمر التيار من التغذية عبر الموسفيت 1 ثم الطرف + للموتور و أيضا يفتح ‏الموسفيت السالب ‏N-Chanel ‎‏ رقم 3 جاعلا الطرف "-" للموتور أرضى فيدور فى الإتجاه الطبيعى.‏
نفس الكلام لو طرف التحكم ‏B‏ عليه +5 فولت سيجعل الترانزستور4 فى التشبع و الموسفيت 5 موصل و جهد ‏التغذية يوضع على الطرف "-" للموتور و يفتح الموسفيت 6‏
عند وضع +5 فولت على كلا المدخلين قد يكون من الصعب أن يحدث ما حدث فى الدائرة السابقة و ذلك لأن ‏الموسفيت يبدأ التوصيل عند 4 فولت و ليس 0.5 كالترانزستور الثنائى ولذا استخدم 2 دايود هما 1،2 لمنع هذه ‏الظاهرة.‏
عندما يكون مثلا الطرف ‏A‏ موجبا سيكون مجمع الترانزيستور رقم1 متصل بالأرضى مما يجعل الدايود 1 يشكل ‏قصرا على المدخل ‏B‏ فحتى لو أصبح +5فولت فالدايود 1 يسرب تيار القاعدة للأرض.‏
هذا نظريا صحيح 100% لكن عمليا القيم المرفقة بالرسم لا تصلح لأن جهد الدايود هو تقريبا مثل جهد القاعدة / ‏باعث ‏Emitter Base‏ و من ثم بإضافة جهد التشبع أيضا له يجعل الأمر لا يعمل، لذا إما نستخدم دايود شوتكى أو ‏جرمانيوم ليكون جهده 0.3-0.4 فولت أى أقل من القاعدة / باعث أو نقسم مقاومة القاعدة لكل مدخل تحكم بدلا ‏من 10 ك نستخدم مثلا مقاومتان 5 ك على التوالى و نقطة المنتصف يخرج منها الدايود

أو ببساطة أضف مقاومة كما بالصورة . دايودات الغاء تأثير التقطيع 3،4،5،6 يمكن اعتبارها الدايودات بداخل ‏الموسفيت لكن هنا لا يفوتنا أنه وضع الدايودات على طرفى الموتور لتقليل تأثير مرورهما فى اسلاك التوصيل ‏على باقى أجزاء الدائرة كما وضع أيضا مكثف على طرفى الموتور. و الأفضل طبعا وضع الأربع دايودات على ‏طرفى الموتور وليس فقط 2 منها. ‏
الآن لماذا لا نستخدم أوبتو حتى الآن؟

استخدام أوبتوكقنطرة:‏

الكثير يفضل استخدام الأوبتوكبلر مع القنطرة بدعوى أنها تعزل الضوضاء و تحسن الأداء، ناقشنا سبب التداخلات ‏التى تحدث و أسبابها و كيفية تلاشيها لكن لا يجدر أن نترك مناقشتها دون دراسة.‏
الآن لماذا نستخدمها؟ و أين نضعها؟.‏
أساس استخدام الأوبتو كبلر التحكم فى مكون مثل ترانزيستور أو دايود أو حمل من أى نوع مع وجود ظروف ‏تشغيل لا تسمح بالتوصيل المباشر إما لإختلاف الفولت فأحدهما مثلا 200 فولت و المتحكم دوائر رقمية أو ميكرو ‏لا تتعدى 12 فولت أو الرغبة فى توفير العزل الضرورى و المسمى "جلفانى" بين دوائر متصله بالتيار العمومى ‏و دوائر التحكم التى يلامسها البشر لمنع الصعق الكهربى و الذى يؤذى كلا من الإنسان و الجهاز معا.‏
قد يبدو مفاجئا أننا يمكن أن نستخدمها مباشرة للحصول على حمل يصل إلى 30 مللى أمبير و بقدرة 200 مللى ‏وات وهى ربما تكفى بعض الموتورات الصغيرة أو كثير من التطبيقات الأخرى التى تحتاج لخرج متردد حتى بضع ‏كيلو هرتز.‏

فى هذه الدائرة تم توصيل 4 وحدات من ‏PC817‎‏ الشهيرة والتى حلت كثيرا بديلا عن ‏‎4N35‎‏ لصغر حجمها ‏وسهولة توصيلها. لاحظ هنا ان كل 2 من الليدات متصلة على التوالى طاقم فى المسار الأزرق و الاخر فى المسار ‏البنى. هذا يصلح للتغذية 5 فولت فأعلى أما لو التغذية 3.3 فولت فربما سيكون من الأوفق توصيل كل ليد ‏بمقاومته من المصدر للترانزيستور أى على التوازى لأن مجموع جهدى 2 ليد سيكون أكبر من 3.3 فولت(راجع ‏الداتا شيت).‏
عند وجود +5فولت على الدخل 1 يمر تيار فى المقاومة 4 إلى الترانزستور 3 فيفعل الأوبتو 2،3 فيمر التيار من ‏‏+30 فولت عبر ترانزستور أوبتو2 للخرج ‏OUT1‎‏ للحمل و منه إلى ‏OUT2‎‏ فترانزستور أوبتو 3 إلى الأرض.‏
الآن لماذا لا نواجه المشاكل السابقة؟ ببساطة لأن الأشعة المنبعثة من الليد هى المسؤولة عن تشبع الترانزستور ‏بدلا من تيار القاعدة القادم من الخارج.‏
نفس الكلام يقال لو وضعنا +5 فولت على المدخل 2 لكن لا تضع كلا المدخلين معا حتى لا تضع قصر على ‏التغذية.‏
الآن استخدمناه كقنطرة و سندرس استخدامه مع القنطرة المرة القادمة إن شاء الله

استاذ ماجد جزاك الله كل خير على هذا المجهود الرائع الذي بذلته وجعل الله في ميزان حسناتك اما بعد :

كنت اود ان اسألك بخصوص قنطرة لتحويل تيار 220 DC تيار مترد AC 220 اي مثلا لدينا معطيات التالية
220 تيار مستمر من خلال 18 بطارية ولدينا موسفيت IRF260 ومذبذب 10 فولط 50 هرتز اريد تحويل هذا التيار المستمر الى التيار متردد 220 AC فما هي القنطرة المناسبة لهذه الدائرة .....ارجو منك تزويدي بالمجطط المناسب ولك كل الشكر

الأوبتو مع القنطرة :‏
عندما يكون جهد الحمل أعلى من جهد دائرة التحكم، نلجأ عادة لإستخدام أوبتو كبلر للتحكم فى الترانزيستورات ‏ذات الجهد العالى بصورة آمنة.‏
كثيرا ما تستخدم بهذه الطريقة حيث المدخل ‏A‏ يسبب تشبع الترانزستور 6 فيفعل الأوبتو 1 ليفتح ‏Q1‎‏ و معه ‏الترانزستور ‏Q4 ‎‏ ليدور فى اتجاه و المدخل ‏B‏ للإتجاه المعاكس

لكننا نندهش كثيرا لسخونة الترانزستورات العلوية أكثر من السفلية.‏
السبب أرجو أن نتذكر ما سبق عن توصيلة الدارلنجتون وهى بهذه الطريقة لن تدفع الترانزيستور ‏Q1‎‏ (و أيضا ‏Q3‎‏ مثله) حقا فى حال التشبع وهو ما يسبب الحرارة.‏
يلجأ البعض لإستبدال ‏Q1‎‏ بدارلنجتون وهو لن يحل شيئا. الحل الوحيد أن يكون مصدر تغذية ترانزستور الأوبتو ‏أعلى 1 فولت على الأقل من تغذية الحمل (الموتور هنا) .‏
مع استخدام الموسفيت سيكون الأمر أسوأ،

فإن فعلت المدخل ‏A‏ مثلا سيكون الموسفت ‏Q4‎‏ موصل ومن ثم جهد الجانب الأيمن للموتور صفر و أيضا ‏Q5‎‏ فى ‏التشبع فيفعل أوبتو 2 فيكون جهد بوابته ‏Gate‏ = جهد مصبه ‏Drain‏ = 24 فولت.‏
يجب أن يكون جهد البوابة ‏Gate‏ أعلى من جهد المصدر ‏Source‏ على الأقل 4 فولت ليبدأ التوصيل و لهذا ‏سيكون جهد المصدر ‏Source‏ أقل من جهد مصبه ‏Drain‏ بهذه القيمة و من ثم يسخن الترانزستور بشدة.‏
الحل أن نستخدم أى من الطرق السابق شرحها و أن يكون الأوبتو لعزل الدخول عن وحدات القدرة سواء ثنائية أم ‏موسفت.‏

لو أمكن حذف هذا الترانزستور من الأوبتو ثم وضعنا دايود ضوئى – من النوع الذى يستخدم كمصدر تيار أو خلية ‏ضوئية، ألا يكن ذلك رائعا؟ الثنائى المشع يضع ضوءه على الدايود المولد للجهد و نستخدم هذا الجهد للتحكم فى ‏موسفيت مثلا؟؟
هو ما فعلته شركة توشيبا و انتجت الأوبتو ‏TLP590B‏ حيث استخدموا ثنائيات تولد فولت عند تعرضها للأشعة ‏من الدايود الباعث لذا فى الداتا شيت وضعت دايودات ولم تضع ترانزستورات كما يلى

وهو بحجم المتكاملة القديمة ‏‎4N35‎‏ ولكنها ذات 5 أطراف فقط حيث الطرف 5 محذوف.الدايود الباعث كأى أوبتو ‏آخر و الإختلاف فقط فى الخرج حيث يكون 7 إلى 8 فولت على الأقل و بهذا يكفى وصلها بين البوابة و المصدر ‏Gate/Source‏ و عند إمرار من 10 إلى 20 مللى أمبير فى الدايود سيتولد فى الخرج ما يكفى لفتح الموسفت.‏

ولكن لا يوجد شيء مثالى فللأسف التيار الممكن الحصول عليه فقط 10 ميكرو أمبير وهذا يجعل المقاومة بين ‏البوابة و المصدر ‏Gate/Source‏ يجب أن تكون من 100ك إلى 1 ميجا أوم ولذا يفضل وضع الأوبتو قريبا من ‏الترانزيستور لكى لا يلتقط من الوسط المحيط جهودا شاردة.‏
نقطة أخرى هى بطئ هذه الوحدات فالتردد الأقصى لها حوالى 800 هرتز وهو مناسب للتحكم فى سرعة موتور ‏تيار مستمر لكن لا يناسب ترددات أعلى لتشكيل موجة جيبية فى إنفيرتر مثلا. ‏
إن شئت تحكم أسرع ، يمكنك استخدام وسيلة تقطيع ذات سرعة عالية مكان حرف × فى الدائرة.‏
أعلم أنك قد تحتج حيث يبدو مغريا أكثر أن يكون الوضع الأنسب هو طرف الأرض (أسفله) ذو اللون البنفسجى ‏يدلا من مكان × فى الدائرة ، لكن عند لحظة القطع سيرتفع جهد النقطة التى كانت أرضى لكامل جهد التغذية ‏واضعا هذا الجهد كجهد عكسى على القاعدة للموسفيت 2،4 فيتلفا و يرتد من خلال التوصيل لدخل دائرة التحكم ‏نقطتى ‏A,B‏ فيتلف دائرة التحكم.‏
ولو تفحصنا الدائرة سنجد أن هذه الطريقة تصلح لأى جهد تغذية من 3 فولت إلى 1200 فولت وهو أقصى ما يتحمله ‏موسفيت واحد الآن، ولكن لا توفر العزل الجلفانى، إن شئت العزل يمكنك استخدام 4 وحدات أوبتو.‏
هل هناك متكاملات لهذه المهمة؟ موضوعنا القادم بإذن الله.‏

أولا 18 × 12 = 216 وهو أعلى من 200 فولت تحمل الموسفيت و عند تمام الشحن سيكون الفولت 13.7 × 12 = 246.6 فولت لذا إما تستخدم 2 على التوالى أو تختار رقم يتحمل على الأقل 300 فولت
القنطرة يمكنك استخدام IRF2112 أو بديل و سيلى شرحها إن شاء الله فى هذه السلسلة

جزاك الله خيرا شرح دقيق وموضوعي وبسيط وممتع ..