در ادامه آموزشهای کاراکیت درباره نرم افزار SolidWorks یک فایل PDF برای آموزش دستور Swept آماده کردیم. این دستور برای ایجاد یک حجم بر روی یک مسیر از پیش رسم شده استفاده می شه.

حجم این فایل که همه مراحل رو به صورت تصویری آموزش می ده 426 کیلوبایت هست و از لینک زیر می تونید اون رو دانلود کنید:

کسانی که با طراحی قطعات سه بعدی سر و کار دارند، قطعا با SolidWorks هم سر و کار داشتند یا لااقل اسمش رو شنیدند. این نرم افزار یکی از معروف ترین نرم افزارهای طراحی مهندسی به شمار می ره و از سه محیط طراحی اصلی بهره می بره:

Part

که می تونید قطعه ها رو در این محیط طراحی کنید.

Assembly

که می تونید قطعات رو در این محیط مونتاژ کنید.

Drawing

یا محیط نقشه کشی که می تونید نقشه قطعه رو در نماهای دو بعدی ترسیم کنید و یا از یک قطعه 3 بعدی که قبلا طراحی کردید نقشه های دوبعدی نماهای دلخواهتون رو استخراج کنید.

این نرم افزار بعد از سال 2014 فقط به صورت 64 بیت عرضه شده و اگر قصد دارید روی سیستم عامل 32 بیتی از اون استفاده کنید مجبورید که نسخه های 2014 یا پیش از اون رو نصب کنید.

برای یادگیری این نرم افزار آموزشهای خیلی زیادی توی اینترنت می شه پیدا کرد. ما در کاراکیت چند آموزش پایه ای مختلف رو که برای شروع کار با SolidWorks مناسب هستند بررسی کردیم و از بین اونها آموزش دانشگاه مرکزی کالیفرنیا رو با کمی دستکاری و حذف و اضافه به فارسی برگردوندیم و برای راحتی در استفاده، اونها رو به تفکیک موضوع به فرمت PDF تبدیل کردیم.

لازم به ذکر هست که شکلهای داخل فایلهای آموزشی همگی از محیط نرم افزار SolidWorks و هم زمان با ترجمه و بررسی دستورات فایل آموزشی اصلی به صورت مرحله به مرحله تهیه شده تا از صحت آموزش به طور کامل مطمئن باشیم.
از طریق لینکهای انتهای همین مطلب می تونید فایلها رو دانلود کنید:

فایل مربوط به قسمت Part شامل آموزش Extrude ، Revolve ، Cut ، Chamfer ، Fillet ، Pattern، Mirror ، تعیین رنگ ، زوایای دید و نکات آموزشی مختلف می شه.

فایل مربوط به قسمت Assembly شامل مطالب آموزشی در خصوص قیدها یا Mate، اضافه کردن قطعات پیش ساخته، نقشه انفجاری ، حرکت قطعات و آموزشهای بیشتر در طراحی قطعات هست.

و بالاخره قسمت سوم مربوط به آموزش نقشه کشی یا Drawing هست که در این فایل نحوه ایجاد نقشه از Part آماده، تنظیم ابعاد و مشخصات صفحه، چگونگی اضافه کردن نماهای مختلف به نقشه و اضافه کردن اندازه ها و توضیحات تشریح شده.

امیدواریم این آموزشها در یادگیری نرم افزار SolidWorks براتون سودمند باشه.

مدار راه انداز رله

بدون دیدگاه

رله وسیله ای الکترومکانیکی است که از یک الکترومغناطیس و یک فنر برای اتصال کنتاکت تیغه متحرک به کنتاکت ثابت و برگرداندن آن به حالت قبل استفاده می کند.

رله ها فضای کمی اشغال می کنند و برای راه اندازی بوبین ( سیم پیچ ) آن به توان زیادی نیاز نداریم. اما با استفاده از کنتاکت های رله می توان بارهایی را که توان به مراتب بیشتری مصرف می کنند کنترل نمود. مانند موتورها، هیترها و لامپها.

رله ها در شکل ها و اندازه ها و طراحی های مختلف ساخته می شوند. در شکل زیر یک رله کوچک که بوبین آن برای راه اندازی به 12vDC نیاز دارد دیده می شود.

پایه های رله

در شکل زیر نشان داده شده است که بوبین بین کدام دو پایه قرار دارد. پایه های دیگر مربوط به کنتاکت ها هستند و به پایه های بوبین اتصال ندارند. همین مساله باعث می شود که بتوانیم از کنتاکت ها به صورت ایزوله از سمت مدار فرمان استفاده کنیم و به طور مثال یک لامپ که با برق 220vAC کار می کند را به وسیله یک مدار الکترونیکی با تغذیه 12vDC کنترل کنیم.

معمولا پایه های متصل به کنتاکت ها 3 نام مختلف دارند. پایه ای که در حالت قطع و وصل بین کنتاکتها مشترک است Common نامیده می شود. پایه ای که در حالت قطع به پایه Common یا مشترک متصل هست پایه Normally Close نام دارد که به اختصار NC نوشته می شود. پایه دیگر که در حالت قطع به پایه Common یا مشترک متصل نیست و پس از فعال شدن رله به این پایه متصل می شود Normally Open یا به اختصار NO نامیده می شود.

تعداد تیغه ها و کنتاکتها و پایه ها و چگونگی اتصال آنها به یکدیگر در انواع رله ها متفاوت است. همچنین ولتاژ و جریان مورد نیاز برای راه اندازی و ولتاژ و جریان قابل تحمل برای کنتاکتها نیز به مشخصات رله بستگی دارد. به طور مثال کنتاکتهای رله ای که در شکل بالا دیده می شود در ولتاژ 250vAC می توانند حداکثر تا 10A و در ولتاژ 125vAC می توانند حداکثر تا 15A را تحمل کنند.

راه اندازی رله ها توسط مدارهای مختلفی می تواند صورت بگیرد، اما در پروژه های الکترونیکی کوچک از ترانزیستور و ماسفت استفاده می شود که می توانند کنترل ( قطع و وصل ) سریع DC را روی بوبین رله اعمال کنند.

مدار راه انداز رله توسط ترانزیستور NPN

مداری که در شکل زیر دیده می شود یکی از متداولترین مدارهای راه اندازی رله است.

وقتی ولتاژ یبس ترانزیستور صفر باشد ترانزیستور در ناحیه قطع است و مانند یک کلید باز عمل می کند. در این حالت هیچ جریانی از کلکتور و در نتیجه از بوبین عبور نمی کند و بنابراین وضعیت کنتاکت رله نیز تغییر نمی نماید.

اگر یک جریان مثبت به اندازه کافی بزرگ در بیس ترانزیستور جاری شود، ترانزیستور در ناحیه اشباع قرار می گیرد و مانند یک کلید بسته عمل می کند. جریانی که از کلکتور می گذرد باعث فعال شدن بوبین و در نتیجه اتصال کنتاکت ها می شود.

وقتی که جریان از بوبین عبور می کند، مقدار آن برابر I=V/R می شود که در اینجا R مقاومت بوبین و V ولتاژِی است که به دو سر بوبین اعمال شده است. وقتی که ترانزیستور قطع می شود جریانی که از بوبین عبور می کند کاهش یافته و میدان مغناطیسی آن از بین می رود.

اما با توجه به اینکه ترانزیستور قطع شده و این اتفاق در زمان کوتاهی رخ می دهد، بوبین به علت ماهیت سلفی با تغییر ناگهانی جریان مخالفت می کند و ولتاژ معکوس روی بوبین تشکیل می شود.

این ولتاژ مانند یک جهش با دامنه بالا است که سعی می کند مقدار جریان را ثابت نگه دارد و اگر چاره ای برای آن اندیشیده نشود به ترانزیستور آسیب می زند.

به همین منظور یک دیود با بوبین موازی می شود که به آن دیود هرزگرد یا flywheel یا freewheeling اطلاق می گردد. این دیود ولتاژ معکوس روی بوبین را روی 0.7v برش می زند و با مستهلک کردن انرژی ، از ترانزیستور محافظت می کند.

البته دیود هرزگرد فقط برای ولتاژ DC قابل اعمال است و برای رله هایی که بوبین آنها با ولتاژ AC فعال می شوند از مدار اسنابر Snubber استفاده می شود.

انتخاب ترانزیستور مناسب برای راه اندازی صحیح رله مهم است. چرا که حداقل جریان راه اندازی بوبین که معمولا روی رله نوشته شده است، باید از جریان کلکتور – امیتر ترانزیستور در حالت اشباع کمتر باشد تا ترانزیستور بتواند جریان مورد نیاز برای فعال شدن بوبین را تامین کند.

برای راه اندازی رله با میکروکنترلر بیس ترانزیستور را به یکی از پایه های میکرو کنترلر که به صورت خروجی تعریف شده است وصل می کنیم. جریانی که این پایه می تواند تامین کند در راه اندازی مدار مهم است، چرا که ممکن است با توجه به مشخصات میکروکنترلر جریان کافی برای به اشباع بردن ترانزیستور را نتواند تامین کند. برای رفع این مشکل می توان از ترانزیستور دارلینگتون یا ماسفت MOSFET استفاده کرد.

فیوز شیشه ای

بدون دیدگاه

در این صفحه مطالب مفیدی توسط کاراکیت درباره مشخصات فیوزهای شیشه ای فراهم شده که به ندرت در سایر سایتهای ایرانی مشابه آن یافت می شود. بنابراین مطالعه این مطلب به شدت توصیه می شود، به این امید که سودمند باشد.

فیوز چیست؟

فیوز یک قطعه الکتریکی است که برای محافظت ازمدارهای الکتریکی به کار می رود و زمانی که مدار تحت جریان بار بالای غیر طبیعی قرار گیرد مدار را باز می کند تا به قطعات مدار و یا اشخاصی که با مدار در تماس هستند آسیب نرسد. فیوزها در شکل ها و طرح های زیادی به بازار آمدند؛ اما هر کدام برای محافظت از یک مدار با مجموعه پارامترهای الکتریکی مشخصی طراحی شده اند. این پارامترها در درجه اول ولتاژ کاری، جریان کاری و زمان ذوب المنت فیوز یا سرعت فیوز هستند.

فیوز شیشه ای

فیوز چگونه کار می کند؟

یک فیوز شامل یک المنت است که برای تحمل جریان الکتریکی محدودی طراحی شده است. وقتی یک اتصال کوتاه یا اضافه بار اتفاق می افتد، جریان بالا گرمایی تولید می کند که باعث می شود المنت فیوز ذوب شود و یک شکاف در المنت فیوز تولید می کند. این شکاف جریان فیوز ( و مدار) را قطع می کند. فیوزی که می سوزد باید با فیوز جدید با مشخصات مشابه، تعویض شود.

المنت فیوز

چرا از فیوز استفاده می کنیم؟

استفاده از فیوز یک راه موثر و مقرون به صرفه و ایمن را برای محافظت از دستگاه ها یا تاسیسات الکتریکی در برابر اضافه بار الکتریکی که می تواند به اجزا یا سیم ها خسارت وارد کند و به طور بالقوه باعث آتش سوزی شود، به شمار می رود. هر بار که یک فیوز ذوب شود، باید با یک فیوز با مشخصات مشابه تعویض شود تا مطمئن شویم مدار به طور مناسبی محافظت می شود. اغلب فیوزها در یک نگهدارنده فیوز گنجانده شده اند که تعویض آنها را آسان می کند. به استثنای فیوزهای SMD و فیوز هایی پایه دار که بر روی بردهای مدار چاپی لحیم شده اند که تعویض آن ها را سخت می سازد. یک نگهدارنده فیوز معمولا در یک مکان مناسب برای بازدید و تعویض فیوز نصب شده است. فیوزها اغلب می توانند بدون نیاز به هرگونه شرایط الکتریکی یا تخصصی تعویض شوند.

اگر یک فیوز با مشخصات اشتباه را نصب کنیم چه اتفاقی می افتد ؟

بدترین شکل قضیه خسارت به تجهیزات ناشی از اضافه بار است.
یک احتمال دیگر این است که فیوز با این که نقص الکتریکی وجود ندارد، ذوب می شود.
همیشه بهتر است که فیوز ذوب شده را با یک فیوز مشابه یا یک فیوز معادل تعویض کنیم.

چگونه تصمیم بگیریم که کدام فیوز را انتخاب کنیم؟

الف- هنگامی که فیوزها را تعویض می کنیم، در بیشتر مواقع می توانیم فیوزی دقیقا مشابه یا فیوزی معادل را که به وسیله سازنده های مختلف تولید شده تهیه کنیم.

ب- وقتی می خواهیم یک فیوز برای کاربردی جدید انتخاب کنیم، لازم است که فاکتورهای زیادی را در نظر بگیریم مانند سرعت واکنش المنت، ولتاژ، جریان نامی، دمای محیط، فضای موجود و…

سرعت فیوزها

سرعت یک فیوز اساسا مدت زمانی است که درهنگام اتفاق افتادن یک جریان اضافه طول می کشد تا فیوز مدار باز شود. سرعت مدار باز شدن فیوز به وسیله ماده ای که در المنت فیوز استفاده شده، جریان اضافه بارو دمای محیط کاری مشخص می شود.

به طور مثال اگر یک جریان 20 آمپری از یک فیوز با 10 آمپر مجاز عبور کند، یک فیوز با عکس العمل خیلی سریع ممکن است در 0.1 ثانیه باز شود، یک فیوز با عملکرد سریع در 1 ثانیه، در حالیکه ممکن است ده ها ثانیه طول بکشد تا یک فیوز با واکنش کند باز شود.

در هنگام تعویض فیوز یا انتخاب یک فیوز برای کاربردی جدید، خیلی مهم است که فیوزی را انتخاب کنیم که به اندازه کافی سریع باشد تا بتواند از مدار در برابر اضافه بار غیرمنتظره محافظت کند، اما در شرایط کاری عادی باز نشود.

تولیدکنندگان فیوز معمولا این اطلاعات را در یک جدول منحنی زمان بر حسب جریان ارایه می دهند.

در فیوزها 3 سرعت اصلی وجود دارد:

1) فیوزهای فوق العاده سریع :

(واکنش خیلی سریع، سرعت بالا، فوق العاده سریع یا فیوزهای نیمه هادی)

فیوزهای فوق العاده سریع در درجه اول، محافظت اتصال کوتاه را برای قطعات نیمه هادی مانند دیودها، تریستورها، ترانزیستورها و…فراهم می کنند. این فیوزها به کار کردن در دماهای بالاتر تمایل دارند، و این اغلب استفاده از آلیاژهای با نقطه ذوب پایین در ساخت فیوزها را ناممکن می سازد، در نتیجه قابلیت های محدودی را برای محافظت در برابر شرایط جریان اضافه پایین فراهم می کند. خیلی مهم است که مقدار (I^2)t فیوز که معرف مقدار انرژی لازم برای سوختن فیوز است را موقع حفاظت از دستگاه های نیمه هادی بدانیم. برای اینکه مطمئن شویم دستگاه ها به طور مناسبی محافظت می شوند، مقدار(I^2)t فیوز باید کمتر از مقدار(I^2)t دستگاهی باشد که فیوز از آن محافظت می کند.

2)فیوزهای با واکنش سریع:

(ذوب سریع، همه منظوره یا فیوزهای با کاربردهای عمومی)

فیوزهای با واکنش سریع برای محافظت از اجزای با حساسیت کمتر طراحی شده اند و اغلب برای محافظت از کابل کشی در برابر ذوب و یا آتش گرفتن هنگام رخ دادن اضافه بار استفاده می شوند. فیوزهای واکنش سریع متداول ترین نوع فیوز هستند. منحنی های جریان زمان تولیدکنندگان برای اندازه گیری سرعت دقیق فیوز برای اضافه بارهای مختلف مفید هستند.

3) الف.واکنش کند:

(ذوب کند، تاخیر زمانی یا فیوزهای استارت موتور)

ویژگی تاخیر در فیوزهای واکنش کند به جریان های هجومی بی ضرر و موقت اجازه می دهد که بدون باز شدن فیوز عبور کنند، اما در اضافه بارهای پایدار و اتصال کوتاه ها فیوز باز می شود. این فیوزها برای تطبیق یافتن با جهش جریان موقتی ناشی از موتور، یوپی اس و…طراحی شده اند.

3) ب.فیوزهای دو المنتی:

مشابه فیوزهای واکنش کند، یک فیوز دو المنتی مشخصات تاخیر زمانی را بروز می دهد، اما ساختار چند عنصری هردو کارایی بالا را در محافظت از اتصال کوتاه و محافظت اضافه بار برای مدارهایی که در معرض اضافه بار موقتی و جهش جریان هستند، مهیا می کند.

در زیر علامت اختصاری مربوط به سرعتهای مختلف به کار رفته در فیوزهای موسوم به شیشه ای ذکر شده است.

فیوز فوق العاده سریعFF
فیوزهای سریعF
فیوزهای سرعت متوسطM
فیوزهای تاخیریT
فیوزهای بسیار کندTT
علامت مربوط به سرعت واکنش فیوزهای شیشه ای

ظرفیت شکست فیوز

فیوز ممکن است در ولتاژ نامی، در اثر جریان بیش از حد به جای اینکه مدار باز شود، اتصال کوتاه شده یا با قوس الکتریکی جریان را از خود عبور دهد. حداکثر جریانی که فیوز بدون اتصال کوتاه می تواند در مقابل آن عمل کند و مدار باز شود ظرفیت شکست فیوز نامیده می شود. در فیوزهای شیشه ای این پارامتر می تواند با حرف H یا L نشان داده شود که به ترتیب به معنی ظرفیت شکست بالا و ظرفیت شکست پایین می باشد.

علایم حک شده روی فیوزهای شیشه ای

معمولا روی کلاهک فلزی فیوزهای شیشه ای نوشته ای درج شده است که نشانگر مشخصات فیوز است. این نوشته ها معمولا به شکل زیر هستند:

F1.5AH250V

در این مثال حرف F طبق جدول مربوط به سرعت فیوزها به معنای فیوز سریع است. قسمت 1.5A می گوید که فیوز در جریان بالاتر از 1.5 آمپر می سوزد و مدار باز می شود. حرف H نشان دهنده ظرفیت شکست بالا بوده و در آخر 250V نشان دهنده حداکثر ولتاژ مدار بازی است که فیوز می تواند در جریان مشخص شده به درستی عمل کند 250 ولت است.

امیدواریم کاراکیت با ارایه این مطلب برای مخاطبان سودمند واقع شده باشد.

کنترل کننده PID گسسته

بدون دیدگاه

شرکت Atmel یک یادداشت کاربردی درباره آشنایی با کنترل کننده PID منتشر کرده که در اون روابط مربوط به پیاده سازی کنترل کننده PID گسسته هم توضیح داده شده. در واقع خواننده با استفاده از این توضیحات می تونه برنامه یک کنترل کننده PID گسسته رو بنویسه که به راحتی در میکروکنترلرهای AVR هم قابل اجرا باشه. البته خود برنامه داخل این یادداشت گنجونده نشده اما کسانی که با دقت این ترجمه رو بخونند می تونند برنامه دلخواهشون رو بنویسند.

فایل PDF این ترجمه رو می تونید از انتهای همین مطلب  به طور مستقیم دانلود کنید.

استفاده از این ترجمه با ذکر نام سایت karakit.ir بلامانع است.

این مطلب ترجمه مقاله فنی Analog Devices هست با عنوان اصلی Optimizing Precision Photodiode Sensor Circuit Design که توسط کاراکیت برای شما آماده شده. در این مقاله چالشهای مربوط به طراحی مدارهای مبتنی بر اندازه گیری میزان نور به وسیله فتودیودها بررسی شده و به لحاظ فنی خیلی با ارزشه. به این امید که مفید باشه.

بهینه سازی طراحی مدار سنسور فتودیود دقیق

فتودیود ها جریانی متناسب با نوری که به محل فعال آنها برخور می کند تولید می کنند. بیشتر پروژه های اندازه گیری شامل یک مدار تقویت کننده transimpedance هستند که جریان فتودیود را به ولتاژ خروجی تبدیل می کند. یک نمونه از این تقویت کننده در زیر دیده می شود.

این مدار فتودیود را در حالت فتوولتاییک به کار می گیرد در حالی که آپ امپ ولتاژ فتودیود را روی مقدار 0 نگه می دارد. این متداول ترین پیکره بندی برای کاربردهای دقیق است. نمودار ولتاژ به جریان فتودیود بسیار شبیه یک دیود معمولی است با این تفاوت که کل نمودار بسته به میزان نور به بالا یا پایین شیفت پیدا می کند. شکل 2 الف تابع تبدیل یک فتودیود نوعی را نشان می دهد. شکل 2 ب بزرگ شده قسمتی از همان تابع تبدیل است و نشان می دهد که فتودیود حتی بدون هیچ نوری ، چگونه یک خروجی کوچک تولید می کند. این جریان تاریک با افزایش ولتاژ معکوس فتودیود زیاد می شود. بیشتر تولیدکنندگان جریان تاریک را در ولتاژ معکوس 10mV ذکر می کنند.

وقتی که نور به ناحیه فعال فتودیود برخورد کند جریان از کاتد به آند برقرار می شود. در حالت ایده آل همه جریان فتودیود از مقاومت فیدبک شکل 1 می گذرد و ولتاژ خروجی برابر با ضرب جریان فتودیود در مقاومت فیدبک در خروجی ایجاد می نماید. هر چند این مدار ساده به نظر می رسد اما چند چالش وجود دارد که برای دستیابی به بهترین کارایی در سیستمتان برآنها فایق آیید.

DC ملاحظات

اولین چالش انتخاب یک آپ امپ است که مشخصات DC آن با نیازهای کار شما همخوانی داشته باشد. دقیق ترین کاربردها ولتاژ افست ورودی پایین را در بالای فهرست قرار می دهند. ولتاژ افست ورودی در خروجی تقویت کننده ظاهر می شود و در خطای کل سیستم وارد می شود، اما در تقویت کننده فتودیود خطای بیشتری تولید می کند. ولتاژ افست ورودی دوسر فتودیود ظاهر می شود و جریان تاریک را افزایش می دهد که این خود موجب زیاد شدن خطای سیستم می شود. شما می توانید افست DC اولیه را با کوپلینگ AC یا کالیبراسیون نرم افزاری یا هردو حذف کرد، اما داشتن خطای افست زیاد محدوده دینامیک سیستم را کاهش می دهد. خوشبختانه اناخابهای زیادی برای آپ امپ با افست ورودی چند صد و یا چند ده میکروولتی وجود دارد.

ویژگی DC مهم بعدی جریان نشتی ورودی است. هر جریانی که وارد آپ امپ یا هرجایی غیر از مقاومت فیدبک می شود خطای اندازه گیر ایجاد می نماید. هیچ آپ امپی با جریان بایاس صفر وجود ندارد اما بعضی آپ امپ ها با ورودی CMOS و JFET جریان بایاس نزدیک به صفر دارند. مانند AD8615 و AD549. جریان بایاس ورودی تقویت کننده های با ورودی FET با افزایش دما به صورت نمایی زیاد می شود. ویژگی بسیاری از آپ امپ ها در دمای 85 درجه یا 125 درجه سانتی گراد ذکر شده است. اما برای آنهایی که اطلاعاتشان ذکر نشده یک تقریب خوب این است که جریان با افزایش هر 10 درجه سانتی گراد، دو برابر می شود.

یک چالش دیگر طراحی مدار و طرحی است که مسیرهای نشتی خارجی را که می توانند عملکرد آپ امپ با جریان بایاس ورودی پایین شما را خراب کنند، به حداقل برساند. متداول ترین مسیر نشتی خارجی از درون خود برد چاپی است. برای مثال شکل 3 یک پیکره بندی ممکن برا تقویت کننده فتودیود شکل 1 را نشان می دهد. مسیر صورتی خط +5V است که تقویت کننده را تغذیه می کند و به سایر قطعات برد می رود. اگر مقاومت بین این مسیر و مسیری که جریان فتودیود از آن می گذرد 5MΩ باشد ( در شکل 3 با RL نشان داده شده ) به اندازه 1nA جریان از خط +5V به تقویت کننده وارد می شود. این مساله قطعا هدف انتخاب آپ امپ با جریان ورودی 1pA را نابود می کند. یک راه برای کاهش این جریان نشتی افزایش مقاومت بین مسیر حامل جریان فتودیود و سایر مسیرهاست. این کار به سادگی با اضافه کردن فاصله بین مسیرها ( Routing keep-out ) امکان پذیر است. برای بعضی کاربردهای خیلی حساس، بعضی مهندسان مسیرها را حذف می کنند و فتودیود را مستقیما روی پایه های ورودی آپ امپ لحیم می نمایند.

یک راه دیگر کشیدن مسیر محافظ نزدیک به مسیر حامل جریان فتودیود است که که تضمین می دهد هر دو با ولتاژ یکسانی راه اندازی می شوند. شکل 4 یک مسیر محافظ را دور شبکه حامل جریان فتودیود نشان می دهد. در این مدار جریان نشتی به جای اینکه از مسیر +5V به تقویت کننده وارد شود، به مسیر گارد وارد می شود. در این مدار اختلاف ولتاژ بین مسیر محافظ و ورودی فقط نتیجه ولتاژ افست ورودی آپ امپ خواهد بود، که دلیل دیگری برای انتخاب یک تقویت کننده با ولتاژ افست پایین می باشد.

AC ملاحظات

هرچند اغلب کاربردهای دقیق فتودیود سرعت پایین هستند، اما هنوز لازم است که مطمئن شویم عملکرد AC سیستم برای این کاربرد کافی است. دو نگرانی عمده در اینجا پهنای باند سیگنال ( یا پهنای باند حلقه بسته ) و پهنای باند نویز است.

پهنای باند حلقه بسته به پهنای باند حلقه باز تقویت کننده، مقاومت بهره و ظرفیت خازنی ورودی کل بستگی دارد. ظرفیت خازنی فتودیود می تواند از چند پیکوفاراد برای فتودیودهای سریع، تا چندهزار پیکوفاراد برای فتودیود دقیق با مساحت خیلی زیاد تغییر کند. اضافه کردن خازن به ورودی آپ امپ باعث ناپایدار شدن آن می شود مگر اینکه با اضافه کردن خازن به مقاومت فیدبک جبران شود. خازن فیدبک پهنای باند سیستم حلقه بسته را محدود می کند. می توانید از معادله زیر برای محاسبه حداکثر پهنای باند ممکن سیستم حلقه بسته که به یک حاشیه فاز 45 درجه می انجامد استفاده کنید.

که:
Fu: فرکانس بهره واحد تقویت کننده است.
Rf: مقاومت فیدبک است.
Cin: ظرفیت خازنی ورودی است که شامل ظرفیت خازنی فتودیود و سایر خازنهای مزاحم برد می شود.
CM: ظرفیت خازنی مد مشترک آپ امپ است.
CD: ظرفیت خازنی تفاضلی آپ امپ است.

برای مثال اگر شما کاربردی با ظرفیت خازنی فتودیود 15pF و بهره ترنس امپدانس 1MΩ داشته باشید ، معادله بالا پیش بینی می کند که شما به یک تقویت کننده با بهره 1 و پهنای باند 95MHz نیاز دارید تا به پهنای باند سیگنال 1MHz دست پیدا کنید. این محاسبات برای حاشیه فاز ˚45 است که باعث ایجاد قله در تغییرات پله ای در سیگنال می شود. شاید بخواهید قله ها را با طراحی برای حاشیه فاز ˚60 کاهش دهید، که یک تقویت کننده سریع تر لازم دارد. به همین دلیل قطعاتی مانند ADA4817-1 با حداکثر جریان بایاس ورودی 20pA و بهره واحد در فرکانس 400MHz برای کاربردهای فتودیود با بهره خیلی بالا ، حتی برای پهنای باند محدود مناسب هستند.

در بیشتر سیستمها ظرفیت خازنی فتودیود بر ظرفیت خازنی ورودی مدار غالب است، اما بعضی کاربردها به توجه بیشتری در انتخاب آپ امپ با ظرفیت خازنی ورودی پایین نیاز دارند. برای مثال شکل 5 پایه های ADA4817-1 را نشان می دهد که خروجی آپ امپ را به یک پایه کنار پایه ورودی وارونگر وصل می کند.

نویز سیستم نیز یکی چالشهای نوعی هنگام طراحی با فتودیود است. عوامل اصلی نویز خروجی نویز ولتاژ ورودی تقویت کننده و نویزجانسون (حرارتی) مقاومت فیدبک است. نویز مقاومت فیدبک بدون تقویت در خروجی ظاهر می شود. اگر مقاومت فیدبک را برای تقویت بیشتر زیاد کنید، افزایش نویز ناشی از مقاومت بهره تنها متناسب با جذر افزایش مقاومت زیاد خواهد شد. این در عمل بدین معنی است که بهتر است برای تقویت بیشتر، مقاومت بهره را تا حد ممکن زیاد کنیم به جای اینکه یک طبقه تقویت کننده اضافه کنیم، که نویز را به صورت خطی با بهره افزایش می دهد.

نویز خروجی تقویت کننده حاصل ضرب نویز ولتاژ ورودی در بهره نویز تقویت کننده است. بهره نویز نه تنها با مقاومت فیدبک، بلکه با خازنهای فیدبک و ورودی تعیین می شود، بنابراین در فرکانسهای مختلف ثابت نیست. شکل 6 یک نمودار نوعی بهره نویز تقویت کننده را بر حسب فرکانس به همراه برهم نهی بهره حلقه بسته به عنوان مرجع نمایش می دهد. دو چیزی که می توان از این نمودار به دست آورد این است که نویز خروجی در برخی فرکانسها افزایش می یابد و بازه فرکانسی که قله نویز می تواند پایینتر از فرکانس قطع پهنای باند حلقه بسته تقویت کننده باشد.

از آنجا که نمی توان از این پهنای باند استفاده کرد برای کاهش نویز از یک فیلتر پایین گذر استفاده نمایید.

استفاده از بهره های قابل برنامه ریزی برای گسترش بازه دینامیک

از آنجا که نویز جانسون (حرارتی) با جذر مقاومت فیدبک زیاد می شود، قابل قبول است که به جای افزودن طبقات تقویت کننده هر چقدر می توانیم بهره تقویت کننده فتودیود را افزایش دهیم. شما می توانید با اضافه کردن بهره های قابل یرنامه ریزی طبق شکل 7 یک گام دیگر نیز به پیش بروید.

کلید S1 مسیر فیدبک دلخواه را انتخاب می کند تا بتوان برای هر سیگنال بهره بهینه را برگزید. متاسفانه سوییچهای آنالوگ دارای مقاومت حالت وصل هستند که خطای بهره را به مدار ما تحمیل می کنند. این مقاومت وصل با ولتاژ اعمال شده و دما و سایر عوامل تغییر می کند و باید راهی برای خنثی کردن اثر آن در مدار پیدا نمود. شکل 8 نشان می دهد چگونه می توانید با استفاده از دو کلید خطای ناشی از مقاومت وصل در حلقه فیدبک را حذف کنید. هرچند مقاومت کلید S1 همچنان داخل حلقه قرار دارد، اما کلید S2 خروجی را مستقیما به مقاومت بهره متصل می نماید که باعث می شود هرگونه خطای ناشی از عبور جریان از مقاومت S1 حذف شود. یکی از نقاط ضعف این روش این است که مدار دیگر آن امپدانس خروجی خیلی پایین تقویت کننده را ندارد، چرا که شامل مقاومت وصل S2 است. این معمولا مشکل بزرگی نیست اگر مرحله بعد امپدانس ورودی بالایی داشته باشد، مانند یک ADC.

استفاده از مدولاسیون و تشخیص همزمانی برای کاهش نویز

بسیاری از کاربردهای دقیق درگیر اندازه گیری یک نور با سطح DC می شوند که توسط یک نمونه جذب یا بازتاب می شود.

در حالیکه بعضی کاربردها جلوی همه نور محیط را می گیرند، بسیاری از سایر سیستمها به ویژه در محیطهای صنعتی، باید در برابر نور محیط کار کنند. در این وضعیت می توانید منبع نور را مدوله کنید و با استفاده از تشخیص هم زمانی سیگنالتان را از طیف فرکانس پایین که اختلال الکتریکی و اپتیکی در آن بیشتر است دور نمایید. ساده ترین راه مدولاسیون روشن و خاموش کردن سریع منبع نور است. بسته به منبع نور می توانید به صورت الکترونیکی آن را مدوله کنید یا مثل دستگاه های قدیمی از یک پروانه استفاده نمایید.

برای مثال اگر می خواهید جذب نور توسط یک ماده را برای تعیین غلظت آن اندازه گیری کنید، می توانید نور را با نرخ چند KHz برش بزنید. شکل 9 نشان می دهد که این کار چگونه باعث می شود اندازه گیری ها از اکثر آلودگی های نوری فرکانس پایین که معمولا در بیشتر محیط ها وجود دارند ، مانند تغییرات نور محیط در طول روز و لامپ های مهتابی 50 یا 60 هرتز فاصله بگیرد.

از آنجا که شما فرکانس مدولاسیون سیگنال را کنترل می کنید، می توانید از کلاک مشابه برای دمدوله کردن هم زمان نور دریافتی استفاده کنید. مدار شکل 10 یک دمدولاتور همزمان بسیار ساده است. ولتاژ خروجی تقویت کننده فتودیود کوپل AC شده و بعد از ایک تقویت کننده با بهره قابل برنامه ریزی 1 و -1 عبور می کند. کلید بهره زمان بندی شده است که دقیقا وقتی نور باید وصل باشد بهره +1 و وقتی نور باید قطع باشد -1 باشد. در حالت ایده آل خروجی یک ولتاژ DC خواهد بود که متناظر با دامنه پالسهای نوری است. فیلتر پایین گذر هر سیگنال دیگری را که با کلاک مدولاسیون همزمان نباشد حذف می کند. فرکانس قطع فیلتر پایین گذر برابر عرض فیلتر میان گذر حول فرکانس مدولاسیون است. برای مثال اگر فرکانس مدولاسیون 5KHz باشد و شما از یک فیلتر پایین گذر 10Hz استفاده کنید خروجی مدار سیگنالهای از 4.99KHz تا 5.01KHz را عبور خواهد داد. کاهش پهنای باند فیلتر پایین گذر حذف قوی تری را در ازای زمان نشست کند تر نتیجه می دهد.

شکل 9 یک ایراد دیگر را در صورت برش زدن نور نشان می دهد. شکل موج حاصل، در حوزه فرکانس یک خط تنها نیست ( که یک سینوسی نیاز داشت ) بلکه شامل یک خط در فرکانس برش و هامونیکهای فرد آن است. هر نویز موجود در هارمونیکهای فرد فرکانس برش با حداقل تضعیف در خروجی ظاهر خواهد شد. این مشکل را می توان به طور کامل با مدولاسیون سینوسی از بین برد که البته مدار پیچیده تر یا گران تری را می طلبد. راه حل دیگر انتخاب یک فرکانس اساسی خاص است که هارمونیکهای آن با هیچ منبع تداخل شناسایی شده ای یکی نباشد. همچنین می توان کارکرد مشابه شکل 10 را در نرم افزار پیاده سازی نمود. شما می توانید سیگنال نور برش خورده را همزمان با کلاک مدولاسیون نمونه برداری کنید و با استفاده از تکنیک های پردازش سیگنال دیجیتال اطلاعات دامنه را در فرکانس دلخواه استخراج نمایید.

یکی از خصوصیات تقویت کننده ها مقاومت خروجی اونه. معمولا می شنویم که مقاومت خروجی تقویت کننده باید کم باشه. این مساله زمانی صادقه که سیگنال ما ولتاژ باشه نه جریان. علتش هم واضحه، چون هر چقدر مقاومت خروجی تقویت کننده نسبت به مقاومت بار بیشتر باشه سهم کوچکتری از ولتاژ خروجی روی بار میفته و ما این رو نمی خوایم.

حالا فرض کنیم که یک تقویت کننده داریم که مقاومت خروجیش رو نمی دونیم. برای بدست آوردن مقدار مقاومت خروجی شکل زیر رو در نظر می گیریم:

در مدل تقویت کننده مقاومت خروجی با Zout نشون داده شده. برای اندازه گیری مقاومت خروجی به یک فانکشن ژنراتور و یک اسیلسکوپ و یک مقاومت متغیر نیاز داریم. مقاومت متغیر با pot مشخص شده. ابتدا مقاومت رو در مدار قرار نمی دیم تا خروجی تقویت کننده مدار باز باشه. فرکانس فانکشن ژنراتور رو روی 1000 هرتز و ولتاژش رو روی 1 ولت قرار می دیم و دامنه ولتاژ خروجی رو در حالت بدون بار روی اسیلسکوپ اندازه گیری می کنیم. حالا مقاومت متغیر رو در مقدار حداکثر قرار داده و طبق شکل به خروجی وصل می کنیم. حالا مقدارش رو به تدریج اونقدر کم می کنیم که دامنه ولتاژ خروجی به نصف مقدار اولیه کاهش پیدا کنه. در این حالت مقاومت رو از مدار خارج می کنیم و مقدارش رو اندازه گیری می کنیم که برابر مقاومت خروجی تقویت کننده یا همون Zout خواهد بود.

برای آشنایی با چگونگی اندازه گیری مقاومت ورودی تقویت کننده اینجا کلیک کنید.

قبلا مدار تقویت کننده وارونگر را معرفی کردیم. در این مطلب قصد داریم مداری مبتنی بر تقویت کننده وارونگر را با آپ امپ بررسی نماییم.
تقویت کننده جمع کننده وارونگر ، مدار توسعه یافته تقویت کننده وارونگر است که قبلا درباره آن صحبت کردیم ، با این تفاوت که این تقویت کننده به جای 1 ورودی، ورودی های متعددی دارد.

فرض کنید که امپدانس ورودی آپ امپ بی نهایت باشد. بنابراین، هیچ جریان وارد شونده یا خارج شونده در ورودی وارونگر آپ امپ وجود نخواهد داشت. از آنجايي که آپ امپ ، ولتاژ را در دو ورودی يكسان نگه می دارد، ورودی وارونگر (-) را می توان متصل به زمین در نظر گرفت که معمولا به آن زمین مجازی اطلاق مي گردد. علاوه بر این، طبق قانون کیرشهف، همه جریان های وارد شونده به یک گره باید از آن خارج شوند.

هر ولتاژ ورودی یک جریان ایجاد می کند:

جريانی که از گره جمع کننده خارج می شود مساوي با مجموع تمام جریان های ورودی است. بنابراین ولتاژ در مقاومت فیدبک (Rfb) بدين صورت است:

یا

ولتاژ (نسبت به ولتاژ ورودی) منفی است ، چرا که جریان دارد از گره خارج می شود. توجه داشته باشید که مقیاس ولتاژهاي ورودی توسط مقاومتهاي ورودی تعیین مي شود.

منابع خطای عمده در این مدار ولتمنابع خطای عمده در این مدار، ولتاژ افست و جریان بایاس آپ امپ هستند. . ولتاژ افست برروي ولتاژ آشکار شده در ورودي وارونگر تاثیر می گذارد كه ديگر 0 ولت نخواهد بود. جریان بایاس باعث بروز خطا در مجموع جریانها می شود. چرا که یک جریان کوچک به ورودیهای آپ امپ داخل یا از آنها خارج می شود.

یک مشکل بالقوه در مداری با تعداد زیادی ورودی بهره نويز مدار است. مقاومت ورودی کل، ترکیب موازی تمام مقاومتهاي ورودی است. اگر تعداد ورودی ها زیاد باشد مقاومت ورودی معادل را کوچک شده که به معنی بهره نويز بزرگ است.

با این حال، در مورد مسائل پایداری، بهره نويز بزرگ پایداری تقویت کننده را ارتقا می دهد. در نقطه ای که بهره نويز ، بهره حلقه باز را روی نمودار قطع مي كند، افزایش بهره نویز این نقطه را از قطب هاي دوم که باعث ناپایداری می شوند دور کرده و این خود باعث افزایش پایداری سیستم می گردد.

بدیهی است كه نويز با بهره نویز بالاتر ، بیشتر مي شود. برای ورودیهاي AC، در پهنای باند آپ امپ نیز محدودیت هایی وجود خواهد داشت.

بحث بالا با فرض منابع تغذیه دوبل صورت گرفته است. اگر از منبع تغذیه تکی استفاده شوند، زمین با یک گره ولتاژ مرجع VREF جايگزين مي شود كه معمولا مقدار آن نصف ولتاژ منبع تغذیه است و ولتاژ هاي ورودی و خروجی به جای زمین، نسبت به این ولتاژ سنجیده می شوند.

جریان ورودی بصورت زير مي باشد:

که در آن N شماره هر ورودی است و خروجی از رابطه زير به دست می آید:

تقویت کننده معکوس یکی از مدارات پایه ای تقویت کننده است. در این پیکره بندی قطعات به صورتی به آپ امپ متصل می شوند که فیدبک منفی برقرار گردد.

تقویت کننده وارونگر

فرض کنید که امپدانس ورودی آپ امپ بی نهایت باشد. بنابراین، هیچ جریانی به داخل یا خارج از ورودی منفی تقویت کننده وارد نخواهد شد. از آنجايي که آپ امپ ، ولتاژ را در دو ورودی يكسان نگه می دارد، ورودی وارونگر (-) را می توان هم پتانسیل با زمین در نظر گرفت و به همین دلیل معمولا این پایه زمین مجازی نامیده می شود. علاوه بر این، طبق قانون کیرشهف، همه جریان های وارد شونده به یک گره باید از آن خارج شوند.

ولتاژ ورودی جریان ورودی زیر را ایجاد می کند:

جريان خارج شونده از پایه مثبت آپ امپ برابر با جريان ورودي است:

بنابراين ولتاژ در سراسر مقاومت فیدبک (RF) بدين صورت است:

ولتاژ منفی است (نسبت به ولتاژ ورودی) ، چرا که جریان دارد از گره خارج می شود. به همين دليل است كه این مدار با نام تقویت کننده وارونگر نامیده می شود. توجه داشته باشید که مقیاس ولتاژهاي ورودی توسط مقادیر مقاومتهاي ورودی تعیین مي شود.

منابع خطای عمده در این مدار ولتاژ افست و جریان بایاس آپ امپ هستند. ولتاژ افست برروي ولتاژ آشکار شده در ورودي وارونگر تاثیر می گذارد كه ديگر 0 ولت نخواهد بود. جریان بایاس باعث بروز خطايي در مجموع جریانها خواهد شد. چرا که یک جریان کوچک به ورودیها داخل یا از آنها خارج می شود.

برای ورودیهاي AC، در پهنای باند آپ امپ محدودیت هایی وجود خواهد داشت.

امپدانس ورودي مدار تقویت کننده، برابر مقدار مقاومت ورودي خواهد بود. به ياد داشته باشيد كه سر دیگر مقاومت به زمين (مجازي ) متصل است.

بحث بالا با فرض منابع تغذیه دوبل صورت گرفته است. اگر از منبع تغذیه تکی استفاده شوند، زمین با یک گره ولتاژ مرجع VREF جايگزين مي شود كه معمولا مقدار آن نصف ولتاژ منبع تغذیه است و ولتاژ هاي ورودی و خروجی به جای زمین، نسبت به این ولتاژ سنجیده می شوند.

در مورد مدار تقویت کننده وارونگر با منبع تغذیه تکی ، جریان ورودی بصورت زير مي باشد:

و جريان خروجي از رابطه زیر محاسبه می شود:

بعدا مدار تقویت کننده وارونگر جمع کننده را بر اساس مداری که در این مطلب معرفی شد مورد بررسی قرار خواهیم داد.

در این مطلب قراره راه اندازی ترایاک رو به کمک یک اپتو ترایاک معروف از سری MOC30xx آموزش بدیم.
شاید تا حالا سعی کرده باشید که یک وسیله مثل المنت یا لامپ رو با میکرو روشن و خاموش کنید. یکی از انواع وسایلی که می تونه به عنوان کلید به کار بره ترایاک هست. ترایاک نسبت به رله جای کمتری می گیره و سرعت کلیدزنی بهتری هم داره.

و حتما می دونید که در انواع مختلف برای انواع حالات کاری در توانهای مختلف به کار می ره. اما این وسیله با برق 220 سر و کار داره. بنابراین باید راه مطمئنی برای راه اندازی و تریگر کردنش با میکرو پیدا کرد. یکی از ساده ترین راه ها استفاده از اپتوترایاک moc3022 است. اپتوترایاکهای سری moc30xx دارای 6 پایه هستند که انواع moc302x ساده تر و ارزانتر هستند. moc 3022 می تونه تا 400 ولت رو تحمل کنه. اما این آی سی ها توانایی عبور جریانهای تا 100 میلی آمپر رو دارند و برای راه اندازی کلیدهای قوی مانند ترایاکها به کار می رن. یکی از مزایای استفاده از اونها ایزوله شدن مدار میکرو از قسمت ولتاژ بالای مداره و دیگری راه اندازی مطمئنه.
شکل کلی مدار در زیر دیده می شه

سمت چپ بین پایه 1 و 2 یه LED داخلی وجود داره که اونو با یه مقاومت به میکرو متصل می کنیم. با روشن و خاموش شدن این LED ترایاک داخلی آی سی در سمت راست که بین پایه های 4 و 6 قرار داره فعال و غیر فعال می شه. مقاومتها باید کوچیک باشند. مثلا برای راه اندازی آی سی 470 اهم و برای اتصال اون به ترایاک اصلی 1 کیلو اهم مناسبه.
نکته پایانی اینه که نصب هیت سینک بر روی ترایاک فراموش نشه