فرازالکترونیک FARAZ Electronics

آشنایی با ابزار ها و قعطعات الکترونیکی و ماشین های الکتریکی

فرازالکترونیک FARAZ Electronics

آشنایی با ابزار ها و قعطعات الکترونیکی و ماشین های الکتریکی

خازن های تانتالیوم

خازن های تانتالیوم 

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا 3 برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:
ابعاد کوچکتر جریان نشتی کمتر عمر کارکرد طولانی از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی عبارتند از:
خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند. نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن ، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس ترند. قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند. خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند.حد اکثر تا 330 میکرو فاراد ساخته می شوند.
در خازنهای تانتالیوم جدید ، ولتاژ و ظرفیت بر روی بدنه آنها نوشته شده ولی در انواع قدیمی از یک نوار رنگی استفاده می شود که مثلا دو خط دارد ( برای دو رقم ) و یک نقطه رنگی برای تعداد صفرها وجود دارد که ظرفیت بر حست میکروفاراد را مشخص می کنند . برای دو رقم اول کدهای استاندارد رنگی استفاده می شود ولی برای تعداد صفرها و محل رنگی ، رنگ خاکستری به معنی × 0.01  و رنگ سفید به معنی × 0.1  است . نوار رنگی سوم نزدیک به انتها ، ولتاژ را مشخص می کند بطوری که  اگر این خط زرد باشد 3/6 ولت ، مشکی 10 ولت ، سبز 16 ولت ، آبی 20 ولت ، خاکستری 25 ولت و سفید 30 ولت را نشان می دهد .
برای مثال رنگهای آبی - خاکستری و نقطه سیاه به معنی 68 میکروفاراد است.
آبی - خاکستری و نقطه سفید  به معنی 8/6 میکروفاراد

سلف

سلف

سلف یک عنصر غیر فعال الکترونیکی است که می تواند انرژی الکتریکی را در مجاورت یک هادی و در داخل یک میدان مغناطیسی که به وسیله جریان الکتریکی موجود در هادی به وجود آمده، ذخیره کند. توانایی سلف برای ذخیره انرژی ضریب خود القایی گفته می شود و واحد آن نیز هانری می باشد.

یک سلف ایده آل دارای خود القایی است، اما مقاومت اهمی و خاصیت خازنی نداشته و انرژی را نیز تلف نمی کند. یک سلف واقعی را می توان معادل ترکیبی از مقداری خود القایی، مقداری مقاومت اهمی ناشی از مقاومت سیم و کمی نیز خاصیت خازنی در نظر گرفت. در یک فرکانس خاص که معمولاً خیلی بالاتر از فرکانس کار سلف قرار دارد، یک سلف واقعی رفتاری به مانند یک مدار رزونانس خواهد داشت. ( این حالت ناشی از خاصیت خازنی موجود در سلف می باشد ). سلف های دارای هسته مغناطیسی علاوه بر اتلاف انرژی در مقاومت اهمی سیم، ممکن است مقداری تلفات نیز در هسته خود داشته باشند که آن را تلفات هیسترزیس می نامند. همچنین در جریان های زیاد به دلیل غیر خطی بودن، ممکن است تقاوت های دیگری را نیز در مقایسه با رفتار یک سلف ایده ایده آل از خود نشان دهد.

بررسی فیزیکی

خود القایی ( با واحد هانری ) در اثر شکل گیری میدان مغناطیسی حول یک حامل هادی جریان به وجود می آید و همواره با تغییرات جریان در هادی مقابله می کند.جریان الکتریکی در هادی ، یک شار مغناطیسی متناسب با جریان می سازد. بروز یک تغییر در این جریان موجب تغییر در شار مغناطیسی می شود که طبق قانون فارادی یک نیروی محرکه الکتریکی ( EMF ) در جهت عکس تولید کرده و این نیرو در مخالفت با این تغییر به وجود آمده، عمل می کند. ضریب خود القایی مقیاسی است برای اندازه گیری مقدار EMF تولید شده در ازای یک واحد تغییر در جریان. برای مثال یک سلف با ضریب خود القایی یک هانری، به ازای تغییر جریان با نرخ 1 آمپر بر ثانیه، 1 ولت EMF تولید می کند. تعداد حلقه ها، اندازه هر حلقه و جنس سیم پیچیده شده، همگی در خود القایی سلف مؤثرند. مثلاً شار مغناطیسی پیوندی میان حلقه ها می تواند با پیچیدن هادی به دور ماده ای با ضریب نفوذ پذیری بالا مانند آهن افزایش پیدا کند. این کار می تواند فرکانس را تا2000برابر افزایش دهد.

مدل هیدرولیکی

جریان الکتریکی را می توان با استفاده از یک تشبیه هیدرولیکی مدل سازی کرد. یک سلف را می توان به صورت یک چرخ طیار که تحت تاثیر یک توربین سنگین آبی می چرخد، تصور نمود. در ابتدا که جریان آب برقرار می شود، توربین در حالت ایستا قرار داشته و تا زمانی که کاملاً شروع به چرخش نکرده است، در برابر جریان آب ( جریان الکتریکی) سد ایجاد می کند و فشار زیادی ( ولتاژ ) را در جهت عکس به وجود می آورد. همچنین زمانی که توربین در حال چرخش است، اگر وقفه ای ناگهانی در جریان آب به وجود آید، توربین همچنان با اینرسی به چرخش خود ادامه می دهد و فشار زیادی را در جهت ادامه یافتن جریان اعمال می کند.

ساختمان سلف یک سلف معمولاً از یک سیم پیچ ساخته شده از یک ماده هادی - معمولاً سیم مسی – که بر روی هسته ای از هوا یا ماده ای فرومغناطیسی پیچیده شده، ساخته می شود. مواد تشکیل دهنده هسته با ضریب نفوذپذیری بیشتر از هوا، میدان مغناطیسی را افزایش داده و آن را کاملاً در سلف محبوس می کنند و به این وسیله باعث افزایش خود القایی می شوند. به منظور جلوگیری از ایجاد جریان گردابی، سلف های فرکانس پایین مانند ترانسفورماتور ها با هسته هایی از فولاد ورقه ورقه شده ساخته می شوند. در فرکانس های بالاتر از صوت، فریت های نرم به طور گسترده ای به عنوان هسته مورد استفاده قرار می گیرند زیرا بر خلاف آلیاژ های معمولی آهن که در فرکانس های بالا انرژی زیادی را تلف می کنند، تلفات زیادی ندارند و این به دلیل منحنی هیسترزیس باریک آن ها می باشد و اینکه مقاومت اهمی این نوع هسته ها از برقراری جریان گردابی جلوگیری می کند. سلف ها در شکل های مختلفی موجود می باشند. بیشتر آن ها به شکل یک سیم عایق شده ( سیم لاکی ) که بر روی یک بوبین از جنس فریت پیچیده شده است و دو سر سیم ها در بیرون آن آزاد هستند، ساخته می شوند و حال آنکه در بعضی دیگر، سیم پیچ به طور کامل در فریت قرار می گیرد که این گونه سلف ها را حفاظت شده ( shielded ) می نامند. دسته ای از سلف ها دارای هسته متغیر می باشند که این امکان، قابلیت تغییر دادن ضریب خودالقایی سلف را فراهم می سازد. گاهی برای مانع شدن از عبور فرکانس های بسیار بالا، سلف ها را به صورت یک استوانه از جنس فریت ساخته و بر روی سیم ( طوری که سیم از میان آن عبور کند ) قرار می دهند. مشخصه های سلف خودالقایی مهم ترین مشخصه سلف ، خود القایی آن می باشد . خود القایی یک سلف مخالفت آن سلف را در مقابل تغییر جریان الکتریکی نشان می دهد . کیفیت یک سلف با طول معینی از یک سیم هادی ساخته می شود . بنابراین دارای مقاومت نیز می باشد. بنابراین یک سلف واقعی از یک سلف ایده آل و یک مقاومت سری با آن تشکیل شده است . کیفیت یک سلف نسبت راکتانس سلف به مقدار مقاومت آندر فرکانسی خاص می باشد . ماکزیمم فرکانس کاری ( فرکانس رزنانس )با افزایش فرکانس ، راکتانس سلف افزایش می یابد. در عمل این افزایش در امپدانس سلف تا فرکانس مشخصی صورت می گیرد و از این فرکانس به بالا اثر خازن های پراکنده در سلف ظاهر می گیردد و امپدانس سلف کاهش می یابد . بررسی سلف در مدار های الکتریکی یک سلف با تغییرات جریان مخالفت می کند. سلف ایده آل در برابر جریان ثابت نباید از خود مقاومت نشان دهد اما به هر حال تنها مقاومت سلف های ساخته شده از ابررسانا ها می تواند صفر باشد. در حالت کلی، رابطه میان ولتاژ متغیر با زمان V(t) در یک سلف با اندوکتانس L و با جریان متغیر با زمان i(t) به صورت یک معادله دیفرانسیل بیان می شود: وقتی که یک جریان متناوب سینوسی ( AC ) از سلف می گذرد، یک ولتاژ سینوسی در آن القا می شود. دامنه ولتاژ متناسب است با حاصلضرب دامنه جریان (IP ) و فرکانس جریان ( f ). در این حالت، فاز جریان، 90درجه از ولتاژ عقب تر است. اگر یک سلف به وسیله یک مقاومت با مقدار R به یک منبع جریان DC متصل شود، و سپس منبع جریان اتصال کوتاه گردد، رابطه دیفرانسیلی زیر نشان می دهد که جریان گذرنده از سلف، به صورت یک منحنی نمایی نزولی دشارژ می شود.در فرکانس های بالا، سلف های واقعی دارای اجزای پارازیتی می باشند و این باعث کاهش کارایی آن ها می شود. سیمی که سلف از آن ساخته شده است، دارای مقاومت اهمی بوده و این مقاومت، ضریب Q را کاهش می دهد. ظرفیت خازنی میان حلقه های سلف، باعث تغییر در عملکرد الکتریکی در نزدیکی فرکانس رزونانس سلف می شود. یک سلف را می توان در RF، با یک سلف ایده آل سری شده با یک مقاومت و یک خازن موازی شده با این دو المان نشان داد. ضریب Qیک سلف ایده آل، بدون در نظر گرفتن اندازه جریان موجود در سیم پیچی، فاقد تلفات می باشد. هر چند سلف های معمولی دارای مقاومت اهمی ناشی از فلز سیم پیچی هستند. از آنجایی که مقاومت سیم پیچی همانند یک مقاومت سری شده با سلف به نظر می رسد، معمولاً مقاومت سری نامیده می شود. مقاومت سری شده با سلف، جریان الکتریکی داخل سیم پیچ را به حرارت تبدیل می کند و به این ترتیب باعث افت کیفیت خودالقایی می شود. ضریب کیفیت ( یا Q ) یک سلف، نسبت رآکتانس سلفی به مقاومت اهمی در یک فرکانس معین بوده و معیاری برای سنجش بازدهی آن می باشد. هر قدر میزان ضریب کیفیت سلف بالاتر باشد، به رفتار یک سلف ایده آل و بدون تلفات نزدیکتر می شود. ضریب Q یک سلف، از طریق فرمول زیر به دست می آید که در آن R مقاومت الکتریکی داخلی و ωL رآکتانس سلفی و یا خازنی در فرکانس رزونانس می باشد. با استفاده از یک هسته فرومغناطیسی، با همان میزان مس، خود القایی به شدت افزایش پیدا می کند. به هر حال هسته ها تلفاتی را که با افزایش فرکانس بیشتر می شوند، کاهش می دهند. نوع ماده هسته، برای بدست آوردن بهترین نتیجه در باند فرکانسی مورد نظر انتخاب می شود. در VHF یا فرکانس های بالاتر، از هسته هوا استفاده می شود. ممکن است در جریان های بالا، به دلیل کاهش چشم گیر خود القایی، سلف های پیچیده شده بر روی یک هسته فرومغناطیسی به اشباع روند. با استفاده از هسته هوا، می توان از این پدیده جلوگیری نمود. یک سلف با هسته هوا و با طراحی مناسب، می تواند دارای ضریب کیفیت برابر با چند صد باشد. یک سلف تقریباً ایده آل (با Q میل کننده به سمت بی نهایت ) را می توان با غوطه ورکردن یک سیم پیچ ساخته شده از آلیاژ ابر رسانا در هلیوم مایع و یا نیتروژن مایع ساخت. این کار، سیم را فوق العاده خنک کرده و باعث از بین رفتن مقاومت اهمی سیم پیچ می شود. زیرا یک سلف ساخته شده از ابررسانا، واقعاً بدون تلفات بوده و می تواند مقدار زیادی انرژی الکتریکی را درون میدان مغناطیسی احاطه کننده، ذخیره کند.

دیود شاتکی

دیود شاتکی

دیود شاتکی یا دیود حامل داغ (به انگلیسی: Schottky diode) (نام گذاری شده به افتخار دانشمند آلمانی Walter H. Schottky) یک دیود نیمه هادی با افت ولتاژ پایین در حالت بایاس مستقیم و سرعت کلید زنی بسیار سریع می‌باشد. هنگام عبور جریان الکتریکی از دیود مقداری افت ولتاژ در دو سر دیود ظاهر می‌شود. در دیودهای سیلیکونی معمولی مقدار افت ولتاژ حدود ۰٫۶ تا ۱٫۷ ولت است در حالی که در دیود شاتکی افت ولتاژ حدود ۰٫۱۵ الی ۰٫۴۵ ولت است. به دلیل افت ولتاژ پایین در این نوع دیود می‌توان مدارهایی با سرعت کلید زنی بالا و کارایی بهتری طراحی کرد.

ساختمان دیود

دیود شاتکی بوسیله پیوند یک نیمه رسانا و یک فلز ایجاد میشود که به این پیوند،پیوند فلز – نیمه هادی گفته میشود (بر خلاف دیود های معمولی که دارای پیوند نیمه هادی – نیمه هادی می باشند). معمولا فلز مورد استفاده مولیبدنوم‌،پلاتین‌،کروم‌و یا تنگستن است و نیمه هادی از نوع N می باشد.قسمت فلزی بعنوان آند و نیمه هادی نوع N بعنوان کاتد دیود عمل میکند.

زمان بازیابی معکوس

مهمترین تفاوت بین دیود های پیوند p-n و دیود شاتکی در زمان بازیابی معکوس آنها است. یعنی هنگامی که دیود از حالت هدایت به حالت قطع تغییر حالت می دهد. در دیود های p-n زمان بازیابی معکوس به اندازه صدها نانو ثانیه میباشد که این زمان در دیود های سریع به کمتر از ۱۰۰ نانو ثانیه می رسد. در حالی که در دیودهای شاتکی زمان بازیابی معکوس نداریم و زمان قطع و وصل در دیودهای کوچک (دیود سیگنال ) کمتر از ۱۰۰پیکو ثانیه است و برای دیود های قدرت این زمان به ۱۰ نانو ثانیه می‌رسد.همچنین در دیود های پیوند p-n یک جریان بازیابی معکوس نیز داریم ، که در نیمه هادی های قدرت بالا باعث افزایش نویز EMI میشود که این مشکل اساسا در دیود های شاتکی به دلیل سرعت بالای کلید زنی وجود ندارد.

محدودیت

مهمترین محدودیت دیود شاتکی در کم بودن ماکزیمم ولتاژ قابل تحمل دیود می‌باشد که معمولا ۵۰ ولت و یا کمتر است و همچنین بالا بودن نسبی جریان نشتی نیز از مهمترین محدودیت های دیود شاتکی می‌باشد.

دایاک

دایاک

دایاک، یا دیاک (به انگلیسی: Diac) یک نوع دیود جریان متناوب است. دیود بلافاصله بعد از رسیدن به ولتاژ شکست (VBOهادی می‌شود و جریان را عبور می‌دهد؛ سپس دیود وارد ناحیه رزنانس منفی می‌شود و این امر باعث کاهش ولتاژ دو سر دیود و افزایش جریان دیود می‌شود و دیود تا زمانی‌که جریانش از جریان نامی دیود (جریان نگه دارنده)(IBO)(IH) کمتر نشده، در حالت هادی باقی می‌ماند؛ در جریان‌های کمتر از این مقدار، دیود به حالت حداکثر مقاومت (نارسانا) باز می‌گردد و این رفتار برای هر دو جهت دیود صادق است.

بیشتر دایاک‌ها، یک ساختمان سه لایه به همراه ولتاژ شکستی در حدود ۳۰ ولت دارند. رفتار دایاک‌ها شبیه به یک(اما خیلی دقیق‌تر کنترل شده و کم‌حجم شده در ولتاژ پائین‌تر نسبت به) لامپ نئون است.

دیاک‌ها برخلاف بسیاری از تریستورها مانند ترایاک که برای تریگر کردن از پایه گیت استفاده می‌کنند، فاقد این پایه می‌باشند. بعضی از ترایاک‌ها مانند کوادراک از یک دایاک داخلی سری با پایه گیت خود به این منظور استفاده می‌کنند.

دایاک سه لایه

دایاک‌ها همچنین با نام‌های دیگری از جمله دیود تریگر متقارن که برگرفته از منحنی مشخصه آن‌ها است، خوانده می‌شوند. اینکه دایاک یک قطعه دوجهتی یا دو طرفه است باعث شده تا ترمینال یا پایه‌های آن‌ها به صورت آند-کاتد علامت‌گذاری نشده و به صورت A1 (آند ۱) و A2 (آند ۲) و همچنین MT1 و MT2 نام‌گذاری شود.

مراحل و فرضیه های عیب یابی و تعمیر بردهای الکترونیک

مراحل و فرضیه های عیب یابی و تعمیر بردهای الکترونیک


1- اولین نکته در عیب یابی یک مدار اینه که به نحوه کارکرد درست مدار ( البته سالمش ) تسلط کامل داشته باشی. منظورم اینه که خیلی وقتها پیش میاد که کاربر یک دستگاه عمدا یا سهوا ادعا می کنه که دستگاه خرابه. ... خلاصه اینکه وجود عیب مورد ادعا باید برات اثبات بشه و مهمتر اینکه باید بدونی اگر عیب رو رفع کردی چه اتفاقی میافته !


2- از کاربر دستگاه دقیقا بپرس که آخرین بار که دستگاه درست کارکرده کی بوده و آیا در لحظه خراب شدن دستگاه چیزی دیده یا شنیده ؟ داشتن جواب درست برای این سوال ، عیب یابی رو خیلی جلو میاندازه.


3- از بدیهی ترین و ساده ترین فرضها ، شروع کن : آیا دستگاه به برق وصله ؟ آیا محل اتصالها محکمه ، فیوز سالمه و ...

4- قبل از دستکاری مدار و حتی استفاده از مولتی متر یا اسکوپ ، تمام احساس پنجگانه ( و حتی ششمین حس ) رو برای معاینه دقیق مدار استفاده کن : بوی غیر عادی ، بخشی از مدار که سیاه شده ، صدای جرقه ، داغ شدن بیش از حد یک قطعه ، گرم نشدن بعضی قطعات پاور ، شکل غیر عادی قطعات و ...
همونطوریکه حدس زدی از همین جا به بعد تجربه به کمکت میاد که بهتر روی این مسایل قضاوت کنی. البته به نظر عجیب میاد ولی می تونم به جرات بگم که خیلی بیشتر از نصف عیبهای دستگاههای الکترونیکی رو میشه تا همینجا تشخیص داد.


5- اگر توی مرحله قبل دیدی که یک قطعه خرابه ( خازن ترکیده یا باد کرده ، مقاومت سوخته و ... ) می تونی اونرو عوض کنی. البته انتظار نداشته باش عیب حتما برطرف بشه چون یک عیب دیگه هم میتونه عامل سوختن فلان مقاومت یا ترکیدن خازن بشه.


6- از این مرحله به بعد ، اطلاعات الکترونیکی و تجربه حرف اول رو میزنه. چرا که باید فرضهای مختلفی داشته باشی و سعی کنی خودت رو به عیب نزدیک کنی.