Peducate.ir
با هم بیاموزیم
Peducate.ir
با هم بیاموزیممدار چشمک زن با برق شهر
مدار چشمک زن با برق شهر
در اینجا مدار چشمک زن با برق شهر مورد بررسی قرار می گیرد که بر مبنای اصول نوسان سازها با مقاومت منفی طراحی شده است.
در نوسان سازهای مقاومت منفی، با اضافه شدن مدار تشدید به طور موازی یا سری با المانی که دارای مقاومت منفی است، میرایی مدار حذف شده و نوسان پایدار ایجاد می شود. المانی که مقاومت منفی را ایجاد می کند معمولا المان فعال مانند دیود تونلی یا ترانزیستور است. در این مطلب قرار است تا مداری با قطعات بسیار ساده معرفی گردد که برای تولید نوسان استفاده می شود و با برق شهر کار می کند. معمولا در این نوع از نوسان سازها، از اصطلاح مقاومت منفی تفاضلی یا Negative Differential Resistance (به اختصار NDR) بسیار استفاده می شود. یک بخش مهم در همه نوسان سازها، بخش تشدید کننده یا رزوناتور (Resonator) است که برای نوسان سازهایی که در فرکانسهای متوسط کار می کنند از مدارهای RLC سری یا RLC موازی که دارای ضریب کیفیت (Quality Factor) بالا هستند استفاده می شود. برای نوسان سازهایی با فرکانس کم معمولا از تشدید کننده هایی با ضریب کیفیت پایین تر مانند مدارهای RC استفاده می شود. در نوسان ساز مقاومت منفی می توان از هر دو تشدید کننده یا رزوناتور و بسته به فرکانس نوسان استفاده کرد.
از نظریه مدارها و بر طبق قانون اهم می دانیم که افزایش در ولتاژ (Voltage) یک افزایش در جریان (Current) را ایجاد می کند ولی در NDR ها افزایش در ولتاژ، کاهش جریان را به همراه دارد یعنی شیب نمودار ولتاژ جریان منفی است. شاید به نظر برسد که در اینجا توان از Negistor به مدار تزریق می شود ولی باید توجه داشت که ترانزیستور برای اینکه از خود مقاومت منفی نشان دهد باید در یک نقطه کار DC خاص راه اندازی یا بایاس (Bias) شود. این پدیده در نیمه هادی ها توسط Leo Esaki کشف شد. این دانشمند به خاطر کشف پدیده اثر تونلی (Tunnel Effect) در دیودهای تونلی (Tunnel Diode) جایزه نوبل را در سال 1973 بدست آورد. یک دیود تونلی (گاها به the Esaki diode نیز نامیده می شود)، در یک ناحیه خاص از خود مقاومت منفی را نشان می دهد. از المان های دیگری که چنین اثری را از خود نشان می دهند می توان به دیود گان (Gunn Diode) و دیود لاندا (Lambda Diode) اشاره کرد. دیود تونلی در سال 1980 توسط کاشف همین پدیده اختراع شد. ساده ترین نوع این المان یک ترانزیستور نوع منفی یا NPN است که گاها برای این کاربرد به Negistor هم معروف است که در حالت معکوس مورد استفاده قرار می گیرد.
مدار تشدید کننده یا رزوناتور در اینجا یک مدار RC با ضریب کیفیت پایین است. در نتیجه از این مدار نباید انتظار فرکانس بالا را داشت (اگرچه می توان مدار را به گونه ای اصلاح کرد که در فرکانسهای بیشتر نیز نوسان کند که خارج از بحث این مطلب است). می توان به جای ترانزیستور BC547 از ترانزیستورهای دیگر مانند ترانزیستور BC107، MJE13007، 2N2222، C945 و ... نیز استفاده کرد ولی برای استفاده از هر نوع ترانزیستور ابتدا باید دید که در چه نقطه کاری ترانزیستور از خود مقاومت منفی نشان می دهد.
مقاومت R به همراه خازن الکترولیت C فرکانس نوسان را تعیین می کنند. رابطه فرکانس نوسان بر حسب مقاومت R و خازن C از رابطه f=1/(2*pi*R*C) بدست می آید. توجه شود که بیس ترانزیستور به جایی متصل نیست و ترانزیستور به طور معکوس بایاس شده است. در حقیقت اگر قرار باشد که بجای ترانزیستور BC547 از ترانزیستور دیگری استفاده شود باید به همین شکل در مدار قرار گرفته و با تغییر ولتاژ منبع، مقدار جریان را برای هر تغییر در ولتاژ بدست آورد و در ناحیه ای که شیب نمودار ولتاژ-جریان منفی است به مدار رزوناتور متصل شود. لامپ LED (Light Emitting Diode) تنها برای نشان دادن نوسان به کار رفته است و پس از شروع به کار مدار، این لامپ شروع به چشمک زدن می کند. توجه شود که می توان از خازن یا مقاومت با مقادیر دیگر نیز استفاده نمود ولی باید توجه داشت که این مقادیر باید به گونه ای انتخاب شوند که ترانزیستور در ناحیه NDR کار کند و اثر بارگذاری روی ترانزیستور تاثیر منفی نداشته باشد.
بخش دوم مدار از دیود 1N4004 و مقاومت سری با آن تشکیل شده است. از آنجایی که NDR ها برای فعالیت خود نیاز به تغذیه DC دارند، این دیود به همراه مقاومت سری با آن و همچنین خازن الکترولیت، ولتاژ DC مورد نیاز را برای Negistor تامین می کنند. از مهم ترین عیب این مدار آن است که به شدت به نوسان برق شهر حساس است و می تواند مدار را از کار بیندازد. به جای دیود 1N4004 می توان از دیود 1N4007 نیز استفاده کرد. از طرف دیگر دیود برای جلوگیری از آسیب به لامپ ها در نیم سیکل هایی که خاموش هستند به کار گرفته شده است چون ماکزیمم ولتاژ معکوس (Voltage Reverse Peak) قابل تحمل آن بالا است.
کاربردها: لامپ کم مصرف خانگی، سیستم روشنایی ارزان، چراغ مطالعه و ...
