أخبار التكنولوجيا

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد


قمنا في العدد السابق بإعداد الأدوات المناسبة لدراسة دوائر الحد باستخدام Mathematica. ولكن قبل البدء في تطوير إجراءات طموحة في مثل هذه البيئة الحاسوبية، دعونا نجري تحليلًا نوعيًا للدائرة المقترحة. في البداية، سوف نقوم بتعديل دائرة التحديد المقترحة في البرنامج التعليمي السابق عن طريق إضافة بطارية، كما هو مبين في الشكل 1.

الشكل 1: دائرة الحد المعدلة بإضافة بطارية

لحل هذه الدائرة، سننظر في المخطط الموضح في الشكل 2.

الشكل 2: الرجل الصغير يدير الدائرة في اتجاه السهم الأحمر.
الشكل 2: الرجل الصغير يدير الدائرة في اتجاه السهم الأحمر

باستخدام الفولتميتر، يقيس الرجل الصغير الإمكانات الكهربائية بدءًا من النقطة X. وبعد السهم، يواجه قطرات محتملة مختلفة، وهي: المقاومة، والصمام الثنائي، والبطارية. وبالمراسلة مع مولد الجهد (إشارة الدخل)، يسجل زيادة محتملة ثم يعود إلى X حيث من الواضح أنه يقيس نفس القيمة الأولية. ولذلك يمكننا كتابة المعادلة التالية، حيث يكون معنى الرموز فورياً:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد

يتم إعطاء إشارة الخرج بواسطة:

تضع البوصلة الإلكترونية المتطورة من iSentek معايير جديدة مع اختراق النطاق الديناميكي

24.10.2023

تقرير خاص: GaN وSiC في جميع أنحاء العالم

16.10.2023

إتقان قابلية النقل في ثورة أجهزة الذكاء الاصطناعي

13.10.2023

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد

التحليل النوعي

من الناحية المثالية، يتصرف الصمام الثنائي كمفتاح: فهو في وضع التشغيل إذا كان متحيزًا للأمام، ويكون في وضع إيقاف التشغيل بالعكس (انظر الشكل 3).

الشكل 3: خاصية الجهد الحالي للصمام الثنائي المثالي.  الصمام الثنائي عبارة عن دائرة قصيرة في الاتجاه الأمامي ودائرة مفتوحة في الاتجاه العكسي.
الشكل 3: خاصية الجهد الحالي للصمام الثنائي المثالي. الصمام الثنائي عبارة عن دائرة قصيرة في الاتجاه الأمامي ودائرة مفتوحة في الاتجاه العكسي

في الدائرة الموضحة في الشكل 1، يمكننا ضبطها ر = 0 لأن الوسائط التالية مكافئة نوعيًا للحالة ص> 0. من خلال الفرضية، إشارة الإدخال هي وظيفة الخامسفي (ر) الذي يتغير علامة مرات لا حصر لها. لا يلزم وجود دورية أو شكل موجة جيبية (وهو أبسط من الناحية الرياضية).

إذا لم تكن هناك بطارية (الخامس0 = 0)، عند وصول واجهة الموجة لنبض إيجابي (الخامسفي (ر) > 0) سيكون الصمام الثنائي متحيزًا للأمام وبالتالي في حالة ON. عندما تصل جبهة الموجة السلبية (الخامسفي (ر) < 0) بدلاً من ذلك في حالة إيقاف التشغيل. إدخال البطارية (الخامس0 > 0) يعني أن الإشارة الفعالة التي تعمل على الصمام الثنائي هي الخامسفي (ر) – الخامس0، وبالتالي فإن الصمام الثنائي مغلق حتى الخامسفي (ر) – الخامس0< 0. في البداية، يحدث هذا في الفاصل الزمني [0, t0] أين ر0 هو الجذر الأول للمعادلة الخامسفي (ر) = الخامس0. الحلول الفردية تعتمد حدوديا على الخامس0. دون فقدان العمومية، يمكننا أن نفترض الخامسفي (ر) = الخامسم خطيئة ωt:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد

الذي يقبل الحلول إذا وفقط إذا:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد

لو الخامس0 < 0 يعني أننا أدخلنا البطارية بقطبية خاطئة (أي معكوسة)؛ في الوقت الحالي، نحن لسنا مهتمين بهذه الحالة، أي 0 0الخامسم. بخلاف ذلك، فإن المعادلة (3) ليس لها حلول، والدائرة لا توصل تيارًا. في الفاصل الدوري [0, 2π/ω] لدينا الحلول التالية:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد

تظهر الحلول في الشكل 4. يمكننا أن نستنتج أنه في فترة الدورية، يوصل الصمام الثنائي فقط لمدة ر0ر ر1.

الشكل 4: إيجاد حلول المعادلة (3).
الشكل 4: إيجاد حلول المعادلة (3)

إعادة بناء البرمجيات لإشارة الإخراج

للتعبير عن انخفاض الجهد عبر الدايود، نستخدم خاصية الجهد-التيار. وبتحجيم الكميات المختلفة بدون أبعاد كما حدث في العدد السابق نحصل على المعادلة الوظيفية التالية:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد

أين:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: دائرة تحديد المستوى الواحد

قبل حل المشكلة مع الرياضياتفمن الأفضل فحص وسيطة الأسي الثاني للعضو الثاني في المعادلة (6). في حالة محددة من المدخلات الجيبية، ز (ر) = (الخامسم / بت) الخطيئة (ωt)−ب. أي أنها اهتزازة جيبية منزاحة على المحور الإحداثي بكمية ب يساوي جهد البطارية الطبيعي الخامست= 26 مللي فولت. على سبيل المثال، للبطارية ذات الجهد الخامس0 = 0.5 فولت وقيمة ذروة الإدخال 1 فولت، نحصل على الاتجاهات الموضحة في الشكل 5. ويترتب على ذلك أنه للحصول على الاتجاه الصحيح لإشارة الخرج (عند أطراف سلسلة بطارية الصمام الثنائي) يجب أن تكون 0 <ب>Vم / الخامست. لقد توصلنا إلى هذه النتيجة في تحليلنا النوعي.

باختصار: الكمية التي لا أبعاد لها ب يمكن تركها كمعلمة مجانية في النطاق (0، الخامسم / الخامست).

الشكل 5: اتجاه الكميات بدون أبعاد f 




<p data-recalc-dims=في الشكل 6 نبلغ عن اتجاه التيار الذي تم الحصول عليه عن طريق حل المعادلة (6) مع الرياضيات (في الوضع الرمزي). يتم حساب انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي بسهولة وفي الشكل 7 نبلغ عن الاتجاه المقابل.

إشارة الخرج هي فرق الجهد عبر سلسلة بطارية الصمام الثنائي (كما هو موضح في المعادلة (2)). باستخدام البيانات السابقة، نطلب من Mathematica تتبع اتجاهها (انظر الشكل 8) الذي يظهر منه التأثير المحدود بوضوح.

عند هذه النقطة، يمكننا “الاستمتاع” عن طريق عكس قطبية البطارية أو الصمام الثنائي. العملية الأولى لا تقدم مستجدات مثيرة للاهتمام جسديًا. أما الثاني فيظهر تناظرًا رياضيًا. في الواقع، من السهل التحقق من أن عكس قطبية الدايود رياضياً يعادل عكس إشارة وسيطة أس المعادلة (6). على سبيل المثال، مع نفس القيم المستخدمة سابقًا، نحصل على إشارة الخرج المرسومة بيانيًا في الشكل 9.

الشكل 6: الاتجاه الحالي لـ R = 10Ω، VM = 1 V، V0 = .5 V، ω = 20rad/s.  لاحظ وجود اللحظتين t0 وt1 كما توقعها التحليل النوعي السابق.
الشكل 6: الاتجاه الحالي ل ر = 10 أوم، الخامسم = 1 فولت، الخامس0 = .5 خامسا، ω = 20راد/س. مراقبة وجود اللحظات ر0, و ر1 كما كان متوقعا في التحليل النوعي السابق
الشكل 7: اتجاه vD لـ R = 10Ω، VM = 1 V، V0 = 0.5 V، ω = 20rad/s.
الشكل 7: اتجاه الخامسد ل ر = 10 أوم، الخامسم = 1 فولت، الخامس0 = 0.5 خامسا، ω = 20راد/س
الشكل 8: اتجاه إشارة الخرج لـ R = 10Ω، VM = 1 V، V0 = 0.5 V، ω = 20rad/s.
الشكل 8: اتجاه إشارة الخرج لـ ر = 10 أوم، الخامسم = 1 فولت، الخامس0 = 0.5 خامسا، ω = 20راد/س
الشكل 9: اتجاه إشارة الخرج مع الصمام الثنائي ذو القطبية العكسية وبالنسبة لـ R = 10Ω، VM = 1 V، V0 = 0.5 V، ω = 20rad/s.
الشكل 9: اتجاه إشارة الخرج مع الصمام الثنائي ذو القطبية العكسية و ر = 10 أوم، الخامسم = 1 فولت، الخامس0 = 0.5 خامسا، ω = 20راد/س

مراجع

1 ولفرام س.، مقدمة ابتدائية للغة Wolfram.
2 ريدل أ، صامويل ديك، الهندسة الإلكترونية التطبيقية مع Mathematica. شركة أديسون ويلسي للنشر.
3 نحوي م.، إدمينستر ج.، مخطط شوم للدوائر الكهربائية.
4 ميلمان ج.، جرابيل أ.، الالكترونيات الدقيقة.
5 ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *