الموسوعة العملية لمصادر التغذية الإلكترونية : دراسة – تحليل- تصميم- مشروعات

F.Abdelaziz · 18-09-2010, 08:25 PM

الموسوعة العملية لمصادر التغذية الإلكترونية

( دراسة – تحليل- تصميم- مشروعات )

1- التيار المتردد AC والتيار المستمر (الثابت ) DC

أولا : التيار المتردد AC :

أ‌- عام :
يمر التيار المتردد فى اتجاه ما ثم فى الاتجاه الآخر أى يعكس اتجاهه باستمرار .
جهد التيار المتردد يتغير باستمرار بين قيم موجبة ( + ) وقيم سالبة ( - )
كما فى الشكل رقم 1 .

معدل تغير الاتجاه ( عدد المرات كل ثانية ) يسمى تردد التيار المتردد frequency ويقاس بوحدة تسمى هرتز ورمزها (Hz) .
التردد هو عدد الدورات فى الثانية الواحدة ( الدورة هى الجزء الموجب + الجزء السالب ) .
تردد التيار العمومى ( الشبكة) فى بعض البلدان هو 60 HZ وفى بلدان أخرى50 HZ
ومنبع التيار المتردد مناسب لإمداد الطاقة مباشرة لبعض الاجهزة مثل المصابيح والسخانات ولكن معظم الدوائر الالكترونية تحتاج الى مصدر تيار مستمر (ثابت) .

ب‌- خصائص الشكل الموجى الجيبى للتيار المتردد
الاشارة الكهربية إما أن تكون تيار أو جهد أيهما يحمل المعلومات ولكن عادة نعنى الجهد .
الرسم البيانى لتغير الجهد مع الزمن موضح بالشكل رقم 2 كما يوضح الخصائص المختلفة للأشارة الكهربية وبه عدة دورات , أما الشكل 3 فيوضح دورة واحدة .
الاشكال توضح الشكل الموجى الجيبى ولكن الخصائص تسرى على جميع الاشكال الموجية ذات الاشكال الثابتة .

الخصائص :
1- السعة أو المدى Amplitude :A
هى أقصى جهد تصل اليه الاشارة وتقاس بالفولت .

2- جهد القمة او الذروة Peak voltage :Vp
هو اسم اخر للسعة .

3- الجهد من القمة إلى القمة Peak-peak voltage : Vpp
هو ضعف جهد القمة ( أو السعة ) . عند استخدام الاوسليسكوب عادة ما نقيس الجهد من القمة للقمة .

4- الفترة الزمنية (الزمن الدورى) Time period :T
هو الزمن الذى تأخذة الإشارة فى دورة كاملة ويقاس بالثوانى .
عمليا تستخدم وحدات الملى ثانية ( 1ثانية = 1000 ملى ثانية ) والميكروثانية ( 1 ثانية = مليون ميكروثانية ) .

5- التردد Frequency :F
هو عدد الدورات فى الثانية . ويقاس بالهرتز HZ .
عمليا تستخدم وحدات الكيلو هرتز KHZ ( 1000 هرتز ) والميجا هرتز ( مليون هرتز ) .

6- العلاقة بين التردد والزمن الدورى :
موضحة بالشكل رقم 4

7- قيمة جذر متوسط المربعات(RMS) Values ( اوالقيمة التأثيرية )

قيمة جهد التيار المتردد تتغير باستمرار من الصفر فى الاتجاه الموجب حتى تصل الى القمة الموجبة ثم تهبط وصولا إلى الصفر ثم إلى القمة السالبة وتعود إلى الصفر مرة ثانية . وبوضوح فان قيمة الجهد أو التيار معظم الوقت تكون اقل من جهد القمة ولهذا السبب فلا تكون قيمة القمة مقياس جيد للتأثير الحقيقى للجهد أو التيار .

بدلا من ذلك نستخدم قيمة جهد ما يعرف باسم ( الجزر التربيعى لمتوسط المربعات واختصارها RMS ) وهى تساوى 0.7 من قيمة جهد القمة Vp أى أن :

VRMS = 0.7 × Vpeak

و

Vpeak = 1.4 × VRMS

هذه المعادلات تطبق أيضا على التيار .

هذه العلاقات صحيحة فقط للأشكال الموجية الجيبية لان قيم 0.7 و 1.4 تتغير من شكل موجى إلى اخر .

قيمة RMS هى قيمة التأثير للجهد المتغير (أو التيار ) , فهى تكافىء قيمة تيار مستمر DC والذى يعطى نفس التأثير .

فعلى سبيل المثال :

عند توصيل مصباح إلى منبع 6V RMS AC سوف يضىء بنفس الشدة عند توصيله

بمنبع 6V DC .

ولكن سوف يكون المصباح معتم إذا وصل الى منبع 6V peak AC لأن قيمته التأثيرية RMS هى 4.2V فقط وتكافىء 4.2V DCفقط .

قد يقودك ذلك إلى الاعتقاد بأن قيمة RMS هى نوع من المتوسط ولكن من فضلك تذكر أنها فى الحقيقة ليست بقيمة متوسطة .

فى الحقيقة فان القيمة المتوسطة للجهد (أو التيار ) لاشارة التيار المتردد هى صفر لان كلا من الجزء الموجب والجزء السالب يلغي كل منهما الاخر كمتوسط .

السؤال :

ماذا يبين مقياس التيار المتردد ؟ هل هى قيمة RMS او قيمة Vp ؟

الاجابة :

مقياس الفولت للتيار المتردد (الفولتميتر) أو مقياس التيار المتردد (أمبيرميتر )يبين (يقيس) قيمة RMS للجهد او االتيار .

مقياس التيار المستمر أيضا يبين (يقيس) القيمة التأثيرية RMS للتيار المستمر المتموج وإذا كان تردد هذه التموجات أقل من حوالى 10Hz يمكنك رؤية مؤشر المقياس يتأرجح .

السؤال الاخر :

ماذا نعنى بالعبارة '6V AC' هل نعنى RMS أو نعنى Vp ؟

الاجابة :

اذا كان المعنى هو قيمة الذروة فيجب ذكرها والا كانت القيمة هى القيمة التأثيرية RMS .

فى الحياة العادية نستخدم الجهد والتيار المتردد والقيم المذكورة تكون قيم RMS لانها القيمة التى تسمح بعمل مقارنة ملموسة ( محسوسة) مع الجهد أو التيار المستمر كمثل الذى نحصل عليه من البطاريات .

مثال :

العبارة '6V AC supply' تعنى6V RMS بينما قيمة جهد الذروة يكون 8.6V .

العبارة 220V AC تعنى القيمة RMS بينما قيمة الذروة تكون 310V .

السؤال :

ماذا نعنى حقيقة بالعبارة : جذر متوسط المربعات RMS ؟

الاجابة :

نعنى : أولا تربيع كل القيم ثم إيجاد القيمة المتوسطة لهذه القيم على مدى دورة كاملة ثم إيجاد الجذر التربيعى للمتوسط . وهو ما تعنيه العبارة RMS .

وفى هذا المجال وبدون الدخول فى التفاصيل الرياضية ( المعقدة ) ولعدم حدوث خلط فقط ما عليك الا قبول ان قيمة RMS للجهد او التيار هى القيمة الاكثر فائدة من قيمة الذروة .

F.Abdelaziz · 18-09-2010, 08:26 PM

ثانيا : التيار المستمر DC :

التيار المستمر DC يمر دائما فى نفس الاتجاه وقد يزداد أو ينقص .

جهد التيار المستمر إما دائما موجب (أو دائما سالب) ولكنه قد يزداد أو ينقص .

الدوائر الألكترونية عادة تحتاج إلى مصدر تيار ثابت DC مستقر أى ثابت عند قيمة واحدة أو مصدر تيار ثابت DC ناعم أى به تغيرات طفيفة تسمى تموجات أو تعرجات ripple .

البطاريات ومصادر القدرة المنظمة تعطى تيار مستمر DC مستقر .

ثالثا : أنواع مصادر القدرة (التغذية) الإلكترونية :

هناك ثلاثة أنواع رئيسية لمصادر القدرة وكل نوع له مميزاته وعيوبه ومن ثم فإن كل نوع يستخدم حسب ظروف التشغيل .

النوع الاول :
مصادر القدرة (التغذية) بتيار مستمر ناعم ( غير منظم أو عير مستقر) :
(تسمى بالمصادر الخطية غير المنظمة )
وهو أبسط أنواع مصادر القدرة وغالبا ما تستخدم فى التطبيقات الغير حرجة حيث لا تكون كفاءة الاداء شىء حيوى .

النوع الثانى :
مصادر القدرة (التغذية) بتيار مستمر مستقر ( منظم ) خطى :
(تسمى المصادر الخطية المنظمة )
هذا النوع من مصادر القدرة يمكنه توفير خصائص ذات مستوى مرتفع . على الرغم من استخدامه لعنصر تنظيم على التوالى يعنى أن كفاءته غير كافية نسبيا لاستهلاكه (تشتيته) جزء كبير من قدرة الدخل كحرارة .
مع ذلك هذا النوع يوفر مستوى عالى من التنظيم مع قيم صغيرة من التموجات (التعرجات )
النوع الاول هو جزء من النوع الثانى .

النوع الثالث:
مصادر القدرة (التغذية) بتيار مستمر مستقر (منظم ) بتقنية التقطيع SMPS
فى هذا النوع يستخدم تقنية التقطيع (الفصل و التوصيل) لتنظيم الخرج . على الرغم من تواجد نبضات رفيعة جدا فى الخرج إلا أن هذا النوع يوفر مستوى عالى من الكفاءة كما أنه يكون خفيف الوزن ( لعدم استخدام محول قدرة ) ويمكن وضعه فى حيز أقل بكثير من النوع الخطى المكافىء له فى القدرة .

القادم أن شاء الله

مصادر الإمداد بالقدرة بالتقنية الخطية

F.Abdelaziz · 18-09-2010, 10:38 PM

2- مصادر الامداد بالقدرة بالتقنية الخطية :

يوجد منها أنواع كثيرة سنتعرف عليها تباعا ولكن معظمها تصمم لتحويل جهد المنبع المرتفع ذو التيار المتردد AC إلى جهد منخفض مناسب لتغذية الدوائر الالكترونية والاجهزة الأخرى .
يمكن تقسيم مصدر الامداد بالقدرة إلى أقسام وكل قسم يؤدى (ينفذ) وظيفة محددة كما فى الشكل رقم 6 .

سنتناول كل قسم بشىء من التفصيل .

القسم الأول : المحول Transformer :
يقوم المحول بتحويل كهرباء التيار المتردد من جهد إلى آخر مع قليل من الفقد فى القدرة .
عمل المحول فقط بالتيار المتردد ولهذا يوصل بالمنبع لانه AC .
المحول الرافع يرفع من الجهد بينما المحول الخافض يخفض من الجهد .
معظم وحدات الامداد بالطاقة تستخدم المحول الخافض لخفض جهد المنبع المرتفع والخطير ( 220V AC ) إلى جهد منخفض آمن .
ملف الدخل يسمى الابتدائى وملف الخرج يسمى الثانوى .
لا يوجد أى اتصال كهربى بين الملفان ولكن يوجد بينهما ربط بالمجال المغناطيسى المتردد المتولد فى القلب الحديدى للمحول .
الخطان فى وسط رمز المحول يمثلان القلب الحديدى .
يفقد المحول قدرة صغيرة جدا بحيث يمكن اعتبار أن قدرة الدخل تساوى قدرة الخرج .
لاحظ انه كلما إنخفض الجهد أرتفع التيار .
النسبة بين عدد اللفات فى كل ملف تعرف بنسبة اللفات turns ratio وهى تحدد النسبة بين الجهود .
المحول الخافض يكون له عدد كبير من اللفات فى ملفه الابتدائى (الدخل) والذى يوصل الى جهد المنبع المرتفع وله عدد صغير من اللفات فى ملفه الثانوى (الخرج) لكى يعطى جهد خرج منخفض .
العلاقات التى تحكم عمل المحول هى كما فى الشكل رقم 9 .

ملاحظات :

أ‌- مقننات المحول : Transformer ratings

عادة ما يعرف المحول بثلاث قيم هى جهد الدخل وجهد الخرج وتيار الخرج (أو الحمل أو الثانوى ) .
فنقول محول 220فولت – 12 فولت – 3 أمبير أو نقول 220 فولت 12-0-12 فولت 5 أمبير وهكذا . وهذه الجهود والتيارات هى القيم التأثيرية أى RMS التى تقاس بالاجهزة كما ذكرنا .
كما يعرف المحول بقيمة الفولت امبير VA وهى حاصل ضرب قيمة الفولت فى التيار .فالمحول الذى خرجه 12 فولت ويعطى 10 امبير فأنه يكون محول 120 VA

ب‌- جهود الخرج فى الملف الثانوى تعتمد على العوامل الاتية :
التغيرات فى خط التغذية والهبوط فى الجهد داخل الوحدة نفسها وفى حمل الخرج .
الهبوط الداخلى فى الجهد يشمل جهد الانحياز الامامى على طرفى المقومات (الدايودات ) وجهود التموجات (التعرجات ) والهبوط فى الجهد على منظم الجهد ( اذا كان مستخدما ) . هذه العوامل يجب أن تؤخذ فى الاعتبار عند التصميم .
تيار الملف الثانوى (الخرج) يتحدد بأقصى تيار حمل مطلوب .
والتصمبم الجيد هو الذى يتم فيه اختيار المحول الذى يسمح بالامداد بالقدرة بأكثر من المطلوب بما قيمته 50 % . هذا يؤدى منع مشكلة وجود حرارة زائدة كما يؤدى إلى زيادة عمر وحدة الامداد بالقدرة .

F.Abdelaziz · 18-09-2010, 11:04 PM

القسم الثانى المقوم (الموحد) :

مقدمة مختصرة عن الدايود (الموحد )

الوظيفة (العمل) :

يسمح الدايود للتيار الكهربائى بالمرور فى اتجاه واحد فقط ويسمى الاتجاه الأمامى ولا يسمح له بالمرور فى الاتجاه الآخر ويسمى الاتجاه العكسى .
السهم فى رمز الدائرة يبين اتجاه مرور التيار .

الخصائص :

هبوط الجهد فى الاتجاه الأمامى :
توجد مقاومة صغير جدا للدايود لمرور التيار (يسمى هذا الاتجاه بالاتجاه الأمامى أو اتجاه التوصيل ) . ومن ثم يوجد هبوط فى الجهد على طرفى الدايود وهو موصل حوالى 0.7V لكل الدايودات المصنعة من مادة السليكون .
وهذا الجهد ثابت بغض النظر عن التيار المار ولذلك نجد هذا الانحدار الشديد فى منحنى خصائصه وهو يبين العلاقة بين التيار المار فى الدايود وفرق الجهد الجهد بين طرفيه وهو يوضح أن التيار لا يمر بالدايود طالما أن فرق الجهد بين طرفيه أقل من 0.7V . عند وصول فرق الجهد بين طرفيه إلى 0.7V يسمح بمرور التيار ويظل هذا الجهد ثابت مهما زاد التيار المار به كما فى الشكل .

أقصى جهد عكسى PIV :Peak inverse voltage
عند توصيل جهد عكسى إلى الدايود فإنه لا يوصل , لكن عمليا نجد أنه يمر تيار ضئيل جدا يقدر بالميكروأمبير ويمكن إهماله بالنسبة للتيار الذى يمر فى الاتجاه الأمامى.
ومع ذلك فان جميع الدايودات لها حد أقصى للجهد العكسى وإذا زاد عنه يتلف الدايود ويمرر تيار كبير فى الاتجاه العكسى ويسمى ذلك بالانهيار breakdown .

التوصيل واللحام :
يجب أن يوصل الدايود فى الاتجاه الصحيح .
فى المخططات الأنود يعطى الحرف A أو العلامة (+) بينما الكاثود يعطى الحرف K أو العلامة (-) .
توضع علامة ( طلاء) على الجسم لتبين الكاثود ( فى الاحجام الكبيرة يرسم رمزه على الجسم).

اختبار الدايودات :
1- اختبار الدايود باستخدام الافوميتر :
أ‌- استخدام الأفوميتر الرقمى :

يوجد بالافوميتر الرقمى وضع خاص بأختبار الدايود وعادة ما توضع عليه علامة هى رمز الدايود .

وصل الطرف الاحمر (+) إلى الأنود والطرف الاسود (-) إلى الكاثود .

يجب أن يوصل الدايود ويبين المقياس قيمة ( عادة تكون هى الفولت بين طرفى الدايود بالملى فولت أى حول رقم 700 وهو يعنى 0.7V) .

أعكس طرفى الأفوميتر يجب ألا يوصل الدايود ويعطى المقياس دلالة انه خارج المدى.

ب‌- استخدام الأفوميتر التناظرى (ذو المؤشر) :
ضع المقياس على وضع قياس مقاومة واختار تدريج منخفض وليكن X10 .

من المهم جدا معرفة أن قطبية أطراف الأفوميتر التناظرى تكون معكوسة وهو فو وضع قياس المقاومة .لذلك فالطرف الأسود هو الموجب (+) والطرف الأحمر هو السالب (-) .

وصل الطرف الاسود (+) إلى الأنود والطرف الأحمر (-) إلى الكاثود .

يجب أن يوصل الدايود ويظهر العداد قيمة مقاومة منخفضة .

إعكس أطراف المقياس .

يجب ألا يوصل الدايود ويظهر العداد مقاومة مالانهاية .

2- اختبار الدايود بدائرة اختبار بسيطة :
3-
الدائرة عبارة عن بطارية ومقاومة ودايود مشع لاختبار توصيل الدايود فى اتجاه واحد وعدم التوصيل فى الاتجاه الاخر .
قد يستخدم مصباح بدلا من الدايود المشع فى الدايودات الكبيرة فقط (لا تستخدم مع دايودات الاشارة وإلا تلفت )

بعض أنواع الدايودات :

بعض أشكال قنطرة التوحيد (بريدج) Bridge

القادم أن شاء الله

عملية التوحيد ( التقويم )

F.Abdelaziz · 18-09-2010, 11:30 PM

عملية التوحيد ( التقويم )

تعريف عملية التوحيد :

تعرف عملية التوحيد بانها عملية تحويل التيار المتردد ألى تيار تيار موحد الاتجاه يسمى تيار مستمر . تتم هذه العملية أساسا بالدايودات .

انواع عمليات التوحيد :

أولا : توحيد ( تقويم) نصف الموجة Half-Wave Rectifier

توحيد اتجاه التيار هو أحد تطبيقات (استخدامات ) الدايودات .

نفترض الحالة المثالية وهى إهمال هبوط الجهد بين طرفى الدايود وهو كما ذكر 0.7V (فيما بعد سنأخذه فى الحسبان )

مثال عملى : دائرة شاحن بطاريات :

فى الشكل :

VBATTERY تمثل البطارية المراد شحنها . Rtotal تمثل جميع المقاومات ( بما فيها مقاومة الاسلاك والدايود والبطارية وخلافه ) .

يمر تيار الشحن فقط إذا كان Vm sin ωt > VBATTERY

المقياس ذو الملف المتحرك (لان له قصور ذاتى ) يبين القيمة المتوسطة للتيار .

القادم أن شاء الله

ثانيا : توحيد (تقويم) الموجة الكاملة :

F.Abdelaziz · 18-09-2010, 11:54 PM

ثانيا : توحيد (تقويم) الموجة الكاملة :

1- موحد الموجة الكاملة باستخدام محول ذات طرف أوسط center-tapped :

محول بطرف أوسط يعنى بطريقة عملية يتم خلق مصدرين متساويان للدخل أى لتشكيل دائرتى توحيد نصف موجة كالسابقة .
الدائرة كما فى الشكل

طريقة العمل :

لاحظ أن جهد الجزء العلوى من الملف الثانوى طرفه السالب متصل بالأرضى بينما جهد الجزء السفلى طرفه الموجب هو الذى يتصل بالأرضى .

نصف الدورة الأول(الموجب) :

يمر التيار من المصدر العلوى خلال الدايود DA والحمل RL عائدا للمصدر العلوى خلال الأرضى .
الدايود DB يكون غير موصل ( أنوده متصل بالسالب اى منحاز عكسيا ) .

نصف الدورة الثانى (السالب) :

يمر التيار من المصدر المصدر السفلى خلال الدايود DB والحمل RL عائدا الى المصدر السفلى خلال الارضى .
الدايود DA يكون غير موصل ( أنوده متصل بالسالب اى منحاز عكسيا ) .

أقصى جهد عكسى للدايود :
عندما يكون DAموصل ON يكون DB غير موصل OFF وبتطبيق قانون كيرشوف للجهد على الدائرة الخارجية للملف الثانوى للمحول يتضح أن الدايود DB يجب أن يتحمل جهد قيمته 2Vs .
عندما يكون DAغير موصل OFF يكون DB موصل ON وبتطبيق قانون كيرشوف للجهد على الدائرة الخارجية للملف الثانوى للمحول يتضح أن الدايود DA يجب أن يتحمل جهد قيمته 2Vs .
ومن ثم يجب أن يكون أقصى جهد عكسى للدايود هو 2Vs .
الشكل يبين الاشكال الموجية لذلك .

قيمة الجهد المتوسط للخرج او قيمة التيار المستمر تكون :

VDC= Vavr = 0.637 Vs

والى لقاء قريب ان شاء الله