خانه > الکترونیک ، برق > تقویت کننده های جریانی و ولتاژی

تقویت کننده های جریانی و ولتاژی


 

تقویت کننده های جریانی و ولتاژی

در مدارات الکترونیکی همواره دو پارامتر مهم وجود دارد
1) جریان
2) ولتاژ
جریان، میزان حامل های الکتریکی است که از هادی عبور می کند واحد آن آمپر(A) است .یک آمپر واحد بزرگی است . از لامپهای 100وات جریانی معادل45/0آمپر عبور می کند معمولاً جریان را با واحد میلی آمپر (mA)نشان می دهند . هرهزار میلی آمپر یک آمپر است یعنی از یک لامپ 100 وات جریانی معادل 450میلی آمپر عبور می کند .جریان را با علامت I نشان می دهند
ولتاژ، پتانسیل و فشاری ایست که حامل های الکتریکی دارند . ولتاژ را با واحد ولت(v) نشان می دهند . ولتاژ را با علامت (V) نشان می دهند .
حاصل ضرب این دو مولفه یعنی ولتاژ و جریان را اصطلاحاً توان گویند .واحد توان وات است(W) و آنرا با علامت P نیز نشان می دهند .به عنوان مثال یک لامپ که برای مصارف خانگی ساخته می شود و ولتاژی معادل 220 ولت نیاز دارد اگر جریانی معادل 450میلی آمپر از آن عبور کند توانی معادل 100 وات مصرف خواهد کرد .
 

برای اینکه مفهوم ولتاژ و جریان را بهتر متوجه بشوید فرض کنید منبعی وجود دارد که می تواند تا 10 آمپر جریان بدهد . اما ولتاژ بسیار کمی دارد . اگر شما دو سر این منبع را بگیرید برق شما را نخواهد گرفت . چون با اینکه حامل های الکتریکی می توانند تعداد بسیار زیادی باشد. اما این حاملها پتانسیل یا فشار لازم برای عبور از بدن شما را نخواهند داشت . مثل باطری ماشین .
حالت دوم منبعی که ولتاژ بالایی دارد اما نمی تواند جریان زیادی تولید کند . در این حالت حامل های الکتریکی پتانسیل بالایی دارند اما تعدادشان انقدر کم است که شما دچار برق گرفتگی نخواهد شد . فقط یه کوچولو می لرزید
حالت سوم منبعی که ولتاژ و جریان به اندازه کافی دارند و در این حالت چنانچه شما به این منبع دست بزنید معلوم نیست چه اتفاقی می افتد . چون هر کسی این کار را کرده است زنده نمانده است تا بتوانیم از او بپرسیم که چه اتفاقی برایش افتاده است . به شما هم توصیه می کنیم این کار را امتحان نکنید .
در واقع در اکثر وسیله ها وجود هر دو دومولفه جریان و ولتاژ برای راه اندازی یک وسیله ،مورد نیاز است. مانند بلندگوها
در بعضی وسایل شما باید ولتاژ مورد نیاز را تا حد معینی بالا بیرید وسپس جریانی که به وسیله می رسد را نیز تقویت کنید مثل لامپهای کوچک یا LED . این لامپها با ولتاژهای در حدود 2 تا 3 ولت روشن می شود اما اگر منبعی که این لامپها را روشن می کند جریان کافی به این لامپها ندهد در آنصورت نور آنها کم خواهد بود .
در بعضی وسایل جریان اهمیت چندانی ندارد اما سطح ولتاژ بسیار مهم است . به عنوان نمونه در اکثر ICها آنچه مهم است سطح ولتاژ است نه میزان جریان .
با این توضیح اولیه به این نتیجه می رسیم که در بعضی موارد به تقویت کننده های جریانی نیاز داریم و در بعضی موارد به تقویت کننده های ولتاژی. در ادامه ابتدا چند فرمول در رابطه با ترانزیستور بیان می کنیم وسپس تقویت کننده های جریانی و ولتاژی با مقادیر مشخص و معین خواهیم ساخت .

روابط ترانزیستور :
همانطور که گفتیم ترانزیستور 3 پایه دارد بیس (base)، کلکتور(collector) و امیتر (emitter) در ترانزیستور های NPN جریان از دو شاخه بیس و کلکتور وارد امیتر شده و از امیتر خارج می شود .
 

در واقع به صورت ریاضی می توان این رابطه را نشان داد .

رابطه 1   
این رابطه، رابطه بسیار مهمی است این رابطه را به خاطر داشته باشید .
اگر یادتان باشد در جلسه قبلی گفتیم هر ترانزیستور یک ضریب تقویت دارد به این ضریب تقویت بتا می گوییم و با علامت نشان می دهیم .
رابطه مهم بعدی رابطه بین جریان بیس و جریان کلکتور است .
رابطه 2  
یعنی جریان کلکتور برابر جریان بیس است .
مساله : فرض کنید ترانزیستوری دارای ضریب تقویت باشد چنانچه جریان بیس باشد جریان کلکتور و امیتر را پیدا کنید .

حل:
با استفاده از رابطه 2

و با استفاده از رابطه 1

همانطور که مشاهده می کنید جریان کلکتور و امیتر خیلی به هم نزدیک است به همین دلیل در اکثر موارد می توان جریانهای این دو را با هم تقریباً برابر در نظر گرفت .

یک رابطه دیگر نیز وجود دارد این رابطه بیان کننده رابطه ولتاژ بین امیتر و بیس است .
حاملهای الکتریکی که از بیس به سمت امیتر می روند دچار افت ولتاژی به اندازه 7/0 ولت می شوند .
یعنی اگر ولتاژ در بیس 5 ولت باشد در امیتر 3/4 ولت خواهد بود
 

. این رابطه را به صورت ریاضی این گونه نشان می دهند :
رابطه 3 
و یا به صورت معادل
رابطه 4  
در آخر روابط معروف به قانون اهم را که بار ها با آن آشنا شدید را یاد آوری می کنیم
قانون اهم:
رابطه 5  
یعنی اگر ولتاژ دو سر یک وسیله V ولت باشد و جریانی که از آن عبور میکند I آمپر باشد مقاومت آن R اهم خواهد بود .
مساله : در شکل زیر ولتاژ های دو سر مقاومت R1 10 ولت و 6 ولت است . چنانچه جریانی معادل 4 میلی آمپر از آن بگذرد . مقاومت R1 چقدر است .
 

حل:

شکل دیگر این رابطه به شکل زیر است :
رابطه 6  
یعنی اگر ولتاژ دو سر یک وسیله V ولت باشد و مقاومت آن R اهم باشد جریانی که از آن عبور خواهد کرد I آمپر خواهد بود .
مساله : در در شکل زیر ولتاژ های دو سر مقاومت R1 20 ولت و 15 ولت است . چنانچه مقاومت R1 معادل 2 کیلو اهم باشد . جریان عبوری از مقاومت R1را بدست آورید .
 

حل:

شکل سوم قانون اهم :
رابطه 7  
یعنی اگر مقاومت یک وسیله R اهم باشد و جریانی که از آن عبور می کند I آمپر باشد ولتاژ دو سر آن V خواهد بود .
مساله : در شکل زیر ولتاژ نقطه A برابر با 16 ولت است و جریانی معادل 8میلی آمپر از مقاومت 1کیلو اهمی عبور می کند ولتاژ نقطه B چقدر است .
 

حل :

خسته که نشدید . حسابی مطالب مهم و اساسی گفتیم اینها یک دنیا ارزش داره در تمام مهندسی برق با همین 3 اصل سادهJ کار خواهیم کرد و همه طراحی ها را بر اساس همین روابط بیان خواهیم کرد با کمی تخفیف شما الان یک مهندس برق شدید اما یه کوچولو هنوز راه دارید حدود 4 تا پنج سال L

طراحی تقویت کننده جریان
درمدار زیر IC تنها می تواند جریانی معادل 5 میلی آمپر در ولتاژ 5ولت به مدار بدهد اگر یک لامپ به این IC وصل کنیم لامپ روشن می شود اما نورش بسیار کم خواهد بود . لذا از یک تقویت کننده جریانی استفاده خواهیم کرد مداری طراحی کنید که در حالیکه از IC جریان 2میلی آمپری خارج می شود جریانی معادل 200میلی آمپر از لامپ بگذرد . ضریب تقویت ترانزیستور موجود 100 است.
 

در این شکل ولتاژ امیتر زمین یا برابر صفر ولت است لذا ولتاژ بیس طبق رابطه 4 برابر با 7/0 ولت خواهد بود ولتاژ IC هم طبق گفته مسئله 5 ولت است . مسئله از ما خواسته است که جریانی که از ICخارج می شود 2میلی آمپر باشد . حال باید میزان مقاومت R1 را حساب کنیم . ولتاژ دو سر IC برابر با 3/4 ولت است .

و جریان آن 2 میلی آمپر پس طبق رابطه 5 مقدار R1 برابر خواهد بود با

تقویت کننده ولتاژی
فرض کنید خروجی یک سنسور در حالت معمول 1 ولت باشد . اما در شرایط خاصی ولتاژ این سنسور تا یک دهم زیاد و یک دهم کم می شود . یعنی بین مقادیر 9/0 تا 1/1 تغییر می کند این تغییر اندک برای ما قابل حس نیست و می خواهیم کاری کنیم که که تغییرات ولتاژ 4 برابر شود مدار زیر که نوعی تقویت کننده ولتاژ است این کار را انجام می دهد
 

ابتدا ولتاژ خروجی را هنگامی که ولتاژ ورودی یا ولتاژ بیس 9/0 است را حساب می کنیم . در این حالت ولتاژ امیتر 7/0 کمتر خواهد بود یعنی 4/0ولت پس جریانی که از مقاومت R2می گذرد طبق رابطه 6 برابر خواهد بود 4/. میلی آمپر تقریباً این جریان از کلکتور هم عبور خواهد کرد یعنی از مقاومت R1.
یک سر مقاومت R1 برابر با 24 ولت است و جریان 4/. میلی آمپری از آن عبور می کند ولتاژ سر دیگر آن همانند مساله های بالا برابر خواهد بود با                         

اما در حالیکه ولتاژ ورودی یا بیس برابر با 1/1 ولت است ولتاژ امیتر 7/0 کمتر خواهد بود یعنی 6/0ولت پس جریانی که از مقاومت R2می گذرد طبق رابطه 6 برابر خواهد بود 6/. میلی آمپر تقریباً این جریان از کلکتور هم عبور خواهد کرد یعنی از مقاومت R1.
یک سر مقاومت R1 برابر با 24 ولت است و جریان 6/. میلی آمپری از آن عبور می کند ولتاژ سر دیگر آن همانند مساله های بالا برابر خواهد بود با                          

یعنی به ازای تغییرات 2/. ولتی در ورودی (9/0-1/1)شاهد تغییرات 8/. ولتی (6/21-4/22)در خروجی خواهیم بود . یعنی توانسته ایم تغییرات را 4 برابر بزرگ کنیم می توانسیتم با انتخاب مقادیر متفاوتی ازR1,R2 ضریب های تقویت متفاوتی را نیز بدست بیاوریم .

در این جلسه با دو نوع مهم و متفاوت از تقویت کننده ها آشنا شدید در بعضی موارد نیاز است که از چند طبقه تقویت کننده استفاده کنید یعنی اینکه در یک مرحله جریان را تقویت کنید و در مرحله بعدی ولتاژ را و یا بر عکس و در بعضی موارد نیاز است که از دو مرحله تقویت کننده یکسان استفاده کنید مثلاً دو طبقه تقویت کننده جریان . در هر حال می توانید با توجه به نوع مساله طراحی مناسبی را انجام دهید . این بار چند مسئله کوچک هم به عنوان تمرین عنوان می شود امیدوارم که بتوانید این مدار ها را طراحی کنید

تمرین :
1) یک مدار طراحی کنید که از IC جریانی بیش از 2 میلی آمپر نکشد اما یک لامپ را با جریان 50 میلی آمپر روشن کند. ضریب تقویت ترانزیستور 100 است
2) یک مدار طراحی کنید که از IC جریانی بیش از 2 میلی آمپر نکشد اما یک لامپ را با جریان 500 میلی آمپر روشن کند. ضریب تقویت ترانزیستور 50 است . برای حل مساله از دو ترانزیستور استفاده کنید که امیتر ترانزیستور اول به جای اینکه به زمین متصل باشد به بیس ترانزیستور دوم متصل باشد
3) یک مدار طراحی کنید که تغییرات 4/0 ولتی با مرکز 2 ولت را تا 5 برابر تقویت کند.
4) ولتاژ خروجی در مسئله بالا با مرکزیت چه ولتاژی تغییر می کند

  1. reza salmasi
    ژانویه 25, 2009 در 10:03 ق.ظ.

    خواهشمندم مداری را معرفی نمائید که توسط آن بتوانیم توسط چها ر کلیدشستی کوچک به دو موتور چپ و راست گرد فرمان دهیم ترجیها مدار شماتیک هم موجود باشد با تشکر سلماسی

  2. وحید
    مارس 27, 2009 در 10:18 ق.ظ.

    سلام بسیا عالی اما چه فایده که عکیهاش نیست

  1. No trackbacks yet.

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

درحال اتصال به %s

%d وب‌نوشت‌نویس این را دوست دارند: