كيف تصمم الدوائر الإلكترونية

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ..

سابدأ فى شرح الوحدات المطلوبة للبناء
لكى تصمم دائرة ما يجب أن تعرف أدواتك وقد قابلت طلبة يبحثون عن مقاومات 14.750 أوم .هكذا كانت نتيجة المعادلة وطبعا هذه القيمة لا تصنع كما أن هناك علاقة بين الدقة والقيمة أى أن هذه القيمة يجب أن تكون بدقة أوم لكل عشرة ألاف ، لذلك رأيت أن أبدأ بالمقاومات والمكثفات من الزاوية التى لا تدرس عادة فى الجامعات – لن نذكر قانون أوم ولكن ما تجده وما لا تبحث عنه فى السوق

المقاومات
المقاومة هى جسم يحتوى مادة مقاومة للتيار الكهربى ، لها طرفين على الأقل وقد يكون لها حتى 16 طرف
حسب المادة المصنوع منها المقاومة يختلف أداؤها واستخدامها
تعرف المقاومة بقيمتها ، القدرة بالوات ، الدقة % ، النوع أو خامة التصنيع ، الشكل وسنتناول كل صفة على حده
الشكل : هناك عدة أشكال
2طرف : كل المقاومات ذات القيمة الثابتة يكون لها طرفين ، إما سلكين أو أطراف لحام مباشرة على البوردة أو عروتين لحام وفى القدرات الكبيرة مسامير رباط .
بعض المقاومات تحتوى فيوز بداخلها
المقاومات ذات القدرات اكبر من 3 وات تتغير فى شكلها حيث توضع داخل واقى خزفى أو تلف عليه من الخارج كما تزود المقاومات 25وات أو أكثر أحيانا بمبرد برونزى معدنى
3طرف عادة تكون مقاومة متغيرة أو مجزئ جهد والطرف الثالث هو المنزلق ( المتغير ) ومنها 4 طرف حيث يكون الطرف الرابع يمثل نسبة ثابتة بالإضافة للمتغير
الأطراف الأكثر تكون مجموعة من المقاومات Resistor Pack داخل جسم واحد بعضها تحتوى 4 أو 6 أو 8 مقاومات لها طرف مشترك وشكلها كالمشط وبعضها مجرد مجموعة غير متصلة تشبه الدائرة المتكاملة IC وتكون المقاومات متجاورة
القدرة
تكون بالقيم 1/8 ،1/4 ،1/2 ،1 ،3 ،5 ،7 ،10 ،15 الخ وذلك للمقاومات ذات اسلاك التوصيل
المقاومات الأصغر للحام بدون أطراف وعلى السطح Surface Mount فتبدأ من 1/16 إلى 1 وات
الدقة :
فى السابق كانت تصنع بدقة 20% ولكن الآن حتى مقاومات 10% أصبحت نادرة الوجود وأغلبها 5%
توجد مقاومات بدقة2% و 1% ولكنها أقل تواجدا واعلى سعرا و يمكنك طلب 0.5% أو أفضل
القيمة
توجد المقاومات بقيم قياسية على أساس دقة 10% ولا نتوقع أن نجد ما نريد ولكن يمكنك تجميع القيم الوسطى . هذه القيم ستذكر من 10 إلى 99 أما الباقى مضاعفات هذه القيم ×10 أو ÷ 10 وهكذا
10 11 12 13 14 15 16.5 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 61 68 75 82 91
بقى أن نتكلم عن مادة التصنيع
هناك مقاومات ذات معامل حرارى سلبى أى تتناقص بارتفاع درجة الحرارة (أساسها كربونى) وأخرى ذات معامل حرارى موجب أى تتزايد بارتفاع درجة الحرارة (أساسها معدنى) وتحاول الدراسات أن تقلل هذه المعاملات لقيم لا تذكر كما أن بعضها يصنع خصيصا لإظهار هذه الخاصية وجعلها أكثر انتظاما لاستخدامها كحساسات للحرارة مثل BT100 وهى ذات معامل حرارى موجب وهناك أنواع ذات معامل حرارى سالب تصنع من أشباه الموصلات
المقاومات الكربونية
وتصنع من مركب كربونى بشكل اسطوانى وهى تناسب القيم الكبيرة وهى أيضا مصدر للضوضاء والشوشرة لذلك لا تناسب مراحل التكبير الأولية
مقاومات الفيلم الكربونى
تصنع بطلاء قالب سيراميك بمخلوط كربونى وبعد الجفاف يمكن نحت مسار لولبى للحصول على القيم الأعلى ، نفس المحاسن والعيوب كالسابق
مقاومات الفيلم المعدنى
وتصنع بتبخير وتكثيف المعدن المطلوب على القالب السيراميك وهى أفضلهم من ناحية الخواص واقل ضوضاء لذلك تستخدم فى مراحل التكبير الأولية
مقاومات السلك الملفوف
ذات دقة عالية وضوضاء قليلة وقدرات (وات) كبيرة ولكن يعيبها أنها لا تناسب الترددات المرتفعة لتشابه شكلها مع الملفات فهى تتصرف كملف عند بعض الترددات ثم يحدث لها رنين عند زيادة التردد ثم تنقلب لمكثف عند الترددات الأعلى تماما كدائرة رنين التوازى وعند الشراء يذكر هذا التردد Self Resonating frequency فى الخواص
مقاومات الفيلم الكربونى تعانى بشكل أقل من هذه الظاهرة وأفضلهم مقاومات الفيلم المعدنى
فى حالة الدوائر التى تتحاشى هذه الخواص كدوائر التردد العالى جدا ، ينص صراحة على مقاومات خالية الحث non inductive resistor وهى تصنع خصيصا بهذه الصفة

المكثفات:
تنقسم المكثفات لقسمين رئيسيين هما مكثفات التطبيقات الصناعية و مكثفات الدوائر الإلكترونية

مكثفات التطبيقات الصناعية
وهى المستخدمة مع الآلات والموتورات كبادئ إدارة أو مساعد بدء تشغيل للموتورات وتحسين معمل القدرة للمكونات كمصابيح الفلوريسنت أو للموقع ككل وتكون عادة بقيم 1 ميكروفاراد فأكبر
تشترك هذه المكثفات بأنها تتعرض لجهود مترددة عالية 220 أو اعلى وتصل إلى اكثر من ألف فولت أحيانا كثيرة و أيضا يمر فيها تيار كبير بدء من 0.01 أمبير إلى بضع مئات فى حالات تحسين معامل القدرة

لذلك تكون كلها [mark=FFFF66]عديمة القطبية[/mark] ، تتحمل جهود عالية ، صلبة ميكانيكيا ، ذات كفاءة عالية لتقليل الحرارة الناتجة ، جيدة التهوية ومعدلات نقل الحرارة من الداخل حتى لا تصل لدرجات تتلف معها أثناء التشغيل

مثلا لتحسين معامل القدرة لمصباح الفلوريسنت العادى تستخدم مكثف 2-4 ميكرو
أما لتحسين معامل القدرة Power Factor لموقع ما كمصنع أو ما شابه فلا يوجد مكثف يتحمل هذا القدر من التيار الذى قد يصل عدة مئات من الأمبير ، لذلك تستخدم بعض أنواع الموتورات التى عندما تعمل بدون حمل تظهر كحمل سعوى (مكثف) على الخط ، فباختيار طاقة الموتور المناسبة للأمبير المتوقع ثم تعديل الحمل (عادة يكون بمثابة فرملة على الموتور) يمكن ضبط قيمة السعة المطلوبة

قديما كانت تصنع المادة العازلة من ورق مشرب بالزيت وكانت تسمى مكثفات ورقية أما الآن فهناك عدة أنواع أفضل.

مكثفات الدوائر الإلكترونية
تتباين مكثفات الدوائر الإلكترونية فى خواصها وقيمها إذ تتراوح ما بين 3 بيكو فاراد إلى عدة فاراد حسب الاستخدام وكذا الجهد من 6 فولت إلى عدة آلاف

مكثفات الدوائر الإلكترونية

تتباين مكثفات الدوائر الإلكترونية فى خواصها وقيمها إذ تتراوح ما بين 3 بيكو فاراد إلى عدة فاراد حسب الاستخدام وكذا الجهد من 6 فولت إلى عدة آلاف والحجم من ملليمتر واحد لحجم اكبر من قبضة اليد و يحتاج حزام معدنى ومسامير للتثبيت

تعرف المكثفات بقيمتها ، الجهد بالفولت ، الدقة % ، أقصى تردد أو الرنين الحر، النوع أو خامة التصنيع ، درجة الحرارة ، الشكل

القيمة
تبنى قيم المكثفات على أساس 20% فتجد القيم التالية ومضاعفاتها
10 ، 12 ، 15 ،18 ، 22 ، 27 ، 33 ، ،39 ، 47 ، 56 ، 68 ، 82 ، 100
أما المكثفات المتغيرة فتكون
مكثفات الضبط الدقيق إما من 4 إلى 40 بيكو فاراد أو من 10 إلى 70 بيكو فاراد
مكثفات التنغيم عادة أكثر من واحد على محور ميكانيكى واحد وتكون من 10 إلى 360 بيكو فاراد
مكثفات التنغيم الإلكترونية وهى دايود يوصل عكسيا للعمل كمكثف متغير من 4 على 70 بيكو فاراد حسب الجهد العكسى الواقع عليه

الجهد بالفولت
للجهد الذى تتحمله المكثفات قيم محددة وهى غالبا
3.3 فولت ، 6.3 ، 12 ، 25 ، 35 ، 50 ، 100 ، 200 ، 400 ، 600 ، 800 ، 1000 ، 1200 ، 1500 ، 2000 ، 3000 ، 4000 ، 6000 فولت
ونظرا لاختلاف المعايير الأوروبية واليابانية والأمريكية فقد تجد أحيانا قيم متوسطة ، يمكن عادة استخدام الجهد الأعلى مباشرة
الجهد السابق ذكره هو جهد مستمر فقط ما لم يذكر صراحة غير ذلك ويميز بعلامة =
المكثفات التى تستخدم مع التيار المتردد يذكر عليها صراحة قيمة الجهد المتردد وعادة يقصد بها 50/60 ذ/ث

الدقة %
الدقة يعتمد معناها على نوع المكثف
كل المكثفات الغير كيماوية تكون الدقة هى + / - نفس القيمة مثلا + / - 10%
كل المكثفات الكيماوية تكون الدقة هى الحد الأدنى أما الحد الأعلى فقد يختلف كثيرا بين الأنواع فمثلا مكثف 20% يعنى أنه لن يقل عن 20% من القيمة المدونة ولكن قد يكون أعلى 20 % أو أكثر وذلك لأنها تتغير خواصها بالاستخدام كما سيلى .

أقصى تردد أو الرنين الحر
المكثفات تصنع من شريطين من المعدن (الألمونيوم غالبا) وبينهما شريط عازل ثم تلف مجموعة الشرائط حول نفسها مما يجعلها تشبه الملف ، من هنا يتكون ما يشبه دائرة رنين ذاتية تجعل له رنين حر ، بعد هذا التردد يصبح المكثف فعليا ملف ذو حث معلوم ، لذا لا يمكن استخدام المكثف قرب هذا التردد
شكل وأبعاد المكثف هى العوامل الرئيسية فى تحديد هذا التردد

النوع أو خامة التصنيع
قليلا ما يؤثر المعدن فى خواص المكثف ولكن المادة العازلة لها التأثير الأكبر ، تنقسم إلى نوعين رئيسيين المكثفات الكيماوية و المكثفات غير الكيماوية
المكثفات الكيماوية
النوع الالكتروليتى :تحتوى محلول كيماوى يرسب أكسيد الألمونيوم كمادة عازلة وهو يتكون نتيجة الجهد الواقع عليه ، ولذلك عند عدم استخدامه لفترة قد تتآكل هذه الطبقة وتسبب تغيرا فى قيمته ولكنها تعود عند الاستخدام
هذا النوع يستخدم كمرشح لإمكانية الحصول على قيم كبيرة تصل لقرابة فاراد ولكن لا يصلح للزمن أو التوقيت أو ضبط التردد لعدم ثبات قيمته وكونه وحيد القطبية أى أن عكس الجهد عليه يجعله موصل للتيار و يحدث قصر وسخونة ثم انفجار ، ومعظم دوائر التوقيت تعرض المكثفات لعكس القطبية.
لا تصلح للترددات أعلى من عدة كيلو ذ/ث لكونه شريط طويل ملفوف من الألمونيوم
نوع تانتالوم : يحتوى أكسيد التانتالوم بدلا من الألمونيوم وهو لا يحتوى محلول لذلك يسمى Solid Tantalum وهو انسب للترددات الأعلى التى تصل إلى 1 مليون ذ/ث
لاحظ هنا أن ما يناسب التردد العالى لا يناسب التردد المنخفض والعكس بالعكس ، لهذا عند تصميم دوائر ذات تردد عالى لا بد من جمع هذه المكثفات معا مثلا 0.1 مع آخر 100 مايكرو فلا تظن أن الأكبر قيمة يغنى عن الأصغر قيمة فكل منها يعمل عند تردد حيث يفشل الآخر

المكثفات غير الكيماوية
تتميز بعدم القطبية وتبات القيمة و إمكانية الحصول على دقة عالية ، لذلك يستخدم فى التوقيت و ضبط التردد
أشهر الأنواع هى
بوليستر : تستخدم مادة البوليستر كعازل يعطى إمكانية الحصول على جهد أعلى ، سهولة التوافر ، رخص التكلفة ، مستقر مع تغير درجة الحرارة نسبة الدقة من 5 إلى 10 %
بولى بروبيلين : أدق من السابق حيث يمكن أن يصل إلى 1% وانسب للترددات الأعلى
بوليستيرين : لا يناسب الترددات العالية لكونه ملفوف – يناسب المرشحات والتوقيت
بوليستيرين ذو فيلم المعدنى : معروف باسم مايلار والاختلاف أن المعدن يكون فيلم رقيق على العازل مما يجعل له خواص فريدة منها عند حدوث قصر بداخله فالشرارة تأكل المعدن والعازل تاركة المكثف أقل قليلا فى قيمته دون حدوث قصر لعدم تكون كربون من الاحتراق وعدم توافر معدن بغزارة تؤدى لالتحام الطبقات مكونا قصر مستديم
ذات جودة عالية ، عالى الثبات ، يتحمل الحرارة ، جيد بصورة عامة
ايبوكسى : يمكن الحصول على قيم كبيرة ولكن لا يناسب الترددات العالية
سيراميك : وهى انسب الأنواع كمرشحات التردد العالى ، تتأثر بالحرارة لذلك لا تستخدم فى الرنين لتحديد التردد وتصنع بعدة أشكال و توجد فى كل الدوائر المنطقية لتنقية خطوط التغذية وتوزع على البوردة تقريبا بجوار كل 1-3 دائرة متكاملة
IC
سيراميك متعدد الطبقات : مناسب للترددات المرتفعة و أكثر ثباتا ولكن لا يناسب الترددات العالية 10 ميجا فأكثر ، ويستخدم لترشيح الترددات وليس فى توليدها
ميكا – فضة :انسب الأنواع للترددات العالية كدوائر رنين الخ عالى الثبات ، اعلى سعرا ولكنه يساوى التكلفة

درجة الحرارة
هو المدى الذى يمكن للمكثف أن يعمل فيه دون أن تتغير خواصه أو يتعرض للتلف من قيم تحت الصفر المئوى إلى +35 أو +45 .. حتى + 125
جدير بالذكر أنها ليست فقط درجة حرارة الوسط المحيط فقط ولكنها تشمل الحرارة المتولدة داخله
عندما يتعرض المكثف للجهد المتردد فإن الكترونات المادة العازلة تغير مدارها حول النواة من مدار دائرى لمدار بيضاوى يتابع القيم اللحظية للجهد متسببة فى مرور تيار تسريب صغير لكنة مؤثر فى ارتفاع درجة حرارة المكثف الداخلية وهذا ما يؤثر فى أداؤه لذلك هناك بعض المكثفات تفشل عند تعرضها لهذه الظروف و تلاحظ بان تعمل عند البدء وبع فترة قصيرة تتغير النتائج نتيجة لتغير قيمة المكثف.

الشكل
الشكل كما سيق الذكر له تأثير مباشر على التردد وأيضا إمكانية أن يحل مكثف محل آخر إذ بعضها أطرافه من جهة واحدة وأخرى من جهتين - المكثفات الأكبر حجما تكون أكثر عرضة للتداخلات وتأثير المراحل على بعضها من المكثفات الصغيرة فمثلا المكثفات التى يستخدم فى الدوائر للتثبيت السطحى ٍSurface Mount لا يناسبها الاستبدال بأخرى اكبر حجما

لاتنسى الدعاء لصاحب الموضوع وناقله ..

موضوع: الملفات الأربعاء مايو 07, 2008 11:39 pm

الملفات
تنقسم إلى ملفات قدرة عالية وملفات للدوائر الإلكترونية
ملفات القدرة العالية أو الصناعية
تكون عادة لفات من سلك نحاسى مناسب القطر على قلب من شرائح الحديد السليكون كالمحولات ولكن تختلف عنها فى وجود فجوة لمنع تشبع الحديد حتى لا يفقد قيمة الحث
أحيانا توصل مع الموتورات أو مع المحولات التى تحول حمل معين من 3 فاز إلى مصدر تيار فاز واحد وغالبا مع وحدات توحيد التيار المتردد باستخدام الثايريستور .
يمكنك التفريق بين المحول والملف بسهولة بالنظر إلى جانب الحديد الذى يتكون من مقطعى E , I ففى المحولات تتبادل المقاطع حتى لا تتكون فجوة أما فى الملف فيكون كل مقطع مجمع على حدة ثم يوضع الملف فى بكرة توضع حول الجزء الأوسط من حرف E ثم توضع المجموعة الأخرى وتوضع بينهما غالبا قطعة من الفيبر سمكها يحدد عرض الفجوة وتربط بشنبر يمسك القطع معا
يحدد الملف هنا بقيمة الحث بالهنرى و أقصى تيار مستمر يمكن أن يحتمله الملف وكذا أقصى تيار يتحمله السلك (متردد+مستمر) . وجدير بالذكر أن أقصى تيار مستمر يذكر حين يخشى أن يسبب هذا التيار تشبع الحديد فتقل قيمة الحث كثيرا . ونظرا لأن هذا التشبع لا يحدث دوما ولكن فقط عند قمم التيار المتردد حين يضاف المجال الناشئ من نصف الذبذبة مع المجال الناشئ من التيار المستمر مسببا تشبع ، فيحدث ذلك تشويها فى شكل الموجة مسببا توليد توافقيات وحدوث زن فى الملف

ملفات الدوائر الإلكترونية
تستخدم الملفات عادة فى احد تطبيقات ثلاث
دوائر رنين - ملف خانق - ملف حمل ورغم اختلاف المسميات إلا أن الهدف واحد هو اختيار تردد أو مجموعة ترددات إما للمرور أو للمنع

تعرف الملفات بقيمتها ، الدقة % ، النوع أو خامة التصنيع ، مقاومة التوالى أو معامل الجودة ، التيار بالأمبير ، الرنين الحر ، الشكل

القيمة
هى قيمة الملف بالهنرى ، مللى هنرى أو مايكرو هنرى وتعتمد أساسا على أبعاد الملف وعدد لفاته ومادة القلب
القيم نفسها الموجودة للمكثفات موجودة للملفات أى على أساس 20%

الدقة
غالبا توجد 10% ، 5% و أحيانا قليلة 2% أو 1%

النوع أو خامة التصنيع
يقصد بها نوع القلب والذى يحدد لحد بعيد نطاق الترددات المناسب للملف
القلب الهوائى حيث يلف الملف على مشكل من الفيبر أو البلاستيك ويترك قلبه خاليا ، يناسب كافة الترددات لكن قيمة تكون صغيرة لصعوبة التشكيل ، كثرة اللفات تزيد من السعة المتولدة بين اللفات وبعضها ، مسببة الرنين عند ترددات منخفضة
هذا النوع حساس للسعة الشاردة والالتقاط من المجالات القريبة
القلب الحديدى وتصنع من قلب من رقائق الحديد السليكون مما يسبب ارتفاع الحث بنسبة كبيرة ، التيارات الدوامية فى الحديد تسبب فقدا عاليا عند ترددات حوالى 1000 ذ/ث فما فوق لذلك يناسب الترددات المنخفضة فقط
قلب برادة الحديد تمزج برادة الحديد بمادة عازلة ولاصقة كالسيراميك أو الإيبوكسى لتقليل التيارات الدامية ويناسب هذا النوع ترددات أعلى حتى عدة ميجا هرتز حسب مواصفات المادة
قلب فرايت ويصنع من خامات أو مركبات حديدية لها مواصفات متنوعة تناسب ترددات من فوق سمعية لبعض انواع تستخدم فى دوائر الميكروويف

مقاومة التوالى أو معامل الجودة
السلك المصنوع منه الملف له مقاومة اومية ، هذه المقاومة تسبب فقدا فى التيار ومن ثم تقلل جودة الملف ويتسع نطاق الترددات التى تمر من دائرة الرنين المصنوع منها هذا الملف
Q=wL\r
حيث Q هى معامل الجودة ، w = 2 × ط × التردد ، L = الحث بالهنرى ، r مقاومة السلك بالأوم
BW= fo \ Q
حيث هو نطاق الترددات ، fo هو تردد الرنين

التيار بالأمبير
هو أقصى تيار مستمر يمكنه المرور نتيجة قطر السلك المستخدم والذى قد يكون 0.1 مم أو أقل وأيضا حتى لا يحدث تشبع لمادة القلب
هذه الخاصية هامة جدا إذا كان الملف سيوصل بين ترانزيستور و مصدر التيار مباشرة

الرنين الحر
هو نتيجة الحث الناتج من اللفات والقلب مع السعة الناتجة من تجاور اللفات مشكلا دائرة رنين توازى تجعل الملف يحدث رنين عند تردد معين و بعده قد يكون له قيمة سعوية بدلا من حث

الشكل
يحدد ملائمة الملف لاستخدام معين كالأطراف أو كونه مكعب صغير لدوائر التثبيت السطحى أو ملفوف على قلب دائرى أو غيرة

لاتنسى الدعاء لصاحب الموضوع ناقله ..

جميل جدا ميرسي يا عسلا