مفاهیم الکترونیک

انتگرال‌گیر RC، یک شبکه‌ی اتصال سری RC است؛ که سیگنال خروجی را مطابق با فرآیند ریاضی انتگرال‌گیری تولید می‌کند.انتگرال‌گیر RCبرای یک مدار انتگرال‌گیر RC، سیگنال ورودی به مقاومت اعمال می‌شود و خروجی از دو سر خازن گرفته می‌شود و یعنی VOUT برابر با VC است. از آنجایی‌که، خازن یک قطعه‌ی وابسته به فرکانس است؛ مقدار باری که دو سر صفحات ایجاد می‌شود؛ برابر با انتگرال حوزه‌ی زمان از جریان است.

مدارهای RC ، می‌توانند هنگامی‌که یک شکل‌موج پریودیک به آن‌ها اعمال می‌شود، شکل‌موج‌های خروجی مفیدی مانند مربعی، مثلثی و دندان‌اره‌ای را تولید کنند.در مقاله‌های قبلی مرتبط با شارژشدن و تخلیه‌ی شارژ RC دیدیم که چگونه یک خازن، توانایی شارژکردن و تخلیه‌ی شارژ خود را طریق یک مقاومت اتصال سری دارد و زمان صرف‌شده برای شارژ کامل یا تخلیه‌ی کامل این خازن، برابر با 5 ثابت زمانی RC یا 5T است.

زمانی‌که منبع ولتاژ از مدار کاملا شارژشده‌ی RC برداشته می‌شود، خازن C از طریق مقاومت R شروع به تخلیه‌ی شارژ یا دشارژ می‌کند.در آموزش مدار شارژکننده‌ی RC، دیدیم؛ که چگونه یک خازن، از طریق مقاومت شارژ می‌شود تا به زمانی برابر با ۵ ثابت زمانی برسد و از آن به بعد تا زمانی‌که منبع ولتاژ به مدار متصل است؛ کاملا شارژ باقی می‌ماند.

زمانی‌که، یک منبع ولتاژ به یک مدار RC اعمال می‌شود؛ خازن C از طریق مقاومت R شارژ می‌شود.تمام مدارهای الکتریکی یا الکترونیکی، با شکلی از “تاخیر زمانی” بین پایانه‌های ورودی و خروجی خود درگیر می‌باشند. این اتفاق به نوع سیگنال یا ولتاژ اعمالی به مدار، چه مستقیم (DC) باشد و چه متناوب (AC) وابسته نیست.

یکسوسازی سه فاز فرآیند تبدیل یک منبع تغذیه 3 فاز متعادل به منبع تغذیه DC ثابت با استفاده از دیودهای حالت جامد یا تریستور است.در مقاله قبلی دیدیم که فرآیند تبدیل منبع ورودی AC به منبع DC ثابت یکسوسازی نامیده می­‌شود که محبوب‌­ترین مدارهای مورد استفاده برای انجام این فرآیند، مدارهایی است که بر اساس دیودهای نیمه‌هادی حالت جامد است.

یکسوسازی، فرآیند اتصال یک منبع تغذیه AC به یک بار DC با استفاده از المان‌های نیمه هادی حالت جامد است.یکسوسازی، یک منبع ولتاژ متناوب سینوسی نوسانی را با استفاده از دیودها، تریستورها، ترانزیستورها یا مبدل‌ها به منبع ولتاژ DC ثابت تبدیل می‌کند. این فرآیند یکسوسازی می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد شامل یکسوکننده‌های نیم موج، تمام موج، کنترل‌نشده و کاملاً کنترل‌شده که منبع تغذیه تک فاز یا سه فاز را به سطح DC ثابت تبدیل میکند.

رله‌­های حالت جامد یا SSR ، معادل نیمه‌هادی رله‌­های الکترومکانیکی هستند و می­‌توانند برای کنترل بارهای الکتریکی بدون استفاده از قطعات متحرک استفاده شوند.برخلاف رله‌های الکترومکانیکی (EMR) که از سیم‌پیچ‌ها، میدان‌های مغناطیسی، فنرها و کنتاکت‌های مکانیکی برای راه‌اندازی و تغییر منبع تغذیه استفاده می‌کنند، رله حالت جامد یا SSR هیچ قسمت متحرکی ندارد.

قطعات حذف­‌کننده حالت گذرا می‌­توانند مقدار انرژی آزاد شده در نتیجه افزایش ولتاژ و نوسانات را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.ایده­‌آل این است که منابع تغذیه AC یا DC که برای تغذیه مدارهای خود استفاده می­‌کنیم، هر دو منبع تغذیه تنظیم‌­شده به صورت دقیق هستند. با این حال، سوئیچینگ بارهای القایی AC یا سوئیچینگ کنتاکت‌­های رله DC و موتورهای DC به عنوان بخشی از سیستم میکروکنترلر، همگی با هم ترکیب می‌­شوند تا کیفیتی از منبع تغذیه تولید کنند که حفظ آن دشوار است.

منبع تغذیه سوئیچینگ یا SMPS نوعی منبع تغذیه است که از تکنیک‌­های سوئیچینگ نیمه‌هادی به جای روش‌­های خطی استاندارد برای تامین ولتاژ خروجی مورد نیاز استفاده می­کند. آی­‌سی‌های رگولاتور ولتاژ خطی (Linear voltage IC regulators)، سال­‌ها اساس طراحی­‌های منبع تغذیه بوده‌­اند، زیرا در تامین خروجی ولتاژ ثابت پیوسته بسیار خوب عمل می­‌کنند.

ترانزیستور تک پیوندی یا UJT (Unijunction Transistor) یک المان نیمه‌هادی سه پایانه است که ویژگی‌­های مقاومت منفی و سوئیچینگ را برای استفاده به عنوان یک نوسان‌­ساز وقفه‌­ای در کاربردهای کنترل فاز از خود نشان می­‌دهد.ترانزیستور تک پیوندی یا به اختصار UJT، یکی دیگر از قطعات سه ترمیناله حالت جامد است که می­‌تواند در پالس گیت، مدارهای زمان­‌بندی و کاربردهای مولد تحریک برای سوئیچ و کنترل تریستورها و ترایاک‌­ها در کاربردهای کنترل توان AC استفاده شود.

دیاک یک المان نیمه‌هادی دو طرفه دو اتصالی است که به گونه‌­ای طراحی شده است تا وقتی که ولتاژ متناوب آن از سطح معینی عبور کرد، شکسته شده و و جریان را در هر دو جهت عبور ­دهد.سوییچ دیود AC یا به اختصار دیاک، یکی دیگر از قطعات نیمه‌هادی سه لایه و دو اتصالی حالت جامد است که برخلاف ترانزیستور، اتصال بیس ندارد و آن را به یک المان دو ترمینالی با برچسب A1 و A2 تبدیل می­‌کند.

IGBT که اختصار (Insulated Gate Bipolar Transistor) است؛ یک ترانزیستور سوییچینگ قدرت است که مزایای MOSFET و BJT را برای استفاده در مدارهای منبع تغذیه و کنترل موتور ترکیب می­‌کند.ترانزیستور دوقطبی گیت عایق که به اختصار IGBT نیز نامیده می‌­شود، چیزی شبیه به تلاقی بین یک ترانزیستور اتصال دوقطبی معمولی (BJT) و یک ترانزیستور اثر میدانی (MOSFET) است که آن را تبدیل به یک المان سوییچینگ نیمه‌هادی ایده‌­آل می‌­کند.

ترایاک (Triac) یک المان حالت جامد با سرعت بالا است که می‌­تواند برق متناوب را در هر دو جهت شکل موج سینوسی سوئیچ و کنترل کند.در مقالات قبلی دیدیم که تریستور به عنوان یک دستگاه حالت جامد می­تواند برای کنترل لامپ‌­ها، موتورها یا هیتر­ها استفاده شود. اما یکی از مشکلات استفاده از تریستور برای کنترل چنین مدارهایی این است که تریستور مانند یک دیود یک المان یک طرفه است؛ بدین معنی که جریان را فقط در یک جهت از آند به کاتد می­‌گذراند.

تریستورها المان‌هایی حالت جامد (solid-state) با سرعت بالا هستند که می‌­توانند برای کنترل موتورها، هیتر­ها و لامپ‌­ها استفاده شوند.در مقاله قبلی به ساخت و عملکرد اولیه یکسوکننده کنترل­‌شده سیلیکونی که بیشتر به عنوان تریستور شناخته می‌­شود، پرداختیم. در این مقاله به این موضوع خواهیم پرداخت که چگونه می­‌توانیم از تریستور و مدارهای سوییچینگ تریستور برای کنترل بارهای بسیار بزرگتر مانند لامپ­‌ها، موتورها یا هیتر­‌ها استفاده کنیم.

از بسیاری جهات، یکسوکننده کنترل­‌شده سیلیکونی (SCR) که بیشتر به عنوان تریستور  شناخته می­‌شود، شبیه به ترانزیستور استیکسوکننده کنترل­‌شده سیلیکونی یک المان نیمه هادی چند لایه است، از این رو “سیلیکون” قسمتی از نام آن است. برای روشن شدن به یک سیگنال گیت نیاز دارد تا آن را “روشن” کند، بخش “کنترل‌­شده” نام آن، و زمانی که “روشن” شود مانند یک دیود یکسوکننده، قسمت “یکسو کننده” نام آن، رفتار می‌­کند.

مدارهای میانگین گیر پسیو یک ولتاژ یا سیگنال خروجی تولید می‌کنند که میانگین ورودی‌های متعدد از یک شبکه مقاومت را نشان می‌دهد. در مقاله تقویت‌کننده‌های جمع کننده دیدیم که ولتاژها یا سیگنال‌های اعمال شده به ورودی‌های یک مدار آپ امپ معکوس کننده را می‌توان با هم «جمع» کرد.