محمد صري http://www.isnaha.com Wed, 18 Jul 2018 12:43:55 +0000 Joomla! - Open Source Content Management ar-aa مولد النبضات الرقمية http://www.isnaha.com/isnaha_new/إصنعها/item/650-مولد-النبضات-الرقمية http://www.isnaha.com/isnaha_new/إصنعها/item/650-مولد-النبضات-الرقمية

مولد النبضات الرقمية

image001

مولد النبضات المنطقية (Digital Pulse Generator) يكاد لا يخلو منهمختبر الكتروني سواء أكان مختبرا في شركة أو في مدرسة أو حتى المختبرات المنزلية الخاصة بالهوات والمهتمين.


تقديم

لدراسة ولصناعة أجهزة تعتمد على النبضات الرقمية كالعداد الرقمي مثلا فمن الضروري توفرك على مولد لهذه النبضات.

 

في هذا المقال سنقوم بشرح تفصيلي لطريقة صنع مولد النبضات الرقمية بشكل مبسط.

image002

أما من أراد أن يفهم الجانب النظري لهذا الجهاز سنتطرق في النصف الثاني من المقال إلى مبدأ عمل المذبذب النبضي وأيضا لمواضيع جانبية تساعد في فهم الموضوع بشكل مستفيض.

 

النبضات أو لنقل الترددات المنطقية هي تلك الموجات المربعة الشكل التي تساعدنا ليس على تحديد الوقت فقط بل حتى لصناعة أجهزة عديدة ومعقدة كأجهزة الحواسيب مثلا.

image003

 


تطبيقات الجهاز

 

     يتستخدم كساعة (clock) في الدارات المنطقية.

               يستخدم في انظمة التعديل الرقمي في الاتصالات الرقمية.

               يستخدم كدارات كهربائية للتسلية و فلاشر.

               يستخدم لدراسة مفهوم التردد وزمن الدورة ودورة العمل (أي الدورة المشغولية Duty Cycle).

 

 


نماذج أخرى

{vsig}cat_radio/Digital-Pulse-Generator/00{/vsig}

 


الجزء الأول: صناعة الجهاز

 

ما نريد صنعه

صورة الجهاز الذي نريد صنعه هي كالتالي:

image004

يتميز هذا الجهاز بالمواصفات التالية:

·        دارة كهربائية بسيطة.

·        مجال الترددات المنخفضة يتراوح من 7 إلى 70 هرتز (Hz).

·        مجال الترددات المرتفعة يتراوح من 70 إلى 7 كيلوهرتز (KHz).

 

الأجزاء الرئيسية

 

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الكمية

الصيغة أو الرمز

المقاومة

Resistor

Résistance

1

1Kohm, 1/4 Watt

1

10Kohm, 1/4 Watt

1

4.7Kohm, 1/2 Watt

مقاومة متغيرة

Potentiometer

1

100Kohm

المكثف

Capacitor

Condensateur

1

0.1uF/15v (Mylar)

1

100uF/15v (Electrolytic)

1

1uF/15v (Mylar)

1

0.1uF/15v (MylarأوCeramic)

1

0.01uF/15v (MylarأوCeramic)

الصمام الضوئي

LED

1

أي لون

المؤقت 555

555 timer

Timer 555

1

NE555

المعدل الكهربائي

Voltage regulator

Regulateur du tension

1

LM78L05

قاطع كهربائي

Switch

Interrupteur

2

SPDT

بطارية

Battery

Batterie

1

9 فولت

 

الدارة الكهربائية

يمكنك فهم المبدأ العام لهذه الدارة في الجزء الثاني من المقال. كما أنك غير مقيد بقراءة المقال كله إذا كنت تريد أن تصنع الجهاز فحسب. الدارة الكهربائية العامة للجهاز هي كالتالي:

image005

 

تركيب

الدارة الكهربائية السابقة بسيطة الإنجاز ويمكنك إنجازها بالطريقة التي تريد. ونرى أن انجازها على لوحة مثقبة سيكون مناسبا.

 

يمكنك التطرق إلى المقال التالي لتفهم طريقة استعمال هذه اللوحات:

image006

اصنعها إليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 1

 

image007

يمكنك اختيار الصندوق الذي يليق بك لتضع فيه اللوحة الإليكترونية للجهاز. كذلك لا تصل الدارة بالطاقة الكهربائية إلا بعد أن تتأكد كل التأكد من كل شيء مركب في مكانه كما هو حتى لا يحدث بك تلف للدارة عند إيصالها بالكهرباء. ومن الأحسن أن تجعل البطارية في مكان معزول داخل الجهاز لغايتين اثنتين:

-       أن يكون استخراجها سهلا.

-       حتى إذا فسدت لا تؤثر على المركبات الإليكترونية الأخرى.

image008

وصورة الجهاز بعد اكتماله تكون كالتالي:

image009

 

امتحان عمل الجهاز

يتميز هذا الجهاز بنوعين من المجالات:

·        مجال الترددات المنخفضة يتراوح من 7 إلى 70 هرتز (Hz).

·        مجال الترددات المرتفعة يتراوح من 70 إلى 7 كيلوهرتز (Khz).

 

وتوجد ثلاث طرق لامتحان عمل جهاز توليد الذبذبات المنطقية اختر منها ما تشاء.

 

اشتعال الصمام الضوئي

قم بإيصال مخرج (out) الجهاز بمقاومة 4.7Kohm مركبة على التوالي مع صمام ضوئي (LED). عند اختيارك للموضع L (أي المجال المنخفض أو Low) وجعلك المقاومة المتغيرة في أدنى قيمة لها، سيظهر لك وميضا ضوئيا منطلقا من الصمام الضوئي.

 

سماعة كريستالية

توجد طريقة أخرى وهي استعمال سماعة أذن كريستالية. اختر الموضع الذي تشاء (L أو H)، ستسمع نبضات على شكل نوتات موسيقية تبرز الترددات المرتفعة.

image010

 

جهاز راسم الإشارة (Oscilloscope)

أحسن طريقة لفحص عمل مولد النبضات الرقمية هو استعمال جهاز راسم الإشارة إذا توفر عندك. سيخولك هذا الجهاز ليس للتأكد من عمل مولد النبضات الرقمية فقط، بل حتى قياس ترددات النبضات والجهد الكهربائي عند المخرج (out).

image011


الجزء الثاني: مبدأ العمل

 

تقديم

في نظام العمل كمذبذب (والمعروف باسم النظام عديم الاستقرار astable أو الحر) يعمل المؤقت 555 كمولد نبضات مستطيلة حيث يمكن التحكم فى الشكل الموجي الناتج (فترة زمنية منخفضة أو فترة زمنية مرتفعة أو التردد...) عن طريق دارات شحن وتفريغ RC خارجية.

image012

يلزمنا لفهم مبدأ عمل دارة المذبذب النبضي فهم 4أربعة مواضيع الكترونية وهي:

       * المؤقت 555.

       * عملية الشحن والتفريغ للمكثف.

       * عمل المقارن الإلكتروني.

       * دور القلاب RS.

 

المؤقت 555

 

تجد مقالا مفصلا عن المؤقت 555 وكذا التعديل النبضي المعروف باسم PWM في مقال جميل على موقع اصنعها للأخ مهند بسام الرواشدة من الأردن، ورابطه كالتالي:

 

المركبات الإليكترونية – المؤقت 555 والتعديل النبضي PWM

 

 

الشحن والتفريغ للمكثف

تتلخص عملية الشحن والتفريغ للمكثف في الصورتين التاليتين:

 

يتم شحن المكثف بالكامل بحيث يصبح جهده مساويا لجهد المصدر بعد زمن:

T= 5×(R×C)

اي خمس اضعاف الزمن الثابت لأن الزمن الثابت او ثابت الشحن = R×C.

 

كذلك التفريغ يتم بنفس الطريقة. تتم عملية التفريغ اذا وجدت نقطة جهدها اقل من جهد المكثف.

image013

image014

نستخدم قانون الشحن أوالتفريغ (حسب حالة المكثف) لمعرفة جهد المكثف عند زمن محدد، مع اعتبار ان نقطة الزمن المرجعية هي بداية الشحن او بداية التفريغ.

 

المقارن

مبدأ عمله بإختصار كالتالي:

 

اذا كانت فولتية المدخل الموجب أكبر من فولتية المدخل السالب فإن المخرج يكون 1 (منطقي)، اي هناك فولتية على المخرج.

 

اما اذا كانت (فولتية المدخل السالب أكبر من فولتية المدخل الموجب) فإن المخرج يكون 0 (منطقي)، اي ليس هناك فولتية على المخرج.

image015

المقارن (comparator, comparateur)

 

القلاب RS

وهو الاصل في عمل مذبذب 555، حيث أنه:

 

l       اذا قدحنا S بفولتية (1 منطقي، مرتفع) يصبح المخرج  Qمرتفعا والطرف الاخر منخفضا، ويبقى القلاب على هذه الحالة ، حتى يتم قدح R

l       إذا قدحنا الطرف R بفولتية (1 منطقي، مرتفع) فسيصبح المخرج Ǭ مرتفعا والطرف الاخر منخفضا ويبقى على هذه الحالة حتى يتم قدح S مرة اخرى.

image016

القلاب (flip flop)

 

الدارة الكهربائية

image017

image018

المكونات الخارجية

شبكة (مكثف مقاومة)

منها نحدد ثابت الشحن والتفريغ (فقط لمعرفة المسارات، لان الدارة 555 عبارة عن ترانزستورات تسبب تأخيرا في الاشارة وبالتالي قانونا الشحن والتفريغ ادناه غير مجديين في هذه الحالة لمعرفة دورة الاشارة او التردد).

 

ثابتة الشحن = R1+R2)×C(وهي ايضا مسار الشحن)

ثابتة التفريغ = R2×C        (وهي ايضا مسار التفريغ)

 

المكونات الداخلية للدارة 555

ثلاث مقاومات متكافئة

الهدف منها تقسيم جهد المصدر الى ثلاث اقسام متكافئة بحيث يكون:

l       بعد المقاومة الاولى الجهد يساوي قيمة ثلثي جهد المصدر :وهو دخل الطرف السالب للمقارن العلوي .

l       بعد المقاومة الثانية الجهد يساوي قيمة ثلث جهد المصدر: دخل الطرف الموجب للمقارن السفلي .

 

المقارنين العلوي والسفلي

l       خرج المقارن العلوي يعمل لإعادة ضبط (reset) للقلاب.

l       خرج المقارن السفلي يعمل لضبط (set) للقلاب.

 

القلاب RS

l       الخرج Q هو مخرج النظام الذي ناخذ منه الاشارة المتذبذبة.

l       الخرج Ǭ موصول بقاعدة ترانستور بحيث اذا كانت قيمة هذا الخرج (1 منطقي، مرتفع) يدخل الترانزستور في حالة انحياز ويؤمن مسار لتفريغ المكثف.

 

اطراف 555

الطرف 1: ويتم وصله بالارضي او المشترك كمشترك للدارة الداخلية.

الطرف 8: ويتم وصله بمصدر التغذية ليغذي الدارة الداخلية في 555.

 

الطرف 2: ويمثل المدخل الاخر (السالب) للمقارن السفلي، ويتم وصله بالمكثف، بحيث جهده يساوي جهد المكثف.

الطرف 6: ويمثل المدخل الاخر (الموجب) للمقارن العلوي، ويتم وصله بالمكثف، بحيث جهده يساوي جهد المكثف.

الطرف 4: يعيد الدارة الى حالتها الاصلية اذا كان جهده (0 منطقي ، منخفض).

الطرف 5: ويتم وصله بمكثف (0.01µF) لتقليل التشويش.

 

الطرف 7: طرف يربط (المكثف C والمقاومة R2) بالاضافة الى مصدر التغذية بالمسار الاقل جهدا في مرحلة تفريغ المكثف.

الطرف 3: ويمثل خرج النظام الذي نأخذ منه الاشارة المتذبذبة. بجهد اقل بـ 1.7 فولت من جهد المصدر وتيار اقصى 200 ميلي أمبير. (هو نفسه Q).

 

شرح عمل الدارة

لنأخذ مثالا عمليا لشرح الدارة. نفترض أنه لدينا ما يلي:

 

l       قيمة التغذية Vcc =  9 فولت (يمكن اختيار جهد مصدر بين 5 الى 15 فولت)

l       قيمة المكثف  C   = 1 µF

l       قيمة المقاومة R2  = 100 kΩ

l       قيمة المقاومة R1  = 1 kΩ

 

فبالتالي:

قيمة ثلث جهد المصدر = 3 فولت

قيمة ثلثي جهد المصدر = 6 فولت

image019

مراحل الدارة

1- لحظة تشغيل الدارة

l       يكون المكثف فارغا وبالتالي:
جهد المكثف = 0 فولت

l       في هذه المرحلة يكون جهدي الطرفين 2 و 6 ايضا يساويين صفر.

l       بالنسبة للمقارن العلوي فإن جهد المدخل السالب (6 فولت) يكون اعلى من جهد الطرف الموجب (0 فولت) وبالتالي يكون خرج المقارن منخفضا وإعادة الضبط (reset) منخفضة.

l       بالنسبة للمقارن السفلي فإن جهد المدخل الموجب (3 فولت) يكون اعلى من جهد الطرف السالب (0 فولت) وبالتالي يكون خرج المقارن مرتفعا والضبط (set) مرتفع، اي تم قدح الضبط (set).

l       يكون خرج القلاب في هذه الحالة نتيجة قدح الضبط (set) كما يلي:
1=
Q: خرج الدارة فعال .
0=Ǭ: مسار التفريغ غير فعال.

 

2- شحن جزئي

l       يبدأ المكثف بالشحن عبر المقاومتين (R1 و R2) حتى يصبح جهده كالتالي:
قيمة ثلث جهد المصدر< جهد المكثف <  قيمة ثلثي جهد المصدر

l       في هذه المرحلة يكون جهدي الطرفين 2 و 6 ايضا يساويين جهد المكثف.

l       بالنسبة للمقارن العلوي فإن جهد المدخل السالب (6 فولت) يكون اعلى من جهد الطرف الموجب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن منخفضا وإعادة الضبط (reset) منخفضة.

l       بالنسبة للمقارن السفلي فإن جهد المدخل الموجب (3 فولت) يكون اقل من جهد الطرف السالب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن منخفضا والضبط (set) منخفض.

l       طبعا لا يؤثر على حالة خرج القلاب وانما يؤثر فيها هو قدح إعادة الضبط (reset) ويكون خرج القلاب في هذه الحالة كما يلي:
1=
Q: خرج الدارة فعال.
0=Ǭ: مسار التفريغ غير فعال.
اي يبقى الخرج للنظام كما هو فعال ويعطي فولتية .

 

3- شحن كلي

l       يستمر المكثف بالشحن حتى يصبح جهده كالتالي:
قيمة ثلثي جهد المصدر< جهد المكثف

l       في هذه المرحلة يكون جهدي الطرفين 2 و 6 ايضا يساويين جهد المكثف.

l       بالنسبة للمقارن العلوي فإن جهد المدخل السالب (6 فولت) يكون اقل من جهد الطرف الموجب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن مرتفعا وإعادة الضبط (reset) مرتفعة.

l       بالنسبة للمقارن السفلي فإن جهد المدخل الموجب (3 فولت) يكون اقل من جهد الطرف السالب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن منخفضا والضبط (set) منخفض.

l       في هذه الحالة تم قدح إعادة الضبط (reset) وبالتالي يعاد القلاب لحالته الاصلية ليصبح كما يلي:
Q=0: خرج الدارة غير فعال.
1=Ǭ: مسار التفريغ فعال.
حيث ان الخرج
Ǭ الموصول بقاعدة الترانزستور (داخل الدارة 555) يدخله في حالة انحياز، الامر الذي يوفر نقطة اقل جهد لمصدر التغذية والمكثف، ويبدأ عندها المكثف بتفريغ شحنته عبر المقاومة  R2مرورا بالطرف رقم 7 الى الارضي .

 

4- تفريغ جزئي

l       يستمر المكثف بتفريغ شحنته حتى يصبح جهده كالتالي:
قيمة ثلث جهد المصدر< جهد المكثف <  قيمة ثلثي جهد المصدر

l       في هذه المرحلة يكون جهدي الطرفين 2 و 6 ايضا يساويين جهد المكثف.

l       بالنسبة للمقارن العلوي فإن جهد المدخل السالب (6 فولت) يكون اعلى من جهد الطرف الموجب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن منخفضا وإعادة الضبط (reset) منخفضة.

l       بالنسبة للمقارن السفلي فإن جهد المدخل الموجب (3 فولت) يكون اقل من جهد الطرف السالب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن منخفضا والضبط (set) منخفض.

l       طبعا لا يؤثر من حالة خرج القلاب وانما يؤثر فيها هو قدح الضبط (set) ويكون خرج القلاب في هذه الحالة كما يلي:
Q=0: خرج الدارة غير فعال.
1=Ǭ: مسار التفريغ فعال.
اي أن الدارة تبقى كما هي في حالة تفريغ للمكثف.

 

5- تفريغ كلي

l       يستمر تفريغ المكثف حتى يصبح جهده كالتالي:
جهد المكثف <  قيمة ثلث جهد المصدر

l       في هذه المرحلة يكون جهدي الطرفين 2 و 6 ايضا يساويين جهد المكثف.

l       الان بالنسبة للمقارن العلوي فإن جهد المدخل السالب (6 فولت) يكون اعلى من جهد الطرف الموجب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن منخفضا وإعادة الضبط (reset) منخفضة.

l       بالنسبة للمقارن السفلي فإن جهد المدخل الموجب (3 فولت) يكون اعلى من جهد الطرف السالب (جهد المكثف) وبالتالي يكون خرج المقارن مرتفعا والضبط (set) مرتفع، اي تم قدح الضبط (set).

l       ويكون خرج القلاب في هذه الحالة نتيجة قدح الضبط (set):
1=
Q: خرج الدارة فعال.
0=Ǭ: مسار التفريغ غير فعال.
مع قدح الضبط (
set) مرة اخرى تبدأ دورة جديدة للاشارة.

 

ملاحظة: اول دورة للاشارة شاذة عن باقي الدورات لان الشحن فيها يكون من الصفر فولت في حين يكون الشحن في الدورات الاخرى عند جهد اقل بشئ بسيط من قيمة ثلث جهد المصدر.

 

عن طريق المعادلات التالية يمكننا حساب التردد (f)، زمن الدورة الواحدة (T)، زمن الجهد المرتفع في الدورة الواحدة (T1)، زمن الجهد المنخفض في الدورة الواحدة (T2).

 

image020 

    التردد = 7.16 هيرتز 

        * زمن الدورة الواحدة T= 0.139 ث

        * زمن الجهد المرتفع في الدورة الواحدة T1= 0.0699 ث

        * زمن الجهد المنخفض في الدورة الواحدة T2= 0.0693 ث

        * الدورة المشغولية %D= 50.25   

 

الدورة المشغولية (Duty Cycle)

موضوع مهم مرتبط بمذبذب النبضات وهو الدورة المشغولية (duty cycle) وهي نسبة تمثل الوقت الذي تكون فيه الاشارة فعالة (مرتفعة) ضمن الدورة الواحدة الى الوقت الكلي للدورة الواحدة، يمثلها القانون التالي:

image021

image022

T: الفترة الزمنية للدورة الواحدة

R: الفترة الزمنية للارتفاع (on) في الدورة الواحدة.

 

والدورة المشغولية هي نتيجةلاختلاف مسار التفريغ عن مسار الشحن، والذان يؤثران حسب القانونين اعلاه في قيمة كل من T1 و T2، وحتى تكون النسبة تقريبا 50 % فإن:

1/100 × R2   R1

 

معلومات إضافية

 

طرق فحص اشارة الخرج

توجد طرق عديدة لفحص اشارة الخرج بين الطرف رقم 3 والارضي وهي:

l       عن طريق صمام ضوئي LED ومقاومة مناسبة (على التوالي)، وهو غير عملي لمحدودية ادراك العين للترددات .

l       عن طريق سماعة ومكثف مناسب (على التوالي)، وهو ايضا محدد بالترددات التي يمكن للاذن سماعها.

l       عن طريق راسم الاشارة، وهو الافضل بحيث يمكن فحص اي تردد.

 

التعديل

l       لتعديل الترددغير قيمتي المقاومة R2 والمكثف C، أمّا لتغير دورة العمل فغير قيمة  R1.

l       يمكن وضع عدة مكثفات يفصل بينها مفتاح SPNT للتتغير بين الترددات.

l       او يمكن وضع عدة مكثفات يفصل بينها مفتاحDIPبحيث نستغل مجموع الترددات الناتج عن الربط بالتوازي لاعطاء مزيد من الترددات.

l       او يمكن وضع مكثف متغير لتغيير الترددات وكذلك بالنسبة للمقاومات.

l      الموقع التالي فيه حاسبة لكل ما يخص هذه الدارة astable mode
http://freespace.virgin.net/matt.waite/resource/handy/pinouts/555


تأليف

 

الجزء الأول

المؤلف:Sir Pedro braincambre500@yahoo.com

ترجمة بتصرف: إدارة الموقع اصنعها.

 

الجزء الثاني

المؤلف: محمد أحمد صري (الأردن)

البريد الإليكتروني: eng.mohmmad@live.com

 

 


انتاج

 

اصنعها 2012.

www.isna3ha.com 


المراجع

 

القرية الالكترونية

http://braincambre500.freeservers.com/dpg.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_generator

http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_shaping

http://pcbheaven.com/wikipages/555_Theory/


]]>
eng.mohmmad@live.com (محمد صري) المذياع Thu, 20 Sep 2012 00:30:00 +0000
شاحن USB http://www.isnaha.com/isnaha_new/إصنعها/item/635-الطاقة-–-شاحن-usb http://www.isnaha.com/isnaha_new/إصنعها/item/635-الطاقة-–-شاحن-usb

شاحن USB

image001

نقدم في هذا المقال وصفا لطريقة صنع جهاز شحن USB باستخدام بطاريتين من صنف1.5  فولط.


تقديم

 يزودنا هذا الشاحن بـ 5 فولط، ويتميز بانه بسيط، صغير وخفيف الوزن يستخدم في حالات لا يتوفر فيها شاحن، ويستخدم مع الاجهزة التي يمكن شحنها عن طريق مقبس USB، مثل اجهزة mp3، بعض الكاميرات او مع الهواتف الخلوية الحديثة.


إشكالية

بعد دراسة عدة انواع من منظمات الجهد التي تزودنا بـ 5 فولط تبين انها تهدر كمية لا بأس بها من الطاقة على شكل حرارة في المقاومة الداخلية للمصدر او كتيار تنظيم لمنظمات الجهد، الامر الذي يؤثر على احد اهداف اي مشروع ألا وهو الجدوى الاقتصادية. لنأخذ مثالاً للتوضيح:

 

بطارية 9 فولط و منظم جهد 7805 الذي لا تصل كفاءته لأكثر من 72%، هو نظام شهير للحصول على 5 فولط، ولكن الكثير من المشاكل تحيط بالنظام ابرزها:

·       بطارية 9 فولط حسب التجارب ليس لديها الكثير من التيار لكل ساعة تشغيل (500 ميليأمبير/ ساعة) وبالتالي نهاية سريعة للبطارية.

·       المقاومة الداخلية عالية لبطارية ذات الجهد 9 فولط (أي حوالي 2 أوم ) مقارنة بالبطاريات الأخرى. فلو فرضنا ان النطام يزود الحمل 250 ميليأمبير فإن الجهد الكهربائي المفقود في المقاومة سيكون 0.5 فولط.

·       المنظم 7805 عبارة عن منظم خطي، وهذا يعني أنه إذا وضعت حملا يحتاج 100 ميليـأمبير من 5 فولط سيسحب 100 ميليأمبير من 9 فولط، وبالتالي هناك 4 فولط بتيار 100 ميليـأمبير تضيع كحرارة في المنظم (0.4 واط).

image002


الحل

إن بطاريتين 1.5 فولط (3 فولط في المجموع)، على خلاف بطارية 9 فولط فهما ارخص سعراً وأعلى طاقة حيث تصل الى ضعف طاقة بطارية 9 فولط. وذلك لأن مقدار التيار لكل ساعة تشغيل عالي نسبيا (500 ميليأمبير/ساعة)، إلا انه لا يمكن استخدام المنظمات الخطية معها لتزودنا بـ 5 فولط، ومن هنا جاءت فكرة المشروع الذي يعمل على مبدأ محول الدفعة. حيث أنه عن طريق 3 فولط (بطاريتين) يمكن ان نحصل على 5 فولط، والذي تصل كفائته الى 85% تقريبا في ما يتعلق بالطاقة المستغلة.

 

في هذا المقال سنقوم بشرح تفصيلي للشاحن بداية من اختيار القالب وتصميم البطاقة الإليكترونية مرورا بتجميع القطع الى ان نصل الى الشكل النهائي للمشروع.

image003

مكونات نطام محول الدفعة

1.    محث.

2.    صمام ثنائي من نوع شوتكي.

3.    حمل خارجي (مثل جهاز iPod).

4.    مكثف على الخارج لتنعيم اشارة الخرج.

5.    جهد الدارة وهو عبارة عن بطارياتي المدخل.

6.    مفتاح يتحكم به اوتوماتيكيا عن طريق دارة تحكم (ويكافئ المتكاملة MAX756).


الأجزاء الرئيسية

image004 

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الكمية

منظم كهربائي (تيار مستمرتيار مستمر)

Step-up DC-DC Switching Regulators

1

مقبس المنظم

Regulator socket

Socket de Regulateur

1

صمام ثنائي نوع (شوتكي)

Schottky diode

1

المكثف

Capacitor

Condensateur

2

2

المحث

Inductor

Bobine

1

مقبسUSB

USB socket

1

حاملة بطاريات

Battery holder

Support de batterie

1

بطارية

Battery

Batterie

2


الأدوات

 image005

بعض الادوات اللازمة

1.     قصدير لحام 60\40، ويجب اختيار نوعية جيدة حيث ان النوعية السيئة تسبب انسداد ثقوب اللحام وتبردها وكله يؤدي الى صعوبة في اللحام.

2.     ملتيميتر او راسم الاشارة، ويستخدم لفحص الفولطية والتوصيل. 

3.     كاوي اللحام او مسدس اللحام بنوعيه الحراري او العادي، ويفضل الحراري لان فيه متحكم بدرجة الحرارة ومرفقات تحسن عملبة اللحام .

4.     اداة ازالة اللحام بنوعيها انبوب الشفط وجديلة النحاس، وتستخدم لازالة قصدير اللحام من الثقوب في حالات اللحام الخاطئ.

5.     اليد الثالثة بالاضافة الى مكبر، ليست ضرورية جدا لكنها تسرع وتسهل تركيب الدارة.

6.     قطاعة اسلاك، لقطع الاسلاك القريبة من البطاقة الإليكترونية، ولتعرية الاسلاك لغايات اللحام.

7.     الإضاءة الجيدة، مهمة اكثر من المتوقع.


مرحلة اختيار القالب

{vsig}cat_power/USB-charger/01{/vsig}

 

فكرة جيدة ان تختار القالب قبل كل شئ لان ذلك يمنحك خيارات اوسع في التصميم. يمكنك اختيار اي قالب مناسب (بلاستيك، المنيوم ... الخ)، ويفضل الالمنيوم لخفة وزنة وسهولة فتح ثقوب تناسب القطع الطرفية، يراعى في اختيار القالب ان يتسع لكل من البطاريتين وحاملة البطاريتين وكذلك الدارة الكهربائية.

 

مرحلة توزيع النظام ضمن القالب: مرحلة مهمة وهي تعطي تصور اولي لكيفية توزيع القطع داخل القالب، بداية نختار حاملة للبطاريات تناسب القالب الموجود، ثم نضعهم في القالب. ثانيا نقوم بقياس المساحة المتبقية في القالب لغاية تصميم الدارة الكهربائية للمشروع.


لا بد من قراءته

سنتعامل مع عملية طباعة الدارات الكهربائية على صفائح نحاسية من أجل تشكيل البطاقة الإليكترونية النهائية. إذا كنت لا تعرف في هذه العملية شيئا فيمكن إلقاء نظرة خاطفة على:

اصنعها إليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 1

اصنعها إليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 2

اصنعها إليكترونيا – تحويل الدارات إلى بطاقات إليكترونية


الدارة الكهربائية

 

الدارة الكهربائية العامة للشاحن هي كالتالي:

 image006


الإصدار 1: بوجه واحد + محث DN2474

 

تصميم البطاقة

حسب المساحة المقاسة في المرحلة السابقة نصمم الدارة الالكترونية باستخدام برنامج مناسب مع مراعاة ان تكون وصلة USB وثقوب تغذية الدارة طرفية تناسب القالب. او يمكن استخدام المخططات التالية.

 

يمكنك تحميل تصميم البطاقة تم تنفيذها بواسطة البرنامج Eagle.

 

قم بفتح البرنامج واستخراج صورة البطاقة لطبعاتها على ورق:

 

5Vboostproto.sch

5Vboostproto.brd

 

ملاحظة: إذ لم تفهم كيف فقم بترك تعليق أسفل المقال.

image007

 

تركيب

{vsig}cat_power/USB-charger/02{/vsig}

لطبع البطاقة على لوحة، فلا بد وأن ترجع إلى ما أشرنا له في "لا بد من قرائته".

قبل البدء بتصميم الدارة كبطاقة إليكترونية يفضل طباعة المخطط على ورقة وتجميع القطع عليه لاختبار هل هو مناسب للقالب أم لا وكذلك لإجراء أي تعديلات عليه.

 

إمتحان كفاءة الإصدار الأول

{vsig}cat_power/USB-charger/03{/vsig}

 

لحساب كفاءة الجهاز نقوم بالتالي:

نضع حملا ذا مقاومة محددة على المخرج (يمكن ان يكون الجهاز المطلوب شحنه) ونقوم بالتالي:

·       قياس جهد المدخل: مثال من الجدول (3 فولط).

·       قياس تيار المدخل:مثال من الجدول (200 ميليأمبير).

·       قياس فولطية المخرج: مثال من الجدول (5.01 فولط).

·       حساب تيار المخرج: عن طريق قسمة الجهد الكهربائي للمخرج على مقاومة الحمل ( قانون اوم).

·       حساب الكفاءة باستخدام القانون:

الكفاءة =(فولطية المخرج×تيار المخرج)÷(فولطية المدخل×تيار المدخل)=83%

 

ملاحظة: كلمة فولطية تعني الجهد الكهربائي.

image008


الإصدار 2: بوجهين محث 18R223

 

تصميم البطاقة

 يمكنك تحميل تصميم البطاقة تم تنفيذها بواسطة البرنامج Eagle. قم بفتح البرنامج واستخراج صورة البطاقة لطبعاتها على ورق:

5Vboostlbi.sch

5Vboostlbi.brd

image009

الوجه العلوي

الوجه السفلي

 

تركيب

{vsig}cat_power/USB-charger/04{/vsig}

 

1- ثبت البطاقة الإليكترونية بحمالة مناسبة (اليد الثالثة، ملزمة ...الخ )

2-  ابدء بوضع القطع الاصغر حجما في اماكنا ثم اثني احد الاطراف بزاوية 45درجة لتثبت في البطاقة الإليكترونية، او ثبتها باي طريقة تناسبك ( كل 3 قطع تلحم على حدا)

3- اقلب البطاقة الإليكترونية راسا على عقب (جهة اللحام) ثم الحم الاطراف من اخرها ثم قص الطول المتبقي باستخدام القطاعة.

4- كرر ذلك مع باقي القطع مراعيا التدرج بالحجم من الصغير الى الكبير لسهولة التجميع، اترك القطع الطرفية للاخر.

 

عند لحام في مقبس USB المقبس الطرفي، تأكد من وضع الكثير من قصدير اللحام في الثقوب الجانبية الكبيرة، وهي مهمة لتثبيت الوصلة حتى لا تنكسر. وبعد الانتهاء من تجميع جميع القطع قم بتوصيل اطراف التغذية الى مكانهاالمناسب وتاكد من القطبية الموجب مع الموجب والسالب مع السالب.

 

امتحان كفاءة الاصدار الثاني

{vsig}cat_power/USB-charger/03{/vsig}

 

لحساب كفاءة الجهاز نقوم بالتالي:

نضع حملا (يمكن ان يكون الجهاز المطلوب شحنه) ذا مقاومة محددة على المخرج ونقوم بقياس  التالي:

·       قياس جهد المدخل: مثال من الجدول (2.5 فولط ).

·       قياس تيار المدخل:مثال من الجدول (640 ميليأمبير).

·       قياس فولطية المخرج: مثال من الجدول (4.68 فولط ).

·       حساب تيار المخرج: عن طريق قسمة الجهد الكهربائي للمخرج على مقاومة الحمل (قانون اوم) (234 ميليأمبير).

·       حساب الكفاءة باستخدام القانون:

الكفاءة = (فولطية المخرج × تيار المخرج)÷(فولطية المدخل × تيار المدخل)=68%

image010

 

امتحان عمل الجهاز سواءً الاصدار الاول او الثاني

 

{vsig}cat_power/USB-charger/05{/vsig}

 

قبل تشغيل الجهاز لا بد من اجراء بعض الفحوصات للتأكد من سلامة التوصيلات:

image011

 

فحص للتأكد من ان طرفي مصدر التغذية ليس بينهما قصر، لان القصر يؤدي الى انهاء عمر البطارية بشكل سريععند تشغيل الجهاز.

 

الرمز OL في اجهزة الفحص الرقمية تشير الى انه لا يوجد قصر بين نقطتي الفحص.

image012

فحص للتأكد من ان طرفي خرج الدارة ليس بينهما قصر.

 

الرمز OL في اجهزة الفحص الرقمية تشير الى انه لا يوجد قصر بين نقطتي الفحص.

image013

image014

فحص الجهد الكهربائي لـكل من الدخل والخرج، بعد اجراء الفحصين السابقين وتركيب البطاريتين.

image015

 

تركيب نهائي

{vsig}cat_power/USB-charger/06{/vsig}

نقوم بتجهيز القالب وتهيئته ليناسب القطع الطرفية باستخدام مقص صاج   

يفضل وضع لاصق بوجهين لسببين:

·       عزل الدارة عن القالب وبالتالي لا يحدث قصر في الدارة

·       تثبيت الدارة ضمن القالب بحيث لا تتحرك

 

نقوم بالتجميع النهائي للدارة ثم نضع البطاريات لكي تصبح الدارة جاهزة للاستخدام.

 

ملاحظة 1: كفاءة الاصدار الثاني افضل من كفاءة الاصدار الاول.

ملاحظة 2: يمكن تغيير مقبس USB بمقبس من نوع آخر يلائم أجهزة اخرى تحتاج نفس جهد الشحن، مع مراعاة توصيل القطبية بشكل سليم.

 image017

 image018

 image016


تأليف

 

تأليف: ladyada موقعها (http://www.ladyada.net)

ترجمة بتصرف: محمد صري (عمان - الأردن)

البريد الإليكتروني: eng.mohmmad@live.com

 


المراجع

 

http://www.instructables.com/id/MintyBoost!---Small-battery-powered-USB-charger/?ALLSTEPS

]]>
eng.mohmmad@live.com (محمد صري) الطاقة Wed, 13 Feb 2013 00:00:00 +0000
مصدر التغذية الكهربائية http://www.isnaha.com/isnaha_new/إصنعها/item/500-مصدر-التغذية-الكهربائية http://www.isnaha.com/isnaha_new/إصنعها/item/500-مصدر-التغذية-الكهربائية

مصدر التغذية الكهربائية

image001

يتطرق هذا المقال إلى كيفية صناعة مصدر التغذية الكهربائية للتيار المستمر الذي يمكن أن يمدك بتيار يتراوح من 1.5 فولت إلى 17 فولت. يمكنك إيصاله بتيار متناوب 110 فولت. وبعد فهمك لمبدأ صنع الجهاز، يمكنك ضبطه على 220 فولت بتردد 50 أو 60 هرتز حسب قيمة التيار المستعملة في البلد.


تقديم

يجب الانتباه للجهد الكهربائي الخارج من مصدر التغدية الرئيسية هل قيمته هي 220 ام 110 فولت؟ وعلى اساس ذلك يمكنك اختيار المحول.

 

يوجد طريقتان لقياس الجهد المتردد:

image002

l         جهد القمة (peak volt): هو اقصى ارتفاع جهد كهربائي في قيمة الاشارة.

l         متوسط الجذر التربيعي (rms): يساوي جهد القمة مقسوما على 2√. وهذه القيمة هي المقاسة بواسطة جهاز الفولتمتر.

 


أهم عناصر الجهاز ومبدأ عمله

 

المصهر (Fuse): هو سلك ينصهر (أو ينقطع) اذا تجاوز التيار المار فيه حداً معيناً، وهو مسؤول عن حماية المحول الكهربائي من التلف، ويجب ان يكون تيار تلف الفيوز اقل من اقصى تيار يحتمله المحول حتى نضمن ان يتلف الفيوز وليس المحول، ولكن مع مراعاة ان لا يكون تيار تلف الفيوز قليل جدا بحيث يتلف مع مرور اي تيار قليل منه.

I Fuse <  I Transformer

 

في دارتنا الكهربائية للجهاز الذي نريد صنعه اخترنا فيوزذي القيمة 1 امبير وذلك لان اقصى شدة تيار يحتمله المحول هو 1.2 امبير.

 

 image003

المحول الخافض الثلاثي (center tapped): يحول أو لنقل يخفض الجهد المتردد 220 او 110 فولت الى جهد متردد 12.6 فولت على مخرجين دون التاثير على التردد، بحيث يكون المخرج الاول (احمر) والمخرج الثالث (ازرق) متساويان في القيمة أي 12.6 فولت AC، ومتعاكسان في الاشارة ( + ، - ). أما المتبقي فقيمة الجهد عنده هي 0 فولت (يسمى بالارضية او المشترك أو GND أو ground أو masse).

image004 

الصورة في (جزء تقديم) تمثل التردد عند مدخل المحول (220  او 110 فولت).  أما الصورة المجاورة فتمثل مخرج المحول بقيمة 12.6 فولت (rms) (الموجب والسالب).

image005

سنستخدم المحول المسمى center-tapped لاننا نريد منظميّ جهد (موجب وسالب). ولكن اذا اردنا منظم جهد واحد (موجب او سالب) فإنه يجب استخدام المحول الخافض او نستخدم طرفين من المحول center-tapped؛ وهما احد المخارج الطرفية مع الاوسط. انظر للشكلين التاليين لتتضح عندك الفكرة.

image006

المقوم الكهربائي (full wave rectifier): عبارة عن دارة متكونة من اربعة صمامات ثنائية.

image007

يمكن أن تجده على شكل قطعة الكترونية واحدة تسمى المقوم أو rectifier.

image008

كما هو مبين في الصور أسفله باللون الاخضر فإن وظيفة المقوم هي تحويل الجهد المتردد (بقطبيتين موجبة وسالبة) الى جهد متردد بقطبية واحدة فقط (موجبة او سالبة) تمهيدا لتحويله الى جهد ثابت (DC). يمكن تسمية الاشارة الناتجة بعد المقوم بجهد ثابت نبضي (pulse dc) .

image009

image010

المكثف الكهرلي (electrolytic capacitor): وهو مكثف ذو قطبية (طرف موجب وطرف سالب)، ويمكن تشبيه عمله في هذه الدارة بعمل بطارية تفرغ لحظيا، موصولة على التوازي مع الجهد الثابت النبضي. ستكون وظيفته هي تحويل الاشارة الخارجة من المقوم الى جهد ثابت مموج (ripple dc) اقرب ما يكون الى الاشارة الثابتة (dc)، وكلما كانت قيمة المكثف اكبر كلما قلت قيمة التموج، مع الانتباه للقطبية عند توصيل المكثف.

image011

ولأن المكثف يقوم تقريبا بتوصيل القمم للاشارة المترددة، تصبح قيمة الجهد للجهد الثابت المموج (ripple dc)  = جهد القمة للجهد الثابت النبضي = 12.6*2√ = 17.81 فولت.

image012

منظم الجهد (voltage regulator): هناك نوعين:

 

LM317: وهي منظِمة للجهود الموجبة، بحيث تحول الجهد الثابت الداخل (17.81) الى جهد خارج يتراوح من 1.2 فولت الى 17 فولت تقريبا ً، حسب القانون التالي :

 

Vout=1.25volt +R2R1+IadjR2

 

بحيث أن:

R1:المقاومة الثابتة

R2: المقاومة المتغيرة

Iadj : يمكن اهماله  هو تيار صغير يخرج من الطرف الاول

 

LM337: وهو مشابه لمنظم الجهد الموجب إلّا انه يتعامل مع الجهود السالبة.

image013

LM317

 image014

LM337

المكثف: الهدف منه هو ضمان جهد ثابت.

image015

جهد ثابت

يتم ضبط الجهد الكهربائي الخارج بواسطة مقاومة متغيرة (5 كيلواوم). اما وظيفة الصمام الثنائي فهي حماية المنظم من شحنة المكثف ان تفرغ في المسار المعاكس فيتلف.

 

أما الهدف من المبرد الحراري (heat sink) هو امتصاص حرارة المنظم التي ترتفع كلما زاد التيار الناتج.

image016

المبرد (أو المبدد) الحراري

             

تطبيق عملي

 

الأجزاء الرئيسية

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الكمية

الصيغة أو الرمز

المصهر

Fuse

Fusible

1

1A

محول

Center-tapped transformer

Transformateur

1

1.2A 12.6v

مكثف إليكتروليكي

Electrolytic Capacitor

Condensateur électrolytique

2

25v 2200µF

2

25v 10µF

مقاومة

Resistors

Résistance

2

220Ω  0.25W

مقاومة متغيرة

Variable resistor

Résistance varie

2

5KΩ  0.25W

معدل (منظم) كهربائي

voltage regulator

 Régulateur de tension

1

LM317

1

LM337

صمام ثنائي

Diode

6

1N4004

 

الدارة الكهربائية

image017

لا تستخدم مصدر تغذية لأحمال كهربائية (load) تستهلك أكثر من 500mA لكيلا ترتفع حرارة منظمات الجهد. وإلا فيمكنك استخدام منظمات جهد قادرة على تزويد الأحمال الكهربائية بشدة تيارات مختلفة 3A و5A

 

ملاحظة: يمكنك زيادة قيمة الجهد الكهربائي الخارج من مصدر التغذية عن طريق استخدام محول يولد  جهد كهربائي أعلى على ان لا تزيد قيمته عن 25 فولت (rms) مع مراعاة اختيار المكثفات والمقاومات المناسبة.

 

تركيب

يمكنك استخدام بطاقة مثقبة لتثبيت المركبات الإليكترونية عليها. يمكنك أن تقوم بنظرة خاطفة على المقال التالي إذا كنت لا تدري كيف يمكنك التعامل معها:

 

اصنعها اليكترونيا – الشرائح الإليكترونية 1

 

أما بالنسبة للصندوق فأنت حر في تصميمه كيف تشاء. النموذج التالي مثال على ذلك.

image018

image019

بما أن المحول سيكون أكبر المركبات الإليكترونية فمن الأفضل أن تقوم بتثبيته على لوحة مختلفة وباقي المركبات في لوحة أخرى.

image020

رؤية من الأعلى للتركيب حيث يظهر لك الوجه الخلفي للمقاومتين المتغيرتين تليها لوحة المركبات الصغيرة ثم في الخلف تتموضع لوحة المحول.

image021

يمكنك اختيار الأزرار المناسبة لتثبتها على المقاومتين المتغيرتيتن البارزيتن في أعلى الجهاز.

 image022


تأليف


تحرير: محمد صري (الاردن)
البريد الالكتروني: eng.mohmmad@live.com

 


انتاج

 

اصنعها 2012.

 


المراجع

 

http://mcs.uwsuper.edu/sb/Electronics/PS/

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS009063.PDF

http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=LM337


 

]]>
eng.mohmmad@live.com (محمد صري) أجهزة مختلفة Tue, 07 Aug 2012 00:00:00 +0000