اكتشف أسرار الدوائر الإلكترونية #0002

[م.وليد الفرا]

اكتشف أسرار الدوائر الإلكترونية #0002

المشروع الثاني يتناول دائرة إلكترونية بالغة الأهمية هي دائرة الحماية ضد الارتفاع أو الانخفاض الزائد في جهد الكهرباء المغذية للأجهزة الكهربية كالثلاجة على سبيل المثال.
المصدر: الدائرة رقم 84 في الموقع:

www.electronicsforu.com/electronicsforu/lab

ترجمة وشرح الدائرة :
http://www.qariya.com/electronics/over_voltage_protection.htm

الشكل التالي يعرض مخطط الدائرة:

http://www.qariya.com/electronics/voltage_prote.JPG

تم اختيار هذه الدائرة من بين عشرات الدوائر الموجودة على النت ولا ادعي أنني صاحبها أو لي أي دخل في تصميمها، هي موجودة الآن ليتم تشريحها واستنباط أسرارها وعيوبها والأخطاء الموجودة بها (إن وُجدت) لتعم الفائدة على الجميع بإذن الله.
قبل أن اقدم تساؤلاتي سأقدم ترجمة لما أورده مصممي الدائرة حول وظائفها.
لو سمحت الكلام العلمي لا يُفهم من القراءة العابرة، يجب أن تركز قليلاً وان تقرأ الفقرة المهمة اكثر من مرة. كذلك يًحبذ أن تفتح صفحة منفردة لمخطط الدائرة للنظر إليها بين الحين والآخر.

يقول مصممو الدائرة:
هذه الدائرة تحمي الثلاجات وكذلك الأجهزة الأخرى من الارتفاع المفرط أو الانخفاض المفرط في الجهد المغذي. الدارة المتكاملة
LM324 وهي IC2 التي تحتوي على 4 مكبر عمليات op-amp نستخدم منها 2 فقط في الدائرة وهما N1 و N2، كل op-amp يعمل كمُقارن comparator. يتصل البور سبلاي الغير منتظم بمجموعة مقاومات متصلة معا على التوالي هي R1 والمقاومة المتغيرة VR1 و R2. نفس البور سبلاي متصل بالديود زينر 6,8 فولت (ZD1) عبر المقاومة R3.
تم ضبط المقاومة المتغيرةVR1 بحيث يكون الجهد عند المدخل الغير عاكس non-inverting terminal (الطرف 3) لمكبر العمليات N1، اقل من جهد الزينر 6,8 فولت وذلك عندما يكون جهد كهرباء الحائط يتراوح ما بين 180 إلى 240 فولت AC. وبالتالي يكون خرج مكبر العمليات N1 في هذه الحالة = صفر ويبقى الترانزيستور T1 في حالة OFF. الريلي المتصلة بمجمع الترانزيستور T1 ستبقى غير مفعّلة (طافيه) لكن الجهاز (الثلاجة) تكون مغذاة عبر نقاط تماس الريلي N/C بالكهرباء والوضع يكون طبيعي (انظر للمُخطط).
عندما يرتفع جهد التغذية AC إلى قيمة اكبر من 240 فولت، ستزداد بالتالي قيمة الجهد DC المغذي للطرف 3 من مكبر العمليات N1. الطرف 2 من N1 لا زال جهده ثابتاً عند القيمة 6,8 فولت بسبب وجود ديود زينر. عندما يصبح الجهد عند المدخل 3 اكبر منه عند المدخل 2 سيتحول خرج N1 من الحالة السابقة صفر فولت إلى High مما يؤدي إلى تشغيل الترانزيستور T1 وبالتالي تفعيل الريلي RL والنتيجة قطع التغذية AC عن الثلاجة (الجهاز). وبذلك نكون قد حمينا الثلاجة (أو أي جهاز) من الارتفاع الزائد في جهد التغذية AC.
الآن تعال نتأمل حالة هبوط الجهد المغذي للجهاز عن 180 فولت AC. عند حدوث ذلك تصبح قيمة الجهد DC عند المدخل العاكس inverting terminal ( الطرف 6 لمكبر العمليات N2) اقل من قيمة الجهد DC عند المدخل الغير عاكس (الطرف 5) والذي جهده ثابتا عند القيمة 6 فولت. عندئذٍ سيتحول خرج N2 إلى High وستشتغل الريلي من خلال الترانزيستور T1. عندما تشتغل الريلي ستقطع جهد التغذية AC عن الثلاجة وهكذا نكون حمينا الثلاجة من الهبوط المفرط في جهد التغذية عندما يقل عن 180 فولت AC. الـ IC1 تتغذى بجهد منتظم 12 فولت DC.
الخلاصة تشتغل الريلي في حالتين الأولى عندما يزداد الجهد على الطرف 3 عن 6,8 فولت، والثانية عندما يقل الجهد عند الطرف 6 عن 6 فولت. يمكن ضبط الدائرة ككل من خلال المقاومتين المتغيرتين VR1 و VR2.
هذا كل ما قيل عن الدائرة، أنت الآن عليك أن تقرأ ذلك الشرح بتأمل لتكون مستعداً للإجابة عن تساؤلاتي.
ملاحظة: أنا اعرف أن هذه الدائرة مفيدة جداً ويمكن تصنيعها على نطاق واسع، لكن لو سمحت لا تذهب الآن إلى تصنيعها لان بها أخطاء كثيرة. اصبر وافهم معنا التفاصيل ومن ثم اذهب لتصنعها وأنت قادر على إعادة تصميمها بشكل افضل واكثر كفاءة.
ملاحظة: الدائرة السابقة رقم #0001 لم تأخذ حقها في النقاش والتحليل، لكنني على الرغم من ذلك سأعتبرها أساس لنقاش هذه الدائرة. هكذا ستتم العملية باستمرار، سنبني على ما سبق، لذا ستشعر بوجود بعض التكرار المتعمد في التركيز على بعض النقاط. أعانني الله وإياكم على ما فيه الخير للجميع.

www.Qariya.com

[م.وليد الفرا]

التساؤلات:
(1) إذا كان لديك منظم جهد voltage regulator (7812) في دائرة فكم يجب أن تكون اقل قيمة للجهد DC الداخل إلى هذا المنظم للحصول على 12 فولت عند المخرج؟
(2) حدد (لو سمحت) العناصر الإلكترونية التي تكون البور سبلاي الغير منتظم؟
(3) افرض جدلاً أنني أريد أن يكون جهد البوسبلاي الناتج هو 14 فولت DC غير منتظم، فكم تكون قيمة الجهد الثانوي AC للمحول x؟
(4) إذا كان جهد الملف الثانوي للمحول x هو 12 فولت AC فكم تكون قيمة الجهد DC الغير منتظم عند الطرف الموجب للمكثف (الفلتر) C1 ؟
(5) علل وجود المكثفين 100 نانوفاراد دائما حول أي منظم جهد من السلسة 78xx؟
(6) ما الحكمة من تغذية مداخل مكبري العمليات N1 و N2 من خرج البور سبلاي مباشرةً وليس من خرج المنظم 7812؟
(7) افرض أن الجهد عند الطرف الموجب للمكثف C1 هو 15 فولت DC، احسب قيمة المقاومة VR1 بعد ضبطها ليكون جهد المدخل الغير عاكس (الطرف3) يساوي 6,5 فولت (الطرف A في الشكل التالي)؟
السؤال بصيغة أخرى: احسب قيمة المقاومة المتغيرة VR1 ليصبح الجهد عند النقطة A أي VA = 6,5 فولت، إذا علمت أن جهد المصدر = 15 فولت؟

(8) إذا كان المحول هو 220 إلى 12 فولت AC، احسب قيمة الجهد الناتج عند الطرف الموجب للمكثف C1 في الحالات التالية:
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 240 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 180 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 245 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 175 فولت AC
(9) اختر الإجابة الصحيحة:
 لكي يكون خرج N1 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 3 …. (اكبر من 6,8 فولت// = 6,8 فولت// اقل من 6,8 فولت).
 لكي يكون خرج N2 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 6 …. (اكبر من 6 فولت// = 6فولت// اقل من 6فولت).
(10) الليد (Red LED) الوحيد الموجود في المخطط به خطأ ما، علّق على ذلك.
(11) اختيار الدارة المتكاملة LM324 كان اختيار غير موفق (من ناحية كفاءة التصميم) ما تعليقك على ذلك، أرجو أن تقترح الدارة المتكاملة البديلة والتي تعتبر اكثر ملائمة.
(12) ما دور الديود D5 وما مدى أهميته في الدائرة، هل يمكن الاستغناء عنه، اشرح اقتراحاتك حول هذا الديود؟
(13) اذا كان مخرج N1 هو High، ومخرج N2 هو Low، احسب شدة التيار المار في المقاومة R4 وشدة التيار المار في R8 وشدة تيار قاعدة الترانزيستور T1؟
(14) مكتوب على المخطط أعلاه مواصفات الريلي كما يلي:
RL = 12V, 200 ohm, 1C/O relay فسر معنى ذلك بالتفصيل؟
(15) لو لم تجد في محل بيع القطع زينر بجهد 6,8 فولت ووجدت زينر 6 فولت فقط، كيف ستحل هذه المشكلة.
(16) اذكر خمسة أسماء مختلفة للديودات D1 إلى D4 والتي يمكن استخدامها في دائرة التوحيد وعلل سبب ذلك؟
(17) اذكر ثلاث بدائل للرانزيستور BC547 مع ذكر السبب؟
(18) هل كل مكبر عمليات يصلح لاستخدامه كمقارن أم أن ذلك يقتصر على أنواع معينة؟

بانتظار ردودكم ومشاركاتكم والله الموفق

[ابو منير]

بسم الله الرحمن الرحيم

أخي وليد
أنا سعيد بعودتك ، وارجو من الله ان يتقبل عملك هذا ، و يجعله في ميزان حسناتك.

سأجيبك على بعض الاسئلة من خلال قراءتي السريعة للدارة :

الجواب 6 :
تتم تغذية مداخل مكبري العمليات N1 و N2 من خرج البورسبلاي ، لان جهد ثانوي المحوّل يتغير ارتفاعا او انخفاضا حسب ارتفاع او انخفاض جهد الشبكة الكهربائية 220V .
اما جهد خرج المنظم 7812 فهو ثابت و قيمته 12 فولت ، ولا يتاثر بارتفاع او انخفاض توتر االشبكة .

الجواب 7 :
لحساب قيمة المقاومة ، نطبّق نظرية قاسم التوترات :
وهي :
V6 =VC1* ( VR1 + R2) /( VR1 + R2 +R1) *1

حيث :
V6 = 6.5V
VC1 = 15V
R2 = 10K
R1 = 33K

وبالتعويض نجد :
VR1 = 15.3K

الجواب 9 :
لكي يكون N1 هو High يجب ان يكون جهد الطرف 3 اكبر من 6.8 فولت .
لكي يكون N2 هو High يجب ان يكون طرف الجهد اصغر من 6 فولت

الجواب 10 :

الثنائي الضوئي يجب ربطه على التسلسل مع مقاومة R لجعل التيار المار في الثنائي الضوئي يساوي 20 ميلي آمبير

وبعملية بسيطة :

R = V/I

V =12v
I=20mA
وبالتعويض نجد : قيمة المقاومة المضافة هي 600 اوم .

و أخيرا لي ملاحظة حول الديود D5

ارى انه يجب وضع ديودين الاول عند خرج المقارن N1 ، والثاني عند خرج المقارن N2 لكي نمنع رجوع التيار الى خرج المقارنين ، ومنه الاستغناء عن الديود D5 .

ارجو من الاخوة التفاعل مع هذا الموضوع ،

[م.وليد الفرا]

السلام عليكم اخي ابو منير
حياك الله وانا ايضاً سعيد بمشاركتك
اجابة السؤال 6 صحيحة مئة بالمئة
اجابة السؤال 7 صحيحة مئة بالمئة
اجابة السؤال 9 صحيحة مئة بالمئة
اجابة السؤال 10 صحيحة مئة بالمئة، لكن لي تعليق بسيط عليها انا واثق انك تعرفه، وهو ان المقاومة الناتجة 600 اوم غير موجودة في الواقع لذا ستذهب الى اقرب قيمة عملية وهي 560 او 470 اوم.
التعليق الاخير حول الديود D5 ليس صحيحا على الاطلاق، انت بعيد تماما عن السبب الحقيقي، ارجو ان تركز قليلاً وتحاول. ايضا حاول اجابة بقية الاسئلة حتى لو غداً
اخي الفاضل ابومنير، انا لاحظت قلقك ومحاولتك دفع بقية الاخوة للمشاركة، اقول لك اخي لا تقلق، انا عدت ولن اتراجع حتى لو وجدت هذا الموضوع بالفعل في اخر صفحة، انا سأضع ما عندي من معلومات وللاخوة مطلق الحرية في الاطلاع والمشاركة.
اشكر لك رقة مشاعرك
اخوكم وليد.

[ابو منير]

سأواصل الاجابة على بعض الاسئلة :

الجواب 1 :
جهد خرج المنظم 7812 هو 12 فولت ، يجب ان يكون ادنى جهد داخل للمنظم هو جهد الخرج + 2 فولت
اي الجواب هو 14 فولت

الجواب 14 :
مواصفات الريلي :
تغذية وشيعة الريلي هي : 12 فولت.
مقاومة وشيعة الريلي هي 200 اوم ، وتمثّل مقاومة مجمع الترونزستور.
الريلي له تماس مبدّل اي ذو وضعيتين غلق/ فتح .

الجواب 15 :
تمت الاجابة عليه في موضوع سابق
للحصول على الجهد 6.8 فو ن نستعمل زينر 6 فو ، على التسلسل مع ديود عادي .

و السلام عليكم و رحمة الله وبركاته.

[ابو منير]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة wlid66

التعليق الاخير حول الديود D5 ليس صحيحا على الاطلاق، انت بعيد تماما عن السبب الحقيقي، ارجو ان تركز قليلاً وتحاول.
اخوكم وليد.

سأعيد طرح فكرتي حول الديود D5 .
اقترح التصميم المعدّل التالي :



اريد تحقيق البوابة or بين الخرجين 1 للمقارن N1 ، والخرج 7 للمقارن N2
بحيث عندما يكون الخرج 1 High ، فانه يمر فقط الى قاعدة الترونزستور، ولا يعود الى الخرج 7 .
نفس الشيء بالنسبة للخرج 7 عندما يكون High .
المقاومة R8 تقوم بتحديد تيار القاعدة في الحالتين .

[م.وليد الفرا]

السلام عليكم اخي ابو منير

اولا انا اسف على التأخير، بالامس واثناء كتابتي للرد انقطع التيار الكهربي

اجابة السؤال رقم 1 سليمة
اجابة السؤال رقم 14 سليمة لكنني لم افهم قصدك من العبارة "، وتمثّل مقاومة مجمع الترونزستور" ما علاقة الريلي بالمجمع عند تصنيعها ارجو ان توضح ذلك
اجابة السؤال رقم 15 سليمة
اجابة السؤال رقم 12 الخاصة بالديود D5 خاطئة للاسف لكن تصورك رائع يدل على الحس الالكتروني العالي لديك، وسأفنده جملة جملة

ابو منير:" تحقيق البوابة or بين الخرجين 1 للمقارن N1 ، والخرج 7 للمقارن N2 "
ابو قاسم: البوابة "او" متحققة فعلا دون الحاجة الى ديودات لان جهد الشبكة الكهربائية (وأشكرك على التسمية الجميلة الافضل من عبارة جهد الحائط) لا يمكن ان يكون اكبر من 240 فولت واقل من 180 فولت في نفس اللحظة.

ابومنير: "بحيث عندما يكون الخرج 1 High ، فانه يمر فقط الى قاعدة الترونزستور، ولا يعود الى الخرج 7. "
ابوقاسم: حاول ان تحل سؤال 13 وستكتشف ان معظم التيار يمر الى قاعدة الترانزيستور.

انا اعرف انك الان تتعجل الحل لكن مراعاة لاعطاء الفرصة الى بقية الاخوة سأؤجل ذلك قليلا. عندما تعرف الحل الصحيح ستقتنع.
اتمنى لك التوفيق في المحاولات اللاحقة

[م.وليد الفرا]

اجابة السؤال الأول:
نص السؤال: إذا كان لديك منظم جهد voltage regulator (7812) في دائرة فكم يجب أن تكون اقل قيمة للجهد DC الداخل إلى هذا المنظم للحصول على 12 فولت عند المخرج؟
الاجابة:
تقول الداتا شيت أن الجهد DC الداخل إلى المنظم يجب أن يكون اكبر من القيمة الناتجة (وهي 12 فولت هنا) بمقدار 2 فولت على الأقل. بعض الدارات المتكاملة التي تعمل كمنظم جهد تتطلب أن يكون جهد الدخل اكبر بـ 3 فولت. أنا شخصيا أميل للرقم 3 فولت لضمان الحصول على الجهد المطلوب يشكل اكثر ثباتاً. من هنا يجب أن يكون جهد الدخل للمنظم في دائرتنا 15 فولت DC على الأقل لضمان الحصول على 12 فولت ثابتة.