مصادر التغذية الالكترونية

مصادر التغذية الالكترونية

سيتم ادماج الصور لاحقا بالموضوع

- مقدمة :


التيار المتردد AC والتيار المستمر (الثابت ) DC والاشارات الكهربية :

اولا : التيار المتردد AC :

أ‌- عام :

التيار المتردد يمر (يتدفق – يسرى ) فى اتجاه ما ثم فى الاتجاه الاخر اى يعكس اتجاهه باستمرار .

جهد التيار المتردد يتغير باستمرار بين قيمة موجبة ( + ) وقيمة سالبة ( - )

كما فى الشكل رقم 1 .






معدل تغير الاتجاه يسمى ( 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 اخرى 50 HZ .
منبع التيار المتردد مناسب لامداد الطاقة مباشرة لبعض الاجهزة مثل المصابيح والسخانات ولكن معظم الدوائر الالكترونية تحتاج الى مصدر تيار مستمر (ثابت) .

ب‌- خصائص الاشارات الكهربية :

الاشارة الكهربية اما ان تكون تيار او جهد ايهما 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 اما الشكل 3 فيوضح دورة واحدة .

الاشكال توضح الشكل الموجى الجيبى ولكن الخصائص تسرى على جميع الاشكال الموجية ذات الاشكال الثابتة .





• السعة او المدى Amplitude : A

هى اقصى جهد تصل اليه الاشارة وتقاس بالفولت .

• جهد القمة او الزروة Peak voltage : Vp

هو اسم اخر للسعة .

• الجهد من القمة الى القمة Peak-peak voltage : Vpp

هو ضعف جهد القمة ( او السعة ) . عند استخدام الاوسليسكوب عادة ما نقيس الجهد من القمة للقمة .

• الفترة الزمنية (الزمن الدورى) Time period : T

هو الزمن الذى تأخذة الاشارة فى دورة كاملة ويقاس بالثوانى .

عمليا تستخدم وحدات الملى ثانية ( 1ثانية = 1000 ملى ثانية ) والميكروثانية ( 1 ثانية = مليون ميكروثانية ) .

• التردد Frequency :F

هو عدد الدورات فى الثانية . ويقاس بالهرتز HZ .

عمليا تستخدم وحدات الكيلو هرتز KHZ ( 1000 هرتز ) والميجا هرتز ( مليون هرتز ) .

• العلاقة بين التردد وازمن الدورى :

موضحة بالشكل رقم 4





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 الى الصفر ثم الى القمة السالبة وتعود الى الصفر مرة ثانية . وبوضوح فانه معظم الوقت يكون اقل من جهد القمة ولهذا السبب فلا يكون جهد القمة مقياس جيد لتأثيره الحقيقى .

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

VRMS = 0.7 × Vpeak
و
Vpeak = 1.4 × VRMS


هذه المعادلات تطبق ايضا على التيار .

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

قيمة ال RMS هى قيمة التأثير للجهد المتغير (او التيار ) . فى تكافىء قيمة التيار المستمر DC الذى يعطى نفس التأثير .

فعلى سبيل المثال :

عند توصيل مصباح الى منبع 6V RMS AC سوف يضىء بنفس الشدة عند توصيله بمنبع 6V DC .
ولكن سوف يكون المصباح معتم اذا وصل الى منبع 6V peak AC لأن قيمته التأثيرية RMS هى 4.2V فقط ومن ثم فى ايضا تكافىء 4.2V DC .

قد يقودك ذلك الى الاعتقاد بان قيمة RMS هى نوع من المتوسط ولكن من فضلك تذكر انها فى الحقيقة ليست بقيمة متوسطة .

فى الحقيقة فان القيمة المتوسطة للجهد (او التيار ) لاشارة التيار المترددج 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) او مقياس التيار المتردد (أمبيرميتر )يبين (يقيس) قيمة RMS للجهد او االتيار .

مقياس التيار المستمر ايضا يبين (يقيس) القيمة التأثيرية RMS للتيار المستمر المتموج واذا كان تردد هذه التموجات اقل من حوالى 10Hzيمكنك رؤية مؤشر المقياس يتأرجح .

السؤال الاخر :

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

الاجابة :

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

وفى الحياة العادية نستخدم الجهد والتيار المتردد والقيم المذكورة تكون قيم RMS لانها القيمة التى تسمح بعمل مقارنة ملموسة ( محسوسة) مع الجهد او 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 : اولا تربيع كل القيم ثم ايجاد القيمة المتوسطة لهذه القيم على مدى دورة كاملة ثم ايجاد الجذر التلربيعى 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 .


ثانيا : التيار المستمر DC

• التيار المستمر DC يمر (يتدفق) دائما فى نفس الاتجاه وقد يزداد او ينقص .

• جهد التيار المستمر اما دائما موجب (او دائما سالب) ولكنه قد يزداد او ينقص .

• الدوائر الألكترونية عادة تحتاج الى مصدر تيار ثابت DC مستقر اى ثابت عند قيمة واحدة او مصدر تيار ثابت DC ناعم اى به تغيرات طفيفة تسمى تموجات او تعرجات ripple .

• البطاريات ومصادر القدرة المنظمة تعطى تيار مستمر DC مستقر




ثالثا : انواع التقنيات المستخدمة فى مصادر الامداد بالقدرة :


1- مصادر الامداد بالقدرة بالتيار المستمر بالتقنية الخطية Linear :

• التقنية الخطية غالبا ما تستخدم فى الاجهزة الثابتة (الثقيلة ) حيث تولد الحرارة وقلة الكفاءة لا تشكل مصدر قلق كبير .


• ايضا حيث التكلفة المنخفضة وسرعة التصميم والتنفيذ .

• يمكنها فقط انتاج جهود خرج اقل من جهود الدخل .

• عادة ما يكون الخرج ذو قيمة واحدة .

• تتراوح كفاءتها بين 35 و 50 % والفقد يظهر على شكل حرارة مشتتة .

2- مصادر الامداد بالقدرة بالتيار المستمر بتقنية التقطيع switching :

• افضل بكثير من التقنية الخطية من جهة الكفاءة والمرونة فى الاستخدام .

• عادة ما نجدها فى المنتجات المحمولة والكومبيوتر والطائرات والسيارات والاجهزة الصغيرة .

• تستخدم حيث يتطلب الكفاءة العالية وتعدد جهود الخرج .

• وزنها اقل بكثير من التى تعمل بالتقنية الخطية حيث تحتاج الى مبردات حرارة اقل بكثير لنفس معدل الخرج .

• اغلى فى التكلفة .

• تحتاج الى وقت كبير للتصميم والانتاج . انتهينا فى الجزء السابق من البند الاول وهو مقدمة والان الى البند الثانى وهو :


2- مصادر الامداد بالقدرة بالتقنية الخطية :

• يوجد انواع كثيرة منها سنتعرف عليها فيما بعد ولكن معظمها تصمم لتحويل جهد المنبع المرتفع ذو التيار المتردد AC 220V الى جهد منخفض مناسب لتغذية الدوائر الالكترونية والاجهزة الاخرى .

• يمكن تقسيم مصدر الامداد بالقدرة الى اقسام وكل قسم يؤدى (ينفذ) وظيفة محددة كما فى الشكل رقم 6 .

سنتناول كل قسم بشىء من التفصيل .


أ‌- المحول Transformer :

• يقوم المحول بتحويل كهرباء التيار المتردد من جهد الى اخر مع قليل من الفقد فى القدرة .

• يعمل 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 ) الى جهد منخفض امن .

• ملف الدخل يسمى الابتدائى وملف الخرج يسمى الثانوى .

• لا يوجد اى 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 ان قدرة الدخل تساوى قدرة الخرج .

• لاحظ انه كلما انخفض الجهد ارتفع 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 (او الحمل او الثانوى ) .

• فنقول محول 220فولت – 12 فولت – 3 أمبير او نقول 220 فولت 12-0-12 فولت 5 امبير وهكذا . وهذه الجهود والتيارات هى القيم التأثيرية اى 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 ان تؤخذ فى الاعتبار عند التصميم .

• تيار الملف الثانوى (الخرج) يتحدد باقصى تيار حمل مطلوب .

• والتصمبم الجيد هو الذى يتم فيه اختيار المحول الذى يسمح بالامداد بالقدرة باكثر من المطلوب بما قيمته 50 % . هذا يؤدى منع مشكلة وجود حرارة زائدة كما يؤدى الى زيادة عمر وحدة الامداد بالقدرة .
القسم الثانى المقوم (الموحد) :

1- مقدمة مختصرة عن الدايود (الموحد )

أ‌- الوظيفة (العمل) :

• يسمح الدايود للتيار الكهربائى فى المرور فى اتجاه واحد فقط ويسمى الاتجاه الامامى ولا يسمح له بالمرور فى الاتجاه الاخر ويسمى الاتجاه العكسى .

• السهم فى رمز الدائرة يبين اتجاه مرور التيار .





ب‌- خصائصه :

1- هبوط الجهد فى الاتجاه الامامى :

• توجد مقاومة صغير جدا للدايود لمرور التيار (يسمى هذا الاتجاه بالاتجاه الامامى او 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 ان التيار لا يمر بالدايود طالما ان فرق الجهد بين طرفيه اقل من 0.7V . عند وصول فرق الجهد بين طرفيه الى 0.7V يسمح بمرور التيار ويظل هذا الجهد ثابت مهما زاد التيار المار بهكما فى الشكل .

2- اقصى جهد عكسى PIV : Peak inverse voltage

• عند توصيل جهد عكسى الى الدايود فانه لا يوصل . لكن عمليا نجد انه يمر تيار ضئيل جدا يقدر بالميكروامبير ويمكن اهماله بالنسبة للتيار الذى يمر فى الاتجاه الامامى.

• ومع ذلك فان جميع الدايودات لها حد اقصى للجهد العكسى واذا زاد عنه يتلف الدايود ويمرر تيار كبير فى الاتجاه العكسى ويسمى ذلك بالانهيار breakdown .

ج- التوصيل واللحام :

• يجب ان يوصل الدايود فى الاتجاه الصحيح .

• فى المخططات الانود يعطى الحرف A او العلامة (+) بينما الكاثود يعطى الحرف K او العلامة (-) .

• توضع علامة ( طلاء) على الجسم لتبين الكاثود ( فى الاحجام الكبيرة يرسم رمزه على الجسم).




د- اختبار الدايودات :

1- اختبار الدايود باستخدام الافوميتر :

أ‌- استخدام الافوميتر الرقمى :

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

• وصل الطرف الاحمر (+) الى الانود والطرف الاسود (-) الى الكاثود .يجب ان يوصل الدايود ويبين المقياس قيمة ( عادة تكون هى الفولت بين طرفى الدايود بالملى فولت اى حول رقم 700 وهو يعنى 0.7V) .

• اعكس طرفى الافوميتر يجب الا يوصل الدايود ويعطى المقياس دلالة انه خارج المدى.

ب‌- استخدام الافوميتر التناظرى (ذو المؤشر) :

• ضع المقياس على وضع قياس مقاومة واختار تدريج منخفض وليكن X10 .

• من المهم جدا معرفة ان قطبية اطراف الافوميتر التناظرى تكون معكوسة وهو فو وضعلا قياس المقاومة .لذلك فالطرف الاسود هو الموجب (+) والطرف الاحمر هو السالب (-) .

• وصل الطرف الاسود (+) الى الانود والطرف الاحمر (-) الى الكاثود .

• يجب ان يوصل الدايود ويظهر العداد قيمة مقاومة منخفضة .

• اعكس اطراف المقياس .

• يجب الا يوصل الدايود وظهر العداد مقاومة مالا نهاية .

2- اختبار الدايود بدائرة اختبار بسيطة :

• الدائرة عبارة عن بطارية ومقاومة ودايود مشع لاختبار توصيل الدايود فى اتجاه واحد ولا يوصل فى الاتجاه الاخر .

• قد يستخدم مصباح بدلا من الدايود المشع فى الدايودات الكبيرة فقط (لا تستخدم مع دايودات الاشارة والا اتلفتها )


ه- بعد انواع الدايودات :


و- بعض اشكال قنطرة التوحيد (بريدج) Bridge


2 – عملية التوحيد ( التقويم )

أ‌- تعريف عملية التوحيد :

تعرف عملية التوحيد بانها عملية تحويل التيار المتردد الى تيار موحد الاتجاه يسمى تيار مستمر او موحد الاتجاه . تتم هذه العملية اساسا باستخدام الدايودات .

ب‌- انواع عمليات التوحيد :

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

• توحيد اتجاه التيار هو احد تطبيقات (استخدامات ) الدايودات .

• نفترض الحالة المثالية وهى اهمال 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 اذا كان Vm sin ωt > VBATTERY

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