أسرار الدوائر الإلكترونية

[ريماس]

مشروع الثاني يتناول دائرة إلكترونية بالغة الأهمية هي دائرة الحماية ضد الارتفاع أو الانخفاض الزائد في جهد الكهرباء المغذية للأجهزة الكهربية كالثلاجة على سبيل المثال.

الشكل التالي يعرض مخطط الدائرة:


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 الريليN/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 إلىHigh 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.

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؟

يتبع