سایت اقدام پژوهی - گزارش تخصصی و فایل های مورد نیاز فرهنگیان
1 -با اطمینان خرید کنید ، پشتیبان سایت همیشه در خدمت شما می باشد .فایل ها بعد از خرید بصورت ورد و قابل ویرایش به دست شما خواهد رسید. پشتیبانی : بااسمس و واتساپ: 09159886819 - صارمی
2- شما با هر کارت بانکی عضو شتاب (همه کارت های عضو شتاب ) و داشتن رمز دوم کارت خود و cvv2 و تاریخ انقاضاکارت ، می توانید بصورت آنلاین از سامانه پرداخت بانکی (که کاملا مطمئن و محافظت شده می باشد ) خرید نمائید .
3 - درهنگام خرید اگر ایمیل ندارید ، در قسمت ایمیل ، ایمیل را بنویسید.
در صورت هر گونه مشکل در دریافت فایل بعد از خرید به شماره 09159886819 در شاد ، تلگرام و یا نرم افزار ایتا پیام بدهید آیدی ما در نرم افزار شاد : @asemankafinet
حوادث ناشي از اينكه شبكهها از دو نظر قابل بحث ميباشد
1ـ خسارت سنگين كه به تأسيسات بر اثر حوادث وارد ميشود
2ـ خسارات نيروي انساني مثل فوت، نقص عضو، معلوليت و سوختگي فصل مشترك بين اين دو دسته خسارات خطاي اپراتور ميباشد.اگر بخواهيم انسانها را در برابر برق دستهبندي كنيم به دو دسته برخورد ميكنيم: الف) عامه مردم كه نسبت به برق آگاهي ندارند. ب) پرسنل شركت برق و برقكاران صنايع كه جانشان در گرو آگاهي و اطلاعات فني و تمركز حواسشان است. چون سال به سال شبكه ها گستردهتر ميشود به همين نسبت خطرات آن نيز بيشتر ميشود چون مردم بايد مصداق كلمه برق خادم خوب و قاتل بيرحم را بشناسند و آموزش، سنگ بناي تكنولوژي و صنعت پيشرفته دنياي امروز است البته در مرحله اول تشكيل كلاسهاي آموزشي و دانش شغلي كه مطابق استانداردهاي بينالمللي باشد بايد اجرا شود و در مرحله بعد نوبت به اجراي قاطعانه قوانين و انظباتات ميرسد كه نبايد از هيچ خطايي هرچند كوچك چشمپوشي كرد. در تحليل اتفاقات ناشي از برق بيشترين حوادث كه در سالهاي اخير به طرز تأسفباري زياد شده است مربوط به سيستم 20كيلوولت ميباشد كه بيشتر اين حوادث در ساعات غير اداري و روزهاي تعطيل بوقوع پيوسته كه اين موضوع را ثابت ميكندكه اصول وقوانين و اجراي دستورالعملها در اين اوقات رعايت نميشود . پياده كردن سيستمهاي لاتين نيز ضايعات پرسنلي را بمراتب كمتر مي كند چرا كه اپراتور مجبور است براي حفظ جان خود هم كه شده از مرغوبترين نوع وسايل ايمني فردي و گروهي تستشده بنحو احسن استفاده كند و خود را در بهترين شرايط روحي و بدني قرار دهد . نكته ديگر در اين زمينه اجراي شبكههاي زميني و كابلهاي خودنگهدار و شبكه اليآرم به طريق اضافهكردن كراس آرم كمكي در زيراكس آرم اصلي در كوچههاي همعرض ميباشد كه فرد برقكار براحتي ميتواند روي آن مستقر شود و طناب كمربند ايمني خود را بر كراس آرم بالايي ببندد و به آساني مشغول به كار شود و نيز نصب پايههاي ترانسفورماتور بصورت دروازهاي و رفع خطركردن از كراس آرم و سكوي كت اوت 20 كيلوولت از روي فضاي پشتبامهاي مجاور ترانسفورماتورها ميباشد و داخل ديگر مربوط به عبور خطوط 20 كيلووات از پيچ و خم كوچه هاي هم عرض است كه ميتوان بجاي كراس آرم دِدِاند و مقره بشقابي از مقرههاي آويزي بدون كراس آرم با آرايش عمودي كه به تير بسته ميشوند استفاده نموده جهت دستيابي به يك شبكه خوب بايد در طراحي و انتخاب تجهيزات و سپس اجراي طرح ها از متدهاي كاملاً فني و اقتصادي بهره گيري كرد و با يك برنامهريزي دقيق و مشخص و همراه با سرويس و نگهداري صحيح از حوادث و اتفاقاتي كه منجر به خاموشي ناخواسته ميگردد حتيالامكان جلوگيري شود. لذا جهت كاهش ميزان خاموشي هاي قابل پيشگيري كه خسارات جاني و مالي زيادي را در بر دارد موارد زير توصيه ميشود:
1ـ مطالعه وطراحي صحيح وبهينه روي شبكه توزيع
2ـ استفاده از تجهيزات مناسب واستاندارد شده بر اساس وضعيت هر منطقه
3ـ نوسازي بر روي شبكه ها بر اساس روشهاي استاندارد شده از قبيل استفاده از جدول نصب وايستايي شبكه و پايه
4ـ بهينه نمودن روش تهيه نقشه هاي مسير ها ونقاط مانوري توسط كامپيوتر و تشكيل بانكهاي اطلاعاتي و آموزش دادن پرسنل مربوطه .
5ـ جمع آوري ومطالعه مداوم روي سيستمهاي حفاظتي موجود روي شبكهها و پستهاي توزيع برق
12ـ بكارگيري دستورالعملهاي لازم و اجباري ايمني و فني و تخصصي
13ـ استفاده از مجوز انجام كار مناسب قبل از شروع بكار گروههاي تعميراتي و نوسازي
14ـ وجود واحد كنترلكننده كار مطابق مجوز انجام كار
ميزان امپدانس بدن در ولتاژهاي فشار ضعيف
خطرهايي كه در اثر برق گرفتگي پيشميآيد به عواملي چون مقدار جريان، مدت عبور جريان امپدانس بدن، سطح تماس، ولتاژ و فركانس بستگي دارد.
برقگرفتگي عمدتاً در دو مورد ممكن است پيشآيد. 1ـ تماس شخص با سيم برقدار 2ـ تماس با جسم رسانايي كه برقدار شدهباشد كه به دو صورت بوجود ميآيد يكي در مدار باز ولتاژ 220 ولت كه معمولاً در محل كار و خانه وجود دارد و ديگر يك شيء فلزي كه خوب زمين نشده باشد و در معرض ميدان مغناطيسي ناشي از خطوط هوايي انتقال نيرو قرار گيرد.
امپدانس بدن:طي بررسيهاي بعملآمده وقتي مسير جريان، موازي محور تقارن بدن باشد خطرناكترين حالت ميباشد كه بصورت ورود از كف دست و خروج از كف پا مي باشد و شدت جريان، مدت دوام فركانس آن بر ميزان اين آسيبها تأثير مي گذارد. مقاومت كلي بدن تشكيلشده از مقاومت پوست و مقاومت داخلي بدن كه عوامل بسياري از جمله ميزان رطوبت سلامت پوست، وضع جسماني و مساحت سطح تماس در مقدار مقاومت كلي بدن تأثير قابل ملاحظهاي دارد. مقاومت متوسط بدن در رطوبت كاهش مي يابد و نيز در افراد عضلاني مقاومت نسبت به افراد چاق و افراد با پوست سالم كمتر است. در مدار فشار ضعيف و فركانس معمولي مقاومت اصلي بدن همان مقاومت سطح تماس بدن و سيم برق است . حال آنكه در مدار فشار قوي چون ولتاژ فوراً باعث شكافتن پوست ميشود تنها مقاومت داخلي بدن جريان را محدود ميكند . با افزايش فركانس پوست بصورت شنت خازني درآمده و بيشتر جريان از سطح بدن عبور ميكند و خطر مرگ ناشي از آسيب اعضاء داخلي بدن كاهش مييابد، بنابراين در ولتاژ DC مقاومت بدن بيشتر از ولتاژ AC است .
آستانه هاي جريان :
چون عامل تعيين كننده شدت برقگرفتگي ميزان جريان است نه ولتاژ به همين خاطر به چهار آستانه جريان اشاره ميشود كه شامل :
1-دريافت : اين حد جرياني است كه در آن انسان احساس سوزش خواهد كرد كه براي زفان بين 27/0 تا 88/0 ميلي آمپر و براي مردان بين 4/0 تا 39/1 ميلي آمپر است .
2-رهايي : در اين حد جرياني احساس سوزش به احساس ناراحتي همراه با گرفتگي عضلات تبديل ميشود تا جايي كه فرد قادر به رها كردن سيم برقداري كه در دست گرفته نيست و اين بيشترين جريان بي خطر است كه فرد ميتواند تحمل كند كه در مردان 9 ميلي آمپر و براي زنان 6 ميلي آمپر ميباشد .
3-آستانه فلج تنفسي : در اين جريا ن شخص كنترل ماهيچه هاي اصلي بدن را از دست ميدهد و اگر جريان از عضلات تنفسي عبور كند آنها را از كار انداخته و باعث قطع تنفس ميگردد و شدت آن 30 ميلي آمپر است
4- آستانه تشنج قلبي: اگر جريان افزايش يابد قلب از كار افتاده و دچار تپش غير قابل كنترل ميشود و اگر جريان در حال گذر از حالت انقباض به حالت استراحط از قلب عبور كند تشنج قلبي رخ ميدهد كه مقدار آن
كهt همان زمان عبور جريان از بدن ميباشد
حدود ولتاژ بيخبر: سوانح برق گرفتگي مختص برق فشارقوي نبوده و در ولتاژ 50 تا 65 ولت با فركانس معمولي نيز ميتواند مرگبار باشد. اگر مدتتماس افزايشيابد گرماي حاصل از جريان برق تاولهايي را در سطح پوست ايجاد ميكند كه باعث كمشدن مقاومت پوستشده و امكان تشنج قلبي را بالا ميبرد. ولتاژ بيخطر در فركانس 60 هرتز براي 5/99% مردان بزرگسال 2/10 ولت است و مقاومت بدن در حالت مربوط براي مردان 130 اهم و براي زنان 1700 اهم و براي كودكان 2266 اهم است و كمترين ولتاژ ثبتشده 20 ولت و مقدار متوسط آن 8/27 ولت است و مقدار مقاومت بدن بطور متوسط 3560 اهم است بطور كلي چهار عامل بر روي شدت برقگرفتگي مؤثرند كه عبارتنداز: 1ـ ولتاژ 2ـ جريان 3ـ مدت عبور جريان از بدن 4ـ مقاومت بدن.
چگونگي ايجاد اتصال زمين مطمئن و نقش آن در حفظ جان موجودات زنده و تأسيسات الكتريكي
انواع زمينكردن:1ـ زمينكردن حفاظتي 2ـ زمينكردن الكتريكي
زمينكردن الكتريكي: در ابتداي پيدايش برق آلترناتورها و ترانسها بصورت نوترال مجزا يا زمين نشدهبودند ولي با افزايش ولتاژ آنها جريانها در حالت اتصال يك فاز به زمين متناوباً خودبخود قطع و وصل ميشد و در محل اتصالي جرقهاي ايجاد مينمود كه باعث قطع مدار توسط رلههاي حفاظتي ميگردد از مزاياي اين كار اينست كه همه بدنههاي فلزي دستگاههاي برقي را ميتوان به زمين متصل نمود تا هيچگاه پتانسيلي به بدنه فلزي دستگاه و زمين برقرار نشود و از معايب اين سيستم اينست كه شخصي كه روي زمين قرار دارد در صورت تماس با يكي از فازها دچار برقگرفتگي ميشود كه براي جلوگيري از آين كار سيمهاي گرم را عايقبندي مينمايند.
زمينكردن حفاظتي:كلاً اتصال بدنه فلزي دستگاههاي برقي كه در حالت عادي جريان برقي حمل نميكنند به زمين را زمينكردن حفاظتي گويند. در اين قسمت بدنه تجهيزات الكتريكي مثل ترانسها كليدهاي قدرت و دستگاههاي ديگر زمين ميگردند تا در اين حالت در اثر خوابشدن عايتهاي تجهيزات و ولتاژ ناشي از صاعقه بدنه تجهيزات فوق اگر برقدار گردد براي افرادي كه با اين دستگاهها بطور مستقيم يا غيرمستقيم سروكار دارند حادثهاي اتفاق نيفتد.
حفاظت بايد از طريق ايجاد مسيري با امپدانس كم براي جريان انجامشود و تنها در حالي كه امپدانس كل مدار در صورت اتصال بوجود ميآيد از حد متعارف كمتر باشد وسايل حفاظتي مدار را قطع و رفع خطر كند.
زمين: زمين از موادي تشكيليافته است كه غالباً هادي الكتريسيته ميباشد و مقاومت زمين به نوع خاك، تركيبات شيميايي و رطوبت دارد.
اثر رطوبت روي مقاومت زمين: رطوبت اثر بسيار زيادي روي مقاومت اتصال زمين دارد اگر نسبت رطوبت خاك بيش از 20درصد باشد مقاومت مخصوص تغيير زيادي نميكند ولي در رطوبت كمتر از 20درصد مقاومت مخصوص با كاهش رطوبت به شدت زياد ميشود. كلاً رطوبت خاك در فصول خشك 10 درصد و در فصول مرطوب به 35 درصد ميرسد. در زمينهاي سنگلاخي چون لايههاي سنگ رطوبت را در خود نگهداري ميكنند اگر عمق ميله اتصال زمين حدود 3 متر يا بيشتر باشد مقاومت اتصال زمين خوبي خواهيمداشت.
اثر درجه حرارت روي مقاومت مخصوص زمين:
حرارت عامل بسيار مهمي در مقاومت مخصوص زمين ميباشد به طوري كه كاهش درجه حرارت مقاومت مخصوص را افزايش داده و در نتيجه مقاومت اتصال زمين نيز افزايش مييابد. به همين دليل ميله اتصال زمين به عمق بيشتري برده ميشود تا در فصول مختلف تغييري در مقاومت زمين بوجود نيايد.
اندازهگيري مقاومت اتصال زمين:
معمولاً مقدار مقاومت زمين بصورت تقريبي ميباشد كه طبق شرايط متداول مقاومت يك ميله اتصال زمين نبايد از 25 اهم تجاوز كند كه اين اندازهگيري مستقيماً توسط وسايل اندازهگيري صورت ميگيرد كه متداولترين آنها عبارتنداز: 1ـ ميگر 2ـ دستگاه تعيين مقاومت با استفاده از مواد جريان متناوب
روشهاي كاهش مقاومت اتصال زمين:
1ـ استفاده از ميلههاي بلند جهت رسيدن به اعماق زمين يكي از مقرون بهصرفهترين روشها ميباشد كه به طول 5/4 تا 6 متر ميباشد و بصورت يك تكه يا چندتكه ميباشد كه ميلههاي چندتكه در طولهاي 5/1 و 4/2 و 3 متري ميباشد2ـ اتصال چندميلهاي يا ميله مضاعف از روشهاي ديگر كاهش مقاومت ميباشد كه اگر دو يا چند ميله نسبت به يكديگر فاصله مناسب داشتهباشند مسيرهاي موازي براي عبور جريان بوجود آمده و ميلهها مثل مدار موازي عملكرده و مقاومت طبق قانون مقاومت موازي كاهش مييابد.3ـ استفاده از مواد شيميايي مقاومت مخصوص خاك اطراف ميله را كم ميكند، مخلوط نمك و زغال يك نمونه از اين مواد ميباشد.4ـ استفاده از سيمهاي مسي يا نوارهاي هادي در كانالهاي شعاعي يا دو كانال دايرهاي جهت زمينهاي سنگي سخت ميباشد.
مصالح مورد نياز اتصال زمين:
1ـ ميلههاي اتصال زمين 2ـ صفحات فلزي (مسي ـ آهني) 3ـ نوارهاي فلزي يا سيمهاي هادي
ميلههاي اتصال زميني (مسي)
اين ميلهها در برابر فساد تدريجي مقاوم بوده و براي ايجاد اتصال الكتريكي مناسب ميباشد قسمت خارجي ميلهها مسي بوده و قسمت داخلي آنها از جنس فولادي بوده تا استحكام ميكانيكي آن بالا برود از اين نوع ميلهها در ايستگاههاي فشارقوي خطوط انتقال نيرو، خطوط ارتباطات ساختمانهاي بلند و آنتنهاي نيروگاهها و غيره استفاده ميشود و قسمت هاي مختلف آن شامل: 1ـ نوك مخروطي 2ـ اتصال مس به مس براي جلوگيري از فشار تدريجي 3ـ قسمت مركزي فولادي 4ـ قسمت خارجي مسي 5ـ نوك تيز و محكم
كاربردهاي انتقال زمين در جلوگيري از زيانهاي صاعقه
چون موج ولتاژ صاعقه ضربهاي است اين افزايش ولتاژ در زمان صاعقه باعث ايجاد جرقه در نقاط مختلف شبكه ميشود بنابراين بايد طول اتصال زمين حتيالمقدور كم باشد و در حدود 10 متر باشد. در ايستگاهها و دستگاههاي با ولتاژ بالا بعلت وجود بندهاي بزرگ چريان خطر اتصال كوتاه بسيار زياد است كه تعداد كم ميله اتصال زمين در پست خطر ولتاژ پلهاي را افزايش ميدهد كه براي جلوگيري از اين حالت از روشي استفاده ميشود كه استفاده از ميلههاي اتصال زمين كه بصورت اتصال موازي بوده و تمامي تجهيزات و پايههاي استراكچر با سيم ارت به هم متصل و نهايتاًبه 3 تا 5 ميله ختم ميشوند كه به اين روش غربالي ميگويند
اتصال زمين در خطوط انتقال و توزيع
چون مقاومت زمين در امتداد مسير شبكه اغلب زياد است يكياز مهمترين روش كاهش مقاومت استفادهاز ميلههاي اتصال زمين بلند است كه بصورت موازي دو يا چهارتايي بطول 12 تا 48 متر به دو يا چهارپايه دكل نصب مي شود تجربه نيز نشان داده است كه اتصال زمين عميق بسيار مؤثر است و عملكرد ترانسها و تابلوهاي توزيع بهتر ميباشد و اتصال زمين با مقاومت كم، قابل اعتماد براي برگردانيدن به حالت عادي بوده و عملكرد صحيح برقگيرها و رلههاي اتصال زمين و فيوزها و غيره نقش اساسي را ايفا مينمايد.
حفاظت صنعتي و عوامل فيزيكي زيانآور شغلي (سر و صدا): يكي از مخاطرات ناشي از صنعتي شدن و توسعه صنايع، سروصدا و آثار ناشي از آن بر بشر ميباشد طبق تحقيقات بعملآمده علل اساسي بخشي از بيماريهاي عصبي و رواني و كري در نتيجه مجاورت با سروصدا و مدت مجاورت با سروصدا ميباشد و كرمي در بين كارگران صنايع بيشتر از ساير بيماريهاي حرفهاي شايع است البته وجود عوارض شنوايي و حساسيت فرديدر مقابل نوع صدايي كه فرد روزانه ميشنود مهم اس.
چگونگي شنيدن صدا:
بدليل فشار صوتي كه حاصل از توان صوتي تشعشعشده از منبع صوت است ارتعاشات از طريق محيط مادي به گوش رسيده و قابل درك ميشود كه اگر اين فشار از حد معيني تجاوز نمايد سيستم شنوايي مختل ميگردد و هوا در مقابل حركت ارتعاشي فشردهشد و اين فشردگي از ملكولي به مولكول بعدي انتقال مييابد، اين انبساط و انقباض بايد حداقل 20مرتبه در ثانيه جهت درك متوسط گوش انجام بگيرد و ضعيفترين صوت براي گوش انسان 20 ميكروپاسكال با فركانس فوق ميباشد
پارامترهاي صوت:
1ـ توان صوت: انرژي تشعشع يافته از منبع انرژي در واحد زمان ميباشد كه بر حسب وات است.
2ـ شدت صوت: ميزان توان صوتي عبوري از يك سطح ميباشد كه بر حسب وات بر سانتيمتر مربع است W=I*S و چون امواج از منبع بصورت كروي منتشر ميشوند فرمول آن ميباشد.
3ـ تغييرات فشار صوت: ماكزيمم تغييرات فشار صوت از يك مبنا به بعد را تراز فشار صوت يا Sound level گويند كه در يك كارخانه با اندازه گيري فشار صوت ميتوانيم به ميزان ضايعات وارده از نظر شنوايي بر روي كارگران ي ببريم . طبق تجربيات بدستآمده هر صوتي در هر فركانسي داراي يك حد آستانه دردناكي و يك حد آستانه شنوايي مخصوص به خود است بطوريكه براي يك صوت با فركانس 1000 هرتز حداقل شدت قابل احساس راي گوش سالم يك انسان 16-10 وات بر سانتيمتر مربع ميباشد و حداقل نيروي وارد بر واحد پرده سطح گوش بايد 00002/0 نيوتن بر متر ميباشد تا قابل درك باشد براي شرايط نرمال اتمسفر فشار صوت و شدت توسط رابطه زير مرتبط ميشوند 2(p52/1)=I. طبق استاندارد T.L.V بيان ميشود كه 90 دسيبل براي 8 ساعتكار و 6 روز در هفته هيچگونه اثر فيزيولوژيكي بر روي كسي كه در اين شرايط كار ميكند ندارد و اين شخص با dose100% مشغول بكار است ولي در شرايط 95 دسيبل فرد با دويست درصد دُوز doseكار ميكند و اين 100% بالاي استاندارد است. با اندازه گيري صدا ميتوان فركانس آزاردهنده را توسط ميكروفون و مدار الكترونيكي تشخيص داده و جدا كرد و كافيست كه براي تك تك فركانسها نقطه آستانه شنيدن را مشخصكرده و بردار آن را رسم كنيم كه به ان منحني و ژل ميگويند ص 87.
اگر شخصي اديومتري شود و منحني شنوايي وي مطابق جدول 6-الف باشد نوعي كري عصبي بوده و غير قابل ترميم است كه كري شغلي از اين نوع است ولي اگر مطابق شكل 6 ـ ب باشد نوعي كري انتقالي بوده و اشكال در گوش خارجي يا مياني است.
افت شنوايي از صفر تا 25 دسيبل ناديده گرفته ميشود و از 25 تا 45 دسيبل سنگين و از 65 تا 85 خيلي سنگين و از 85 دسيبل به بالا كري مطلق است.
نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد. مثلا، مقاومت ویژه مس 8-10اهم - متر کوا رتز1012 اهم - متر، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.
2 دیودهای نیمرسانا
ساختمان
دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز می دهد. دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کار می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود. (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است.
جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالفت کمی بروز می دهد با سر پیکان نشان داده شده است.
دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.
ژرمانیم یا سیلیسیمی که در ساخت دیود نیمرسانا به کار می رود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در 10 10 جزء پالوده شود. سپس اتمهای ناخالصی مطلوب، بخشنده ها یا پذیرنده ها، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.
برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلأ ذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم مذاب درست بالای نقطه ذوب بلور هسته قرار دارد، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب می شود. این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود، بدین سان یک بلور نوع n تشکیل شده است. با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.
قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده می شود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكارگيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.
ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيموان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع nرا توليد كند. اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليوم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.
ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباع معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.
ديودهاي اتصال- نقطه اي
اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.
انواع ديودها و كاربرد آن ها
پارامترهاي مهم ديودهاي نيمرسانا عبارتند از :
1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.
2- جريان مستقيم حداكثر.
3- ظرفيت پيوند.
4- فعاليت در ناحيه شكست.
انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :
1- ديودهاي سيگنالي.
2- ديودهاي توان.
3- ديودهاي زنر.
4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).
1. ديودهاي سيگنالي
اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منطقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه آن مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود بين 40 وmA250 است. ولي اخيراً مي توان به مقادير بالاتري دست يافت.
2. ديودهاي توان
ديودهاي توان را غالباً براي تبديل جريان متفاوب به جريان مستقيم، مانند يك سوسازها، بكار مي برند. پارامترهاي مهم ديود توان عبارتد از ولتاژ معكوس قله، حداكثر جريان مستقيم و نسبت مقاومت. ولتاژ معكوس قله احتمالاً دست در گستره V50 تا V1000 است با حداكثر جريان مستقيم كه شايد A30 است. مقاومت مستقيم بايد تا حد امكان پايين باشد تا از افت چشمگيري در ولتاژ دو سر ديود وقتي كه جريان مستقيم زيادي جريان دارد جلوگيري مي كند؛ معمولاً اين مقاومت خيلي بيشتر از يك يا دو اهم نيست.
3. ديودهاي زنر
جريان معكوس بزرگي كه در هنكام در گذشتن ولتاژ دو سر ديود از ولتاژ شكست ديود، جاري مي شود لزوماً نبايد باعث آسيب رساندن به وسيله شود.
ديود زنر چنان ساخته شده است كه به آن امكان مي دهد در بدون خراب شدن، در ناحيه شكست كار كند، به شرط آن كه جريان از طريق مقاومت خارجي به يك مقدار مجاز محدود شود. جريان زياد در ولتاژ شكست يا دو عامل، به نام اثر زنر و اثر بهمني، فراهم مي آيد در ولتاژهايي تا حدود V5 ميدان الكتريكي نزديك به پيوند چندان شديد است كه مي تواند الكترونها را از پيوند كوالانسي كه اتم ها را كنار هم نگاه مي دارد بيرون بكشد. زوجهاي حفره- الكترونهاي اضافي توليد مي شوند و اين زوج ها براي افزودن جريان معكوس در دسترسند. اين اثر ر ا اثر زنر مي نامند.
اثر بهمني وقتي پيش مي آيد كه ولتاژ پيش ولت مخالف بيش از V5 يا در همين حدود باشد. سرعت حركت حاملين بار از ميان شبكه بلور چندان افزايش مي يابد كه اين بارها به اندازه كافي داراي انرژي جنبشي شوند كه اتم ها را در اثر برخورد يونيده كنند. اتمي را يونيده گويند كه يكي از الكترونهاي خود را ازدست داده باشد. بدين سان حاملين بار اضافي توليد شده از ميان شبكه بلور عبور مي كنند و ممكن است با ساير اتم ها نيز برخورد كرده و حتي از طريق يونش حاملين بيشتري ايجاد كنند. در اين روش تعداد حاملين بار، و در نتيجه جريان معكوس، به سرعت افزايش مي يابد.
ديودهاي زنر با ولتاژهاي مرجع استاندارد شده متعددي قابل دسترسند. مثلاً، مي توان بهديود زنري با يك ولتاژ (شكست) مرجع V2/8 دست يافته. نام ديگر اين وسيله ديود مرجع ولتاژ است. رايج ترين كاربرد ديود زنر در مدارهاي پايدارنده ولتاژ است اين نوع ديود را به عنوان مرجع ولتاژ نيز بكار مي برند.
3 ترانزيستور
انواع ترانزيستور
ترانزيستور وسيله اي نيمرساناست كه مي تواند سيگنال الكتريكي را تقويت كند، به عنوان كليد الكترونيكي عمل كند، و عملكردهاي متعدد ديگري داشته باشد. اساساً ترانزيستور شامل يك بلور ژرمانيم يا سيليسيم و حاوي سه ناحيه مجزا است. اين سه ناحيه ممكن است دو ناحيه نوع p باشد كه يك ناحيه نوع n از آنها را جدا كرده است يا دو ناحيه نوع n كه با يك ناحيه نوع p از هم جدا شده اند. نوع اول، ترانزيستور p-n-p و نوع دوم ترانزيستور نوع n-p-n است، كاربرد اين هر دو نوع ترانزيستور متداول است، و گاهي هم هردو در يك مدار واحد مورد استفاده قرار مي گيرند، ولي بحث ما در اين فصل درباره ترانزيستور نوع p-n-p است. اما براي عملكرد مربوط به ترانزيستور n-p-n لازم است حفره را به جاي الكترون، الكترون را به حاي حفره، منفي را به جاي مثبت و مثبت را به جاي منفي بخوانيم.
ميانه سه ناحيه ترانزيستور بيس (پايه) و دو ناحيه بيروني اميتر (گسيلنده) و كلكتور گردآور ناميده مي شود. در اغلب ترانزيستورها ناحيه كلكتور از نظر فيزيكي بزرگتر از ناحيه اميتر ساخته مي شود، چون انتظار مي رود ناحيه توان بيشتري را تلف كند. نماد ترانزيستور p-n-p در شكل(الف) و نماد ترانزيستور در شكل (ب) نموده شده است. توجه كنيد كه سر پيكان سيم اميتر در دو شكل با جهتهاي مختلفي نشان داده شده است، كه در ترانزيستور n-p-n به خارج نشانه رفته اند. بزودي مشخص خواهد شد كه سر پيكان جهت حركت حفره ها را در داخل اميتر نشان مي دهند.
اميتر
بيس
ترانزيستورها نسبت به لامپ هاي گرمايوني مزاياي زيادي دارند؛ شايد مهم ترين امتياز اين است كه ترانزيستورها نسبت به لامپ گرمايوني، پيش از شروع به كار نياز به منبع تواني براي گرم شدن ندارد. همين نكته باعث مي شود كه وسيله هاي ترانزيستوري بعد از وصل شدن كليد خيلي سريع تر از وسيله لامپي شروع به كار مي كند. مصرف توان نيز در اين حالت بسيار كمتر است و اين موضوع مخصوصاً براي تجهيزات بزرگ مانند كامپيوتر از اهميت زيادي برخوردار است. مزاياي ديگر ترانزيستور، اندازه كوچك تر آنها، ولتاژ كاركرد بسيار پايين و پايداري بهترشان است.
طرز كار ترانزيستور
ترانزيستور p-n-p شامل دوپيوند p-n است و معمولاً طوري كا ر مي كند كه يك پيوند، پيوند اميتر- بيس با پيش ولت موافق، و ديگري، پيوند كلكتور - بيس، با پيش ولت مخالف است. اين نكته را همراه با جهت جريانهاي گوناگوني از ترانزيستور مي گذرند. قرارداد متداولي كه بنا بر آن جهت جريان مخالف جهت حركت الكترونهاست به كار گرفته شده است.
توجه كنيد كه، در ابندا، ولتاژ اميتر- بيس، Eeb،صفر است بنابراين اين جريان حامل بار اكثريتي كه از پيوند اميتر- بيس مي گذرد برابر است با جريان حامل باراقليتي جاري جهت مخالف و جريان خالص پيوند صفر است. پيوند كلكتور- بيس به وسيله ولتاژ پيش ولت Eebبه پيش ولت معكوس تبديل مي شود و از اين رو يك جريان حامل بار اقليتي از سيم كلكتور مي گذرد. اين جريان، جريان اشباع معكوس است كه در فصل پيش مورد بحث قرار گرفت ولي اكنون جريان نشتي كلكتور ناميده شده با نماد ICBO نموده مي شود.
اگر ولتاژ پيش ولت اميتر - بيس در جهت مثبت به اندازه چند دهم ولت افزايش يابد، پيوند اميتر- بيس با پيش ولت موافق بوده و يك جريان حامل بار اكثريتي جاري مي شود. اين جريان شامل حركت انقالي حفره ها از اميتر به بيس و گذر الكترونها از بيس به اميتر است. فقط جريان حفره ها براي كار ترانزيستور مفيد است، كه اين نكته بزودي روشن خواهد شد، و بنابراين از طريق آلايش بيس، كه خيلي دقيق تر از آلايشي است كه در اميتر انجام مي گيرد، اين جريان را از جريان الكترون خيلي بيشتر مي كنند. نسبت جريان حفره به كل جريان اميتر را نسبت تزريق اميتر يا كارايي اميتر مي نامند، و با نماد نشان مي دهند. معمولاً، تقرباً برابر 995/0 است و به اين معناست كه فقط 5/0% جريان اميتر شامل عبور الكترون از بيس به اميتر است.
حفره ها فوراً ازپيوند اميتر- بيس مي گذرند، و گفته مي شود كه به درون بيس گسيليده يا تزريق شده اند، و به حاملين بار اقليتي تبديل شده و پخش شدن در عرض بيس به سوي پيوند بيس- كلكتور را آغاز مي كنند. از آنجا كه بيس بسيار باريك بوده و نيز رقيق آلاييده شده است، اكثر حفره هاي گسيليده به پيوند كلكتور- بيس مي رسند و بار الكترون آزاد بر سر راه خود باز تركيب نمي شوند. حفره هاي گسيليده با رسيدن به پيوند، جريان حامل بار اقليتي را افزايش داده و از پيوند عبور كرده و ماية افزايش جريان كلكتور مي شود. نسبت تعداد حفرههاي وارده به كلكتور به تعداد حفره هاي گسيليده عامل انتقال بيس، با نماد β، ناميده مي شود. معمولاً: 995/0=β.
1- جريان كلكتور كمتر از جريان اميتر است زيرا: (الف) بخشي از جريان اميتر شامل الكترونهايي است كه در جريان كلكتور شركت ندارند و (ب) تمام حفره هاي تزريق شده به بيس موفق نمي شوندبه كلكتور برسند. عامل (الف) با نسبت تزريق اميتر و عامل (ب) با ضريب انتقال بيس نموده مي شود؛ بدين سان نسبت جريان كلكتور به جران اميتر برابر است با γβ با نشاندن مقادير معمولي ذكر شده براي γ و β روشن مي شود كه معمولاً، جريان كلكتور تقريباً 99/0 برابر جريان اميتر است.
2- جريان بيس كوچك بوده و سه مؤلفه دارد: (الف) يك جريان الكترون ورودي به بيس براي نشاندن حفره هاي پخش به جاي الكترونهاي از دست رفته از طريق تركيب مجدد، (ب) جريان الكترون حامل بار اكثريتي جاري شده از بيس به اميتر، و (ج) جريان نشتي كلكتور، ICBO. دو مؤلفه اول جريانهايي هستند كه به خارج از بيس جاري شده و روي هم رفته از ICBO كه به داخل بيس جاري مي شود بزرگتر است، از اينرو كل جريان بيس، به خارج از بيس جاري مي شود. كل جريان جاري شده به درون ترانزيستور بايد برابر كل جريان خارج شده از آن باشد و از اينرو جريان اميتر، IE ، برابر است با مجموع جريانهاي كلكتور و بيس، به ترتيب Ic و Ib.
3- اگر جريان اميتر به هر وسيله اي تغيير كند، تعداد حفره هاي ورودي به كلكتور، و در نتيجه جريان كلكتور و نيز به همان ترتيب تغيير مي كند. مقدار ولتاژ كلكتور- بيس، Vcb تأثير نسبتاً ناچيزي بر جريان كلكتور دارد، كه به زودي به اين، نكته خواهيم رسيد. بنابراين، كنترل جريان خروجي (كلكتور) را مي توان از طريق جريان ورودي به اميتر انجام داد و اين جريان نيز به نوبه خود، مي تواند با تغيير ولتاژ پيش ولت اعمال شده به پيوند اميتر- بيس كنترل شود. افزايش ولتاژ پيش ولت (كه در جهت مستقيم است) ارتفاع سد پتانسيل را كاهش داده و جاري شدن جريان اميتر بيشتر را ممكن مي كند؛ برعكس، كاهش ولتاژ پيش ولت جريان اميتر را كاهش مي دهد.
4- نسبت جريان خروجي ترانزيستور به جريان ورودي آن در غياب يك سيگنال a.c. بهره جريان D.C. ترانزيستور ناميده مي شود. در بحث پيشين جريان خروجي جريان كلكتور، Ic ، و جريان ورودي جريان اميتر، Ie، بوده است.
علامت منفي نشانه اين است كه جريانهاي ورودي و خروجي در جهت هاي مخالف جاري مي شوند. بنابر قرارداد، جرياني كه به ترانزيستور وارد مي شود مثبت و جرياني كه از آن خارج مي شود منفي است. از آنجا كه كار ترانزيستور به حركت حفره ها و الكترونها، هر دو، بستگي دارد در واقع بايد اين وسيله را «ترانزيستور دو قطبي» ناميد.
5- ترانزيستور را مي توان به يكي از سه روشي در يك مدار وصل كردكه در هر حالت يك الكترود در ورودي و خروجي مشترك است. از اين رو چنين اتصالي به نام الكترود مشترك توصيف مي شود؛ مثلاً، در اتصال بيس- مشترك، بيس هم در ورودي و هم در خروجي مشترك است، سيگنال ورودي بين اميتر و بيس تغذيه مي شود، و سيگنال خروجي بين كلكتور و بيس ظاهر مي شود. در تمام اتصالات، پيوند بيس- اميتر همواره با پيش ولت موافق و پيوند كلكتور - بيس پيوسته با پيش ولت مخالف است.
اتصال بيس- مشترك
آرايشي اساسي اتصال (يا پيكر بندي) بيس- مشترك ترانزيستور داراي منبع تغذيه متناوب نيروي محركه الكتريكي با (e.m.f.) برابر Es ولت مقدار مؤثر (r.m.s) و مقاومت داخلي Rs اهم است كه به دو سر ورودي آن وصل شده است. منبع تغذيه متناوب با ولتاژ اميتر- بيس، Eeb به طور متوالي اتصال دارد و پيش ولت موافق اعمال شده به پيوند اميتر- بيس را تغييرمي دهد.
در خلال نيم چرخه هاي مثبت e.m.f. منبع تغذيه، پيش ولت موافق اعمال شده به پيوند افزايش مي يابد، سد پتانسيل كاهش يافته و جريان افزايشي اميتر در ترانزيستور جاري مي شود. بر عكس، در خلال نيم چرخه هاي منفي جريان اميتر كاهش مي يابد و به اين ترتيب مايه تغيير جريان كلكتور بر طبق شكل موج منبع متناوب مي شود. باتري پيش ولت كلكتور- بيس، Ecb، مقاومت داخلي ناچيزي دارد و بنابراين ولتاژ كلكتور- بيس با تغيير جريان كلكتور ثابت مي ماند. تا آنجا كه به جريانهاي متناوب مربوط است، مدار كلكتور- را مدار اتصال كوتاه مي گويند.
در يك مدار تقويت كننده بيس - مشترك يك پارامتر مهم بهره جريان مدر اتصال كوتاه ترانزيستور با نماد hfb است. بهره جريان مدار اتصال كوتاه به صورت نسبت تغيير جريان كلكتور به تغيير جريان اميتر توليد كننده ان تعريف مي شود.
بهره جريان مدار اتصال كوتاه به اين جهت تصريح مي شود كه تحليل نشان مي دهد كه بهره جريان تابعي است از مقدار مقاومتي كه در مدار كلكتور قرار مي گيرد. اما، براي مدار بيس- مشترك، اختلاف بين بهره جريان مدار اتصال كوتاه و بهره جريان براي هر مقاومت بار كلكتور ويژه به ازاي تمام مقادير مقاومت به كار رفته در مدارهاي عملي بسيار كوچك بوده و در اين كتاب از آن چشم مي پوشيم.
پيونداميتر - بيس به وسيله باتري Ebe با پيش ولت موافق بوده و پيوند كلكتور - بيس از طريق پتانسيلي برابر (Ebe - Ece) با پيش ولت مخالف است. اما، چون ولتاژ باتري پيش ولت كلكتور - اميتر Eceبسيار بزرگتر از ولتاژ پيش ولت اميتر- بيس Ebeاست، ولتاژ پيش ولت مخالف را مي توان صرفاً برابر Ece ولت گرفت.
وقتي كه ترانزيستوري با اين روش وصل شده باشد، جريان ورودي همان جريان بيس است و ديگر مانند پيش جريان اميتر نخواهد بود. در خلال نيم چرخه هاي منفي ولتاژ سيگنال ورودي Es، پيش ولت موافق پيوند اميتر- بيس افزايش مي يابد، و بدينسان جريان اميتر، Ie، به اندازه Icδ افزايش پيدا مي كند. جريان كلكتور نيز به اندازه= hfbΔieIcδ فزوني مي گيرد.
مشخصه هاي ايستايي ترانزيستور
نمودارهاي جريان- ولتاژ زيادي براي مطالعه طرز كار ترانزيستور در مدار در دسترسند. منحنيهاي حاصل كه منحني هاي مشخه ايستايي نام دارند، اطلاعاتي را درباره مقدار جريان جاري به داخل يا به خارج از الكترود به ازاي هر جريان مشخص جاري به داخل يا به خارج از الكترود ديگر و يا ولتاژ مشخصي بين دو الكترود بدست مي دهند. براي هر مدار مي توان 4 مجموعه منحني مشخصه رسم كرد: (الف) مشخصه ورودي (ب) مشخصه انتقال، (ج) مشخصه خروجي، و (د) مشخصه متقابل. ولي، در اين كتاب مشخصه مدار كلكتور - مشترك مورد بحث قرار نمي گيرد.
مشخصه استايي بيس- مشترك
روش تعيين مشخصه هاي ايستايي ترانزيستور اينست كه ترانزيستور را به يك مدار مناسب ببنديم و سپس جريان ها و يا ولتاژهاي مناسب را در چند مرحله جداگانه تغيير دهيم، و مقادير متناظر ساير جريانها را در هر مرحله يادداشت كنيم.
جريانهاي كلكتور و بيس جاري به خارج از ترانزيستوراند و در اين صورت بنا به تعريف منفي نشان داده مي شوند؛ جريان اميتر جاري به داخل ترانزيستور نشان داده شده و بايد مثبت گرفته شود. اگر قرار باشد مشخصه هاي ترانزيستور n-p-n را اندازه گيري كنيم، بايد قطبيت دو باطري وارونه شود.
مشخصه خروجي بيس - مشترك
مشخصه خروجي نحوه تغيير جريان كلكتور را نسبت به تغيير ولتاژ كلكتور- بيس باثابت نگاه داشتن جريان اميتر نشان مي دهد. جريان اميتر در يك مقدار كم مناسب نگاه داشته مي شود و ولتاژ كلكتور بيس در چندين مرحله مجزا از صفر افزايش مي يابد و در هر مرحله جرياني كه از كلكتور مي گذرد يادداشت مي شود. آنگاه ولتاژ كلكتور- بيس را به صفر برمي گردانند و جريان اميتر را تا مقدار مناسب ديگري افزايش مي دهند و همين روش كار را تكرار مي كنند. در اين روش مي توان به يك خانواده كامل منحني هاي مربوط به جريان كلكتور برحسب ولتاژ كلكتور- بيس دست يافت. مشخصه هاي خروجي ترانزيستور n-p-n شكل مشابهي دارند ولي در انها هم Ic و هم Vce مثبت است.
عكس شيب مخصه خروجي ، مقاومت خروجي ترانزيستور را بدست مي دهد، در صورتي كه دو سر ورودي، در نقطه اي كه اندازه گيري انجام مي شود، به جريان متناوب مدار باز شده باشد. مقاومت خروجي مدار باز از خاصيت هاي ترانزيستور است: وقتي سيگنالي به دو سر خروجي اعمال مي شود مقاومت خروجي به مقاومت منبع سيگنال وابسته است. چون منحني ها در قسمت عمده طولشان خطي هستند، مقاومت خروجي نسبتاً ثابت است، و چون منحني ها تقريباً موازي محور ولتاژ كلكتور، بيس هستند مقاومت خروجي خيلي زياد، و از مرتبه kΩ 100 يا بيشتر است.
مي توان ملاحظه كرد كه وقتي ولتاژ كلكتور- 20 به صفر كاهش داده شده است، هنوز مقداري از جريان كلكتور جاري است. دليل اين امر آن است كه سد پتانسيل دو سر پيوند كلكتور- بيس بايد قبل از اينكه جريان كلكتور متوقف شود، تا صفر كاهش پيدا كند (چرا كه سد پتانسيل) به عبور حاملين بار اقلييتي كمك مي كند). يكي ديگر از جنبه هاي مهم منحني مشخصه، جريان كلكتور است كه به ازاي تمام مقادير منحني ولتاژ كلكتور - بيس وقتي جريان اميتر صفر باشد، جريان پيدا مي كند. اين جريان، جريان حامل بار اقليتي است كه پيوند كلكتور- بيس عبور مي كند ( شبيه به جريان اشباع معكوس در يك ديود پيوندي ) و جريان نشستي كلكتور با نماد ICBOنام دارد.
بهره جريان اتصال كوتاه hfb ترانزيستور را مي توان از مشخصه خروجي براورد كرد زيرا تعيين تغيير جريان كلكتور حاصل از تغيير جريان اميتر، براي يك مقدار ثابت ولتاژ كلكتور - بيس، كار ساده اي است بدين سان، وقتي كه جريان اميتر از 5mA تا 7mA تغيير مي كند، جريان كلكتور از 4/9mA تا 6/8mAتغيير مي يابد و از اينرو hfbبرابر2/9/1 يا 95/0 مي شود. از آنجا كه بهره جريان كمتر از واحد است و مقاومت ظاهري ورودي و خروجي خيلي باهم فرق دارند، اتصال بيس- مشترك براي مدارهاي بسامد شنيداري به ندرت بكار مي رود.
مشخصه ايستايي اميتر- مشترك
براي تعيين مشخصه ايستايي ترانزيستوري كه به شكل اميتر- مشترك بسته شده است، ترانزيستور بايد با اميتر- مشترك در مدار بسته شود؛ تنها تغييراتي كه در مدار لازم است صورت گيرد حذف ميلي آمپرسنج از مدار اميتر و قراردادن يك ميكروآمپرسنج در مدار بيس است.
الف- مشخصه ورودي اميتر- مشترك
مشخصه ورودي چگونگي تغييرات جريان بيس نسبت به تغييرات ولتاژ بيس - اميتر را، در حالي كه ولتاژ كلكتور اميتر ثابت است، نشان مي دهد. روش تعيين مشخصه ورودي اين است كه ولتاژ كلكتور- ايمتر را در يك مقدار مناسب ثبت نگاه دارند و ولتاژ بيس- اميتر را در مرحله اي جداگانه افزايش دهند و در هر مرحله جريان بيس را يادداشت كنند. هيمن روش مجدداً براي مقدار ثابت اما متفاوتي از ولتاژ كلكتور- اميتر Vce تكرار مي شود، چون تغيير اين ولتاژ بر منحني مشخصه ورودي اثر مي گذارد.
ب- مشخصه انتقالي جريان اميتر - مشترك
مشخصه انتقالي چگونگي تغييرات جريان كلكتور نسبت به تغييرات جريان بيس را، در حالي كه ولتاژ كلكتور- اميتر ثابت نگاه داشته شده است، نشان مي دهد. براي اين اندازه گيري ولتاژ كلكتور- اميتر ثابت نگاه داشته شده و جريان بيس در چندين مرحله مجزا افزايش داده مي شود و در هر مرحله جريان كلكتور را يادداشت مي كنند. سرانجام نموداري از تغيير جريان كلكتور بر حسب جريان بيس رسم مي شود. از آنجاكه مشخصه انتقالي از مقدار ولتاژ كلكتور - اميتور مستقل نيست، شيوه كار براي تعدادي از ولتاژهاي مختلف كلكتور- اميتر تكرار مي شود تا خانواده اي از منحني ها به دست آيد.
ج- منحني مشخصه خروجي اميتر- مشترك
منحني مشخصه خروجي، تغييراتي را كه در جريان كلكتور كه بر اثر تغيير ولتاژ كلكتور- اميتر، به ازاي مقدار ثابت جريان بيس، اتفاق مي افتد، نشان مي دهد. جريان بيس روي مقدار مناسبي ميزان مي شود و ولتاژ كلكتور- اميتر در چند مرحله مجزا از صفر افزليش داده مي شود و انگاه جريان كلكتور را در هر مرحله يادداشت مي كنند. سپس ولتاژ كلكتور- اميتر را به صفر بر مي گردانند و جريان بيس به يك مقدار مناسب ديگر افزايش داده مي شود، و آنگاه همين كار مجدداً تكرار مي شود در اين روش مي توان به خانواده اي از منحني ها دست يافت. براي منحني مشخصه متناظر n-p-n بايد قطبيتهاي ICو Ibو Vce به مثبت برگردانده شوند.
وقتی منحنی مشخصه نباشد، شیب آن مطابق با نقطه اندازه گیری تغییر می کند و بنابراین همیشه باید نقطه اندازه گیری ذکر شود. معمولاً جز مواردی که تصریح می شود، شیب خطی ترین بخش منحنی مشخصه اندازه گیری می شود. برای دستیابی به بالاترین میزان دقت نموهای داده شده به هر سوی نقطه انتخابی باید تا حد امکان کوچک گرفته شود هر چند در این فصل برای واضح تر کردن نمودارها این موضوع رعایت نشده است.
می توان منحنی های مشخصه خروجی را نیز برای تعیین بهره جریان اتصال کوتاه، hfe، ترانزیستور بکار گرفت، زیرا برای مقدار ولتاژ کلکتور- امیتر Vce مشخصی، تغییر جریان در کلکتور، Icδ را بر اثر تغییر جریان بیس، Ibδ می توان با تصویر کردن از روی منحنیهای مناسب به دست آورد. بنابراین به ازای Vce=-47 تغییری در جریان بیس از Aμ40-تا Aμ60- ، یک تغییر جریان کلکتور از 12 تا mA9/2 در پی دارد.
جریان نشتی کلکتور، ICBO، یک ترانزیستور بیس- مشترک نسبت به دما بسیار حساس است و تقریباً به ازای هر 12درجه سانیگراد افزایش دما در ترانزیستورهای سیلیسیمی و به ازای هر 8 درجه سانتیگراد افزایش دما در ترانزیستورهای ژرمانیم، دو برابر می شود. و اما، جریان نشتی ترانزیستور سیلیسیم در دمایی مشخص بسیار کمتر از جریان نشتی یک ترانزیستور ژرمانیم معادل آن در همان دماست.
معمولاً، ICBO در C20 برای ترانزیستور ژرمانیم می تواند حدود Aμ10باشو ولی برای تراتزیستور سیلیسیم فقط حدود An50 است.
د- منحنی های مشخصه متقابل امیتر- مشترک
منحنیهای مشخصه متقابل ترانزیستوری که به صورت امیتر - مشترک بسته شده است، تغییرات جریان کلکتور را که در اثر تغییرات ولتاژ بیس- امیتر، با ثابت نگاه داشتن ولتاژ کلکتور- امیتر پیش می آید نشان می دهد. شیب منحنی مشخصه متقابل رسانندگی مقابل ترانزیستور است.
ساخت ترانزیستور
از سال 1948 که ترانزیستور اختراع شد، رو شهای گوناگونی برای ساخت آن تکامل پیدا کرده است و توصیف اکثر آنها خارج از حوصله این کتاب است. از رایج ترین انواع مورد استفاده ترانزیستور دو نوع ترانزیستور پیوند آلیاژی و ترانزیستور تخت سیلیسیم است که فقط ساخت این دو نوع را معرفی خواهیمکرد.
ساخت ترانزیستور پیوند آلیاژی ژرمانیم این روش تعمیم روشی است که بیشتر برای دیود پیوند آلیاژی توصیف کردیم. ساخت ترانزیستور تخت سیلیسیم است.
4 لامپ های گرمایونی
لامپ گرمایونی شامل دو یا چند الکترود است که درون حبابی شیشه ای که بخش اعظم هوای داخل آن خارج شده است، قرار دارند. این لامپ در انواع متعدد و متفاوتی یافت می شود که کاربرد همه آنها متداول است اما در این فصل تنها به انواع ساده تر آن مانند دو قطبی (دیودس)، سه قطبی (تریود)، چهار قطبی (تترود) و پنج قطبی (پنتد) می پردازیم.
در تمام انواع این لامپها یکی از الکترودها کاتود و دیگری آنود است و اصول اساسی کار به این ترتیب است که وقتی کاتود تا دمای مناسبی گرم می شود تعداد زیادی الکترون گسیل می کند. بخشی از این الکترونها را آنود گردآوری می کند و جریان آنود را تشکیل می دهد. الکترونهای گسیلیده، در خلال گذارشان از کاتود به آنود، می توانند از میان یک، دو، یا سه شبکه بسته به نوع لامپ عبور کنند و پتانسیل اعمال شده به این شبکه ها می تواند جریان الکترونها و در نتیجه جریان آنود را کنترل کند.
گسیل گرمایونی
در دمای معمولی الکترونهای فلز می توانند به طور تصادفی در ساختار اتمی فلز در هر سو حرکت کنند، و برخی از الکترونهای نزدیک به سطح فلز در هوای پیرامون پراکنده می شوند. فلزات معمولی در دمای اتاق تعداد زیادی از الکترونهای خود را از دست نمی دهند و برای جلوگیری از ترک دائمی الکترونها از سطح فلز باید نیرویی وجود داشته باشد. به محض اینکه الکترونی فلز را ترک می کند، فلزیک بار منفی (بار الکترونی) از دست می دهد و این عمل معادل است با افزایش یک بار مثبت آن. این بار مثبت نیرویی به الکترون گسیلیده وارد می آورد که الکترون را به سوی فلز برمی گرداند، و برای اینکه الکترون بتواند بگریزد باید دارای مقدار کافی انرژی جنبشی باشد که بر این نیرو غالب آید. الکترونهای بسیار کمی هستند که در دمای معمولی این انرژی کافی را داشته باشند و تعداد الکترونهایی که می توانند از سطح فلز بگریزند بسیار اندک است. به منظور افزایش چشمگیر تعداد الکترونهایی که از فلز می گریزند باید به این الکترونها انرژی اضافی داده شود، و بهترین راه انجام این کار گرم کردن فلز است با افزایش دمای فلز، الکترونهای بیشتری انرژی کافی به دست می آورند که آنها را قادر می سازد به نیروی برگرداننده غلبه کنند و بتوانند از فلز بگریزند.
در اغلب فلزات اگر مشخصات فلز تغییر نکند، گسیل الکترون کافی باید در دمای بالایی صورت گیرد. در عمل امکان انتخاب مواد کاتودی محدود است به تنگستن، تنگستن توریم دار و اندوده نیکلی با آمیزه اکسید باریم و اکسید استرونتیوم که ممکن است مقداری هم اکسید کلسیم به آن افزوده شود. همین که الکترونی از کاتود می گریزد دستخوش نیرویی کند کننده که از جانب الکترونهای منفی باری که قبلاً گریخته اند وارد می آید، واقع می شود. الکترون با این نیرو کند می شود و ممکن است به کاتود برگردانده شود. همچنین این امکان وجود دارد که سرعت این الکترون گسیلیده بر اثر برخورد با مولکولی گازی کند شود ولی برای به حداقل رساندن این اثر کاتود را در یک حباب شیشه ای تخلیه شده قرار می دهند.
بدین سان الکترونها همواره از سطح کاتود گرم گسیلیده می شوند و سپس در معرض نیروهایی واقع می شوند که می خواهند آنها را به کاتود برگردانند. اغلب الکترونهای گسیلیده قبل از برگشتن به کاتود تنها به فاصله کوتاهی از آن دور می شوند؛ این فاصله با سرعت گسیل الکترون متناسب است. بنابراین پیرامون کاتود را ابری از الکترونها فرا گرفته است، که برخی از آنها از کاتود دور می شوند و برخی به سوی آن می آیند. تنها الکترونهایی که برای غلبه بر نیروهای بازدارنده انرژی کافی دارند می توانند از مجاورت کاتود بگریزند. ابر الکترونی اطراف کاتود بار فضایی نامیده می شود. واضح است که بار فضایی منفی است.
اگر الکترود دیگر، یعنی آنود، به فضای تخلیه شده وارد شود و نسبت به کاتود پتانسیل مثبت پیدا کند، آنگاه نیرویی ربایشی به الکترونهای گسیلیده وارد می آورد. بنابراین الکترونهای گسیل شده در معرض نیرویی ترمزی ناشی از میدانهای الکتریکی پدید آمده از کاتود مثبت بار و بار فضایی مثبت بار ، و نیرویی ربایشی ناشی از میدان الکتریکی پدید آمده از آنود، قرار دارند. در نزدیکی آنود میدان الکتریکی شتاب دهنده از میدان الکتریکی کند کننده بزرگ تر است، درحالی که در نزدیکی کاتود میدان الکتریکی کند کننده غالب است. در نقطه ای میان کاتود و آنود این دو میدان الکتریکی مساويند و خنثی می شوند و الکترونی که به این نقطه می رسد نه شتابدار است و نه کند شده. الکترونهای گسیلیده ای که برای رسیدن به این نقطه انرژی کافی دارند، تحت تأثیر میدا آنود قرار می گیرند و به سرعت به سوی آنود شتاب می گیرند و درآنجا در جریان سهیم می شوند.
افزایش پتانسیل مثبت آنود نقطه میدان الکتریکی صفر را به کاتود نزدیک تر می کنند و رسیدن الکترونهای کم انرژی تر را به آنود، ممکن می سازند. بنابراین با افزایش ولتاژ آنود، جریان آنود نیز افزایش می یابد. اگر افزایش ولتاژ آنود به میزانی برسد که موضع میدان الکتریکی صفر در کاتود قرار گیرد، تمامی الکترونهای گسیلیده به آنود می رسند و بار فضایی وجود نخواهد داشت. بنابراین جریان آنود در حداکثر مقدار خود خواهد بود، زیرا الکترونهای گسیلیده دیگری وجود ندارد که آنود آنها را گردآوری کند. افزایش بیشتر ولتاژ آنود، افزایشی متناظر را در جریان آنود درپی نخواهد داشت؛ تنها راه برای افزایش جریان آنود افزایش دمای کاتود و در نتیجه افزایش تعداد الکترونهای گسیلیده است.
مواد کاتود
سه نوع ماده مختلف برای کاتود لامپهای گرمایونی به کار می برند، انتخاب هر یک از این مواد برای لامپی خاص، به ارائه گستره پتانسیل های آنو بستگی دارد که از لامپ انتظار می رود. در مورد لامپهایی که برای ارائه فقط توانهای کوچک تا اتلاف حدود W300 در آنود طراحی شده اند، و نیز برای اعمال ولتاژهایی تا حدود V2000 به آنودهای آنها، از کاتودهای اکسیداندود بهره می گیرند. کاتود اکسیداندود شامل آمیز ای از اکسید باریم و اکسید استرونتیوم است که رویه بدنی نیکلی را اندود می کنند (گاهی هم از موادی مانند تنگستن و مولیبدن روی بدنه کاتود استفاده می شود). وقتی کاتودی از این نوع تا دمای حدود 1000 - 800 گرم شود گسیل کافی الکترون صورت می گیرد.
لامپهای توان متوسط، که حداکثرتوان اتلافی آنها در آنود W1000 است، در آنود خود به اعمال ولتاژی تا V5000 نیاز دارند که استفاده از چنین ولتاژهای بالایی از بمباران کاتود از سوی اتم های یونیده حاصل می شود. شدت این بمباران با مقدار ولتاژ آنود متناسب است و ناشی از فروپاشی سریع کاتود اکسید اندود است. در لامپهای توان متوسط از کاتودهای تنگستن توریوم اندود استفاده می شود. کارایی گسیلش این نوع کاتود کمتر از کارایی گسیلش کاتود اندود است، ولی گسیل الکترون کافی در دمای تقریباً 2000 صورت می گیرد.
لامپهایی که برای ارائه توانهای خیلی زیاد، با اتلاف تا حدود kW100 یا بیشتر، طراحی شده اند باید ولتاژی تا V 000,20 به آنود آنها اعمال شود و شدت بمباران یونی حاصل برکاتود باعث می شود که استفاده ازکاتودهایی سود می برند که از تنگستن خالص ساخته شده باشد. تنگستن خالص گسیلنده ای با کارایی بسیار کم از تنگستن توریم اندود است و باید در دمایی حدود 3000 کار کند.
گرم کردن کاتود
کاتود لامپ گرمایونی از طریق عبور جریان الکتریکی گرم می شود. در لامپ گرم شونده مستقیم جریان گرم کن مستقیماً از کاتود، یا رشته (فیلامان)، می گذرد، اما در لامپ گرم شونده نامستقیم جریان گرم کن از سیمی مقاومت می گذرد که درون یک کاتود استوانه ای توخالی سوار شده است. کاتود گرم شونده مستقیم را می توان از تنگستن، تنگستن توریم اندود یا تنگستن اکسید استرونتیوم اندود ساخت، در حالی که کاتودهای گرم شونده نامستقیم را همیشه از نیکل (یا ماده بدنه مناسب دیگری) که با آمیزه ای از اکسید باریوم و اکسید استرونتیوم اندود شده است، می سازند.
مشخصه ایستایی
مشخصه ایستایی لامپ دوقطبی نمودار جریان آنود بر حسب ولتاژ آنود است و می توان آنرا به کمک آرایش مشخص کرد. سنجه های A1 و Vبه ترتیب مقادیر جریان آنود و ولتاژ آن را می خوانند و سنجه Aمقادیر جریان گرم کن را قرائت می کند. روش اندازه گیری به طور خلاصه چنین است: جریان گرم کن روی مقدایر مناسب نگاه داشته می شود و سپس در چندین مرحله ولتاژ آنود را افزایش می دهند. در هر مرحله جریان عبوری از آنود را یادداشت می کنند و سپس این مقادیر جریان را بر حسب ولتاژ آنود رسم می کنند. همان طور که دیده می شود ابتدا جریان آنود با افزایش ولتاژ آنود به سرعت افزایش می یابد تا اینکه به ولتاژی می رسد که در آن جریان با سرعت کمتری شروع به افزایش می کند. به این ولتاژ ولتاژ زانویا ولتاژ اشباع می گویند. و در این ولتاژ جریان را جریان اشباع می نامند.
برفراز نقطه اشباع، تغییرات زیاد ولتاژ آنود تنها تغییرات کمی در جریان آنود در پی دارد زیرا آنود قبلاً تقریباً تمامی الکترونهای گسیلیده را گردآوری کرده است. هرچند در شکل نموده نشده است، اما یک جریان آنود بسیار کوچک، چند میکروآمپر ، به ازای ولتاژ صفر و ولتاژهای کم منفی آنود عبور می کند؛ این جریان نشان می دهد که تعداد کمی الکترون با انرژی کافی و بدون کمک میدان شتاب دهنده آنود گسیلیده می شوند و به آن می رسند. اکنون اگر جریان آنود تغییر یابد و همان نحوه اندازه گیری تکرار شود، مشخصه مشابهی به دست می آید ، که تنها فرق آن این است که نقطه اشباع به ازای مقدار ولتاژ دیگری از آنود اتافاق می افتد.
وقت جریان آنود کمتر از مقدار اشباع باشد آن را محدوده بار فضایی گویند زیرا با افزایش ولتاژ آنود و بنابراین کاهش بار فضایی، همیشه می تواند افزایش یابد. درآن سوی نقطه اشباع جریان را محدوده دما می گویند زیرا تنها می تواند با افزایش دمای کاتود افزایش یابد.
لامپ سه قطبی
لامپ سه قطبی الکترود سومی شبکه کنترل، هم دارد که بین کاتود و آنود نزدیک به نقطه با حداقل میدان الکترکی جا داده شده است. شبکه کنترل، از یک توری طریف تشکیل می شود، و معمولاً از طریق بستن یک باتری بین شبکه و کاتود آن را نسبت به کاتود در یک پتانسیل منفی نگاه می دارند. پتانسیل شبکه، میدان الکتریکی آنود را کاهش می دهد و این امر موجب کاهش تعداد الکترونهایی می شود که می توانند به آنود برسند.
اگر شبکه نسبت به کاتود منفی تر شود، میدان الکتریکی آنود بیشتر کاهش می یابد و حتی الکترونهای معدودتری انرژی کافی بدست می آورند تا به آنود برسند. برعکس، اگر شبکه کمتر منفی شود، میدان الکتریکی آنود افزایش می یابد و الکترونهای بیشتری می توانند به آنود برسند. پتانسیل شبکه می تواند تعداد الکترونهایی که به آنود می رسند و بنابراین جریان آنود را به همان طریقی که پتانسیل آنود کنترل عمل می کرد، کنترل کند. چون شبکه خیل نزدیک تر به کاتود قرار گرفته تا آنود کنترل اعمال شده بر هر ولت تغییر پتانسیل از سوی شبکه بسیار بیشتر از کنترل اعمال شده از جانب آنود است. افزایش مداوم پتانسیل منفی روی شبکه کنترل جریان آنود سه قطبی را به طور فزاینده ای کاهش می دهد تا اینکه نقطه ای خواهد شبکه کنترل جریان آنود سه قطبی را به طور لفزاینده ای کاهش می دهد تا اینکه نقطه ای خواهد رسید که جریان آنود از جاری شدن باز می ایستد. ولتاژ شبکه- کاتود که دقیقاً باعث قطع جریان آنود می شود، ولتاژ قطع لامپ نامیده می شود.
در اغلب مدارها، به شبکه لامپ سه قطبی اجازه داده نمی شود نسبت به کاتود مثبت شود زیرا این عمل باعث جاری شدن جریان شبکه می شود، که همین بر عملکرد مدار اثر زیان بخشی خواهد گذاشت. برای پیشگیری از این امر، معمولاً چند ولتی بیشتر از مقدار حداکثر سیگنالهایی که باید به شبکه اعمال شوند، به شبکه پیش ولت منفی داده می شود. پیش ولت شبکه در فل بعد مورد بحث قرار خواهد گرفت.
ساختمان لامپ سه قطبی معمولی گرم شونده نامستقیم است. کل مجموعه درون حباب شیشه ای تخلیه شده ای جا داده شده است و اتصالها به سنجاقهایی در یک پایه عایق پیوند داده می شوند. ساختار سه قطبی گرم شونده مستقیم فقط در استفاده از کاتود نوع نموده شده. گاهی اتصال شبکه یا آنود را می توان به جای پایه لامپ، به یک سنجاق در نوک حباب وصل کرد و می توان آنود را با پره های سرد کننده مجهز کرد.
پارامترها و مشخصه های ایستایی سه قطبی
مشخصه های ایستایی لامپ سه قطبی را می توان با روشی تجربی، مشابه ترانزیستورها، تعیین کرد. منحنی های حاصل را می توان برای طراحی مدارها یا دادن اطلاعات درباره لامپ به کار برد. معمولاً دو خانواده مشخصه ایستایی کشیده می شود:
الف) منحنی های مشخصه آنود که نحوه تغییر جریان آنود بر اثر تغییر ولتاژ آنود به ازای مقادیر ثابت ولتاژ شبکه را نشان می دهند.
ب) منحنی های مشخصه متقابل که چگونگی تغیرات جریان آنود نسبت به تغییر ولتاژ شبکه به ازای مقادیر ثابت ولتاژ آنود را نشان می دهند.
سومین مجموعه منحنی های مشخصه یعنی منحنی های مشخصه تبدیل ولتاژ را نیز می توان رسم کرد، اما از آنجا که کاربرد عملی آنها نادرست است توضیح بیشتری درباره آنها نمی آوریم. لامپ سه قطبی سه پارامتر مفید a.c. دارد و مقادیر آنها را می توان از مشخصه های آنود یا مشخصه های متقابل تعیین کرد. این پارامترها عبارتند از:
الف. ra ، مقاومت a.c. ی آنود
ب. gm ، رسانندگی متقابل
ج. μ ضریب تقویت
لامپ پرتوکاتودی
لامپ پرتو کاتودی (c.r.t.) وسیله ای گرمایونی است که می تواند مقادیر لحظه ای سیگنالهای الکتریکی را نمایان سازد. باریکه ای از الکترونهای سریع متوجه پرده ای می شود که از ماده ای فلوئورسان اندوده شده و بنابراین نقطه نورانی دیدنیی را نشان می دهد. از طریق منحرف کردن باریکه الکترونی، این نقطه مرئی می تواند در حدود پرده حرکت کند و یک شکل موج الکتریکی ترسیم کند. لامپ پرتوکادی در مهندسی الکترونیک و مخابرات کاربرد فراوانی دارد؛ بدیهی ترین نمونه کاربرد آن در گیرنده تلویزیونی در منزل است و مثال دیگر مهم آن در این کتاب نوسان نمای (اسیلوسکوب) پرتو کاتودی (c.r.o)، یک اسباب اندازه گیری الکتریکی است.
5 لامپ پرتو کاتودی
اساساً لامپ پرتو کاتودی از یک منبع باریکه الکترون بسیار سریع، یک وسیله کانونی کننده باریکه الکترونی و وسیله انحراف این باریکه در محدوده رویه پرده فلئورسان، تشکیل می شود. از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی می توان برای کانونی کردن و انحراف این باریکه بهره گرفت و هر یک مزیتها و معایبی دارند که به انتخاب مناسب آنها برای لامپهای طراحی شده در کاربردهای گوناگون منجر می شوند.
کانونی کردن الکتریکی و انحراف الکتریکی
ساختمان اساسی یک لامپ پرتوکاتودی که برای کانونی کردن و انحراف باریکه الکترونی از میدانهای الکتریکی سود می برد. این لامپ مشکل از یک حباب شیشه ای تخلیه شده است که در داخل آن یک تفنگ الکترونی، دو زوج الکترودهای منحرف کننده و یک پرده که جدار داخلی آن با ماده ای فلوئورسان اندوده شده است، قرار دارند. اجزای تفنگ الکترونی عبارتند از ماتود گرم شونده نامستقیم یک مدولاتور یا شبکه استوانه ای که پیرامون کاتود را فرا یم گیرد و سه (گاهی هم دو) آنود. شبکه در پتانسیلی منفی نگاه داشته می شود و هر آنود، نسبت به کاتود در حالت پتانسیل مثبت قرار دارد. الکترونهای گسیلیده از کاتود در معرض یک نیروی رانشی قرار دارند که از جانب شبکه منفی وارد می آید و یک نیروی ربایشی اعمال شده از سوی آنود، قرار دارند.
پتانسیل های مثبت اعمال شده به آنودها از پتانسیل های منفی اعمال شده بر شبکه بسیار بیشترند (معمولاً V1000+ در مقابل V20- ولی چون شبکه نسبت به آنودها به کاتود خیلی نزدیک تر است، برای کنترل تعداد الکترونهایی که از یک حفره کوچک در شبکه عبور می کنند، تأثیر آن بسیار زیاد است. این الکترونها باریکه الکترونی را تشکیل می دهند. الکترونهایی که شبکه را ترک می کنند از طریق پتانسیل های مثبت آنود شتاب می گیرند و به سرعت زیادی می رسند و در راستای لامپ حرکت می کنند تا اینکه به پرده برخورد کنند. وقتی که الکترونها به پرده پرخورد می کنند ماده فلوئورسانی که پرده را اندوده است به طور قابل رؤیت تابان می شود می شود و آنگاه می توان نقطه ای نورانی را بر رویه پرده دید. روشنایی این نقطه نورانی به تعداد الکترونهایی که به پرده می رسند و سرعت آنها بستگی دارد و این عوامل تحت کنترل پتانسیل شبکه هستند. بنابراین اگر پتانسیل شبکه از طریق تقسیم کننده پتانسیلی متصل به دو سر یک منبع ولتاژ مناسب تأمین شود می توان یک کنترل درخشندگی فراهم آورد.
از آنجا كه هر يك از الكترونهاي گسيليده يك بار منفي حمل مي كند، يك اثر رانشي دوجانبه روي يكديگر دارند، كه باعث مي شود باريكه همچنان كه مسير خود را مي پيمايد و اگرا شود. چنين باريكه اي يك سطح كم نور و تاربر رويه پرده ايجاد مي كند. اگر قرار باشد شكل موجهاي الكتريكي مشاهده شوند، بايد يك نقطه نوراني كوچك و به شدت كانوني شده روي پرده ديده شود و بنابراين وسيله اي براي كانوني كردن باريكه الكتروني ضرورت پيدا مي كند. ميدان الكتريكي كه بين شبكه و نخستين آنود برقرار مي شوند نيروهايي بر الكترونها وارد مي آورد كه آنها را در نقطه اي درست در جلو آنود متمركز مي كند. اين باريكه در آنجا واگرا مي شود و به وسيله ميدانهاي الكتريكي كه در ناحيه اي بين اين سه آنود بر قرار است، به يك كانون دوم در انتهاي لامت آورده مي شود. مي توان نقطه كانوني را چنان تشكيل داد كه با وضعيت پرده انطباق يابد، اين عمل از طريق تنظيم مناسب پتانسيل اعمال شده بر آنود مياني به وسيله كنترل كانون انجام مي شود.
گاهي اختلاف پتانسيلهاي لازم بين كاتود و آنودها از طريق نگاه داشتن كاتود در يك پتانسيل منفي بالا و نكاه داشتن پتانسيل آنودها در صفر يا يك پتانسيل مثبت كوچك، به دست مي آيد.
بين سيستم كانوني كننده و پرده دو زوج صفحه منحرف كننده باريكه قرار گرفته است. صفحات x به طور قائم سوار شده اند و يك ميدان الكتريكي افقي تهيه مي كنند تا باريكه الكتروني را در صفحه افقي منحرف كنند. صفحات نصب شده افقي انحراف را در صفحه قائم تأمين مي كنند.
وقتي ولتاژي به دو سر صفحه هاي x اعمال مي شود، باريكه در صفحه افقي به سوي صفحه اي كه در پتانسيل مثبت نگاه داشته شده است، منحرف مي شود. مسافتي كه باريكه مي پيمايد با مقدار ولتاژ صفحه متناسب است. حساسيت انحراف ولتاژي است كه بايد به دو سر اين صفحات اعمال شود تا 1 سانتيمتر انحراف را باري نقطه مرئي روي پرده ايجاد كند. به همين ترتيب، اگر ولتاژي به دو سر صفحات Y داده شود اين نقطه به طور قائم به طور قائم منحرف مي شود. اگر ولتاژها به طور همزمان به صفحات X و Y اعمال شوند. بنابراين، در راستاي برآيند آنها منحرف مي شود. ازاين رو، اگر دامنه اين دو ولتاژ و حساسيت انحراف صفحات Xو Y و مساوي باشند، آن نقطه با زاويه ْ45 منحرف مي شود. حساسيت انحراف با پتانسيل شتاب دهنده بر سومين آنود نسبت عكس دارد، ولي از آنجا كه روشنايي نقطه مرئي به سرعت برخورد الكترونها با پرده بستگي دارد، ولتاژ آنود نمي تواند در تلاش براي افزايش حساسيت انحراف كاهش زيادي پيدا كند. برخي لامپهاي پرتو كاتودي با افزودن يك آنود ديگر بين صفحات انحراف دهنده و پرده براي تأمين شتاب پس از انحراف بر اين مشكل فائق مي آيند. آنود اضافي شامل يك اندوده گرافيتي بر جداره داخلي لامپ است در پتانسيلي مشابه پتانسل آنود سوم نگاه داشته مي شود.
برخورد الكترونهاي سريع بر پرده باعث مي شود كه پرده با نور مرئي تابان شود، و رنگ نمايه به ماده فلوئورسان بكار رفته براي پوشش پرده بستگي دارد. معمولاً سبز را بهترين رنگ براي لامپ در نوسان نما مي دانند و براي دستيابي به آن از ارتو سيليكات روي استفاده مي شود. الكترونهاي فرودي براي آنكه سبب شوند پرده الكترونهاي ثانويه گسيل كند، به اندازه كافي انرژي جنبشي دارد. (ر.ك.ص 95). اين الكترونها بايد گردآوردي شوند.
كاتود برگردند، در غير اينصورت، تعداد الكترونهاي حاضر روي پرده دائماً افزايش مي يابند و در نتيجه باعث مي شوند پرده بار منفي پيدا كند. معمولاً الكترونهاي ثانويه از طريق يك اندوده گرافيتي روي جدا داخلي گردنه لامپ كه به طور غير مستقيم به كاتود وصل شده است، گردآوري مي شوند.
لامپ پرتو كاتودي نسبت به تمركز الكتريكي و انحراف الكتريكي حساس است و مي تواند بسامدهاي بالاكار كند اما حداكثر زاويه انحراف بزرگ نيست. به علت وجود اين عوامل اين نوع لامپ در نوسان نماهاي پرتو كاتودي به كار مي رود كه در آن حساسيت و حداكثر بسامد بالا نسبت به زاويه انحراف ممكن از اهميت بيشتري برخوردارند. بنابراين، پرده لامپ نوسان نما هميشه نسبتاً كوچك، معمولاً 5//17 سانتيمتر، است. برعكس، در گيرنده تلويزيوني اندازه پرده هميشه بزرگتر، معمولاً 22 اينچ، 26اينچ، و چنين اندازه هايي زاويه انحراف بزرگ ضرورت پيدا مي كند. بنابراين لامپهاي مورد استفاده درگيرنده هاي تلويزيوني از انحراف الكتريكي باريكه الكتروني بهره نمي گيرند.
كانوني كننده مغناطيسي و انحراف مغناطيسي
جزئيات ساختماني اساسي لامپ پرتو كاتودي كه هم از كانوني كننده مغناطيسي و هم از انحراف مغناطيسي باريكه الكتروني استفاده مي كند در شكل زير نموده شده است. الكترونها از كاتود گرم گسيل مي شوند و از ميان سوراخ شبكه استوانه اي عبور مي كنند تا با پتانسيل هاي مثبت آنودها با سرعت زيادي شتاب پيدا كنند.
ميدان الكتريكي برقرار شده بين شبكه و آنود اول، باريكه الكتروني را كه در نقطه اي در نزديكي آنود كانوني مي كند، كه بعد از اين؛ واگرا شدن باريكه اغاز مي شود. آهنرباهاي دائمي كه در پيرامون جدار خارجي لامپ نسبت شده اند، يك ميدان مغناطيسي ايجاد مي كنند كه باريكه الكتروني واگرا از ميان آن عبور مي كند.
نيروهاي مغناطيسي بر باريكه وارد مي آيند و برآن اثر مي گذارند و آن را بر پرده متمركز مي كنند. تنظيم ريز نقطه كانوني از طريق حركت دادن موضوع فيزيكي آهن ربا ها و در نتيجه تغيير ميدان مغناطيسي برقرار شده و در داخل لامپ امكان پذير است. وقتي كه آهن رباها به همديگر نزديكتر شوند ميدان مغناطيسي كه توليد مي كنند افزايش مي يابد و سپس باريكه در نقطه اي نزديك تر به آهن رباها متمركز مي شود. به همين ترتيب افزايش فضاي بين آهن رباها نقطه بين كانوني باريكه را نسبت به موضوع آهن رباها به نقطه اي دورتري منتقل مي كند. آنگاه باريكه الكتروني از ميان ميدان مغناطيسي برقرار شده به وسيله دو زوج پيچك منحرف كننده كه روي يك قالب عايق پيچيده شده و در گردنه لامپ نصب شده اند، عبور مي كند.
لامپهاي تلويزيون رنگي
رايجترين نوع لامپ تلويزيون رنگي لامپ با محافظ سايه دار نام دارد. اين لامپ سه تفنگ الكتروني جداگانه دارد، كه هر كدام يك باريكه الكتروني را متوجه پرده مي كند. پرده با سه نوع ماده مختلف فلوئورسان اندوده شده است، كه در هنگام بخورد با الكترونهاي سريع، يكي از آنها با نور آبي، يكي با نور قرمز، و سومي با نور سبز مي درخشند. پرده به تعداد زيادي سطوح كوچك تقسيم شده است كه هر سطح شامل يك ماده فلوئورسان است.
باريكه الكتروني ناشي از يك تفنگ خاص بايد فقط قادر باشد به عناصر يك رنگ از پرده برخورد كند. براي دستيابي به اين هدف، يك ورقه پولادي مشبك، به نام حفاظ سايه دار، بين تنفنگهاي الكتروني و پرده ها نصب مي شود، و محل آن را با دقت تعيين مي كنند. وقتي باريكه هاي الكتروني پرده را خردكاوي مي كنند نور سه رنگ مختلف گسيليده مي شود و چشم رنگي را كه متناظر با تركيب آنهاست مي بينند.
مبناهاي زماني
شكل موجهاي ولتاژ متناوب توابعي از زمان هستند و براي نمايش درست چنين شكل موجي روي لامپ پرتو كاتودي نوسان نما، نقطه مرئي بايد با سرعت ثابتي بر رويه پرده حركت كند. وقتي كه نقطه به سمت راست پرده مي رسد، بايد سرعت به چپ برگردانده شود، تا دوباره پيمودن يك مسير ديگر را در عرض پرده آغاز كند. براي برآوردن اين نياز، بايد ولتاژي را كه نسبت به زمان به طور خطي يا يك مقدار حداكثر بالا مي رود و سپس به سرعت به صفر سقوط مي كند به دو سر صفحات X اعمال شود. چنين شكل موج ولتاژي را دندانه اره اي مي نامند. به وسيله يك مدار مبناي زماني توليد مي شود. مطلوب اين است كه برگشتي سريع باريكه الكتروني اثر مرئيي بر پرده ايجاد نكند؛ اين كار از طريق اعمال تپهاي حذف كننده به شبكه لامپ در خلال دوره برگشتي، انجام مي شود. اين تب هاي منفي لامپ را به بعد از نقطه قطع پيش ولت مي كند و بنابراين هيچ الكتروني از كاتود گسيل نمي شود.
اگر ولتاژ متناوبي به دو سر صفحات Yاعمال شود، باعث مي شود كه باريكه الكتروني به طور همزمان در صفحه قائم منحرف شود و اگر زمان تناوب مبناي زماني و ولتاژهاي سيگنال مساوي باشند، يا يكي مضرب كوچك صحيحي از ديگري باشد، نقطه مرئي شكل موج صحيحي را روي پرده رسم مي كند.
موضوع نقطه مرئي روي پرده به وسيله برآيند نيروي منحرف كننده وارد بر تاريكه الكتروني تعيين مي شود. بنابراين، در لحظه زماني 1 هر دو ولتاژ صفر اند و نقطه منحرف نمي شود. در لحظه 2 ولتاژ در حداكثر مقدار مثبت خود است و ولتاژ مبناي زماني به طور خطي افزايش يافته و در يك چهارم مقدار نهايي خود واقع است؛ موضوع لحظه اي نقطه از طريق تصوير كردن هر دو شكل موج، كه با خط چين نشان داده شده است، و مشخص كردن نقطه تقاطع آنها، به دست مي آيد. به روش مشابهي، موضوع نقطه را در لحظه هاي 3، 4 و 5 مي توان تعيين كرد. در لحظه 5، ولتاژ مبناي زماني به مقدار حداكثر خود مي رسد و آنگاه به طور ناگهاني به صفر بر مي گردد تا صعود بعدي را شروع كند. از آنجا كه پس فروزش ماده فلوئورسان كوتاه است، در هر لحظه عملاً فقط سطح كوچكي از پرده مي درخشد ولي، بعلت باقي ماندن اثر دي در چشم انسان، يك اثر مداوم به نظر مي رسد.
موضوع شكل موج نمايش يافته روي پرده مي تواند از طريق برهم نهادن يك ولتاژ پيش ولت a.c. بر سيگنال و/ يا ولتاژ مبناي زماني هم در صفحه افقي و هم در صفحه قائم تنظيم شود. ولتاژهاي پيش ولت را مي توان به وسيله مقاومت هاي متغير به ترتيب به نام فرمانهاي انتقال XوY تنظيم كرد.
6 تقويت كننده هاي سيگنال كم دامنه
لامپهاي گرمايوني ( غير از ديودها) و ترانزيستورها مي توانند سيگنال هاي جريان متناوب را تقويت كنند زيرا جريان خروجي آنها مي تواند با يك سيگنال اعمال شده و بر سر وروديشان كنترل شود. تغييري در سيگنال ورودي تغييري در جريان خروجي را در پي دارد، و اگر به ولتاژ يا توانايي خروجي نياز باشد بايد جريان خروجي از يك بار مقاومتي در مدار خروجي عبور كند.
مقاومت ظاهري لامپ گرمايوني خيلي بالا بوده و وسيله اي است كه با ولتاژ كار مي كند، يعني تقويت كننده اي لامپي است كه فقط مي تواند بهره ولتاژ را تأمين كند. بهره ولتاژ به صورت نسبت تغيير ولتاژ خروجي به تغيير ولتاژ ورودي موجد آن، تعريف مي شود. از سوي ديگر، مقاومت ظاهري ورودي ترانزيستور نسبتاً كم است و براي اينكه كار كند به يك جريان ورودي نيازمند است؛ بنابراين، يك تقويت كننده ترانزيستوري، مي تواند بهره ولتاژ، جريان يا توان ارائه دهد.
انتخاب نقطه كار
مشخصه متقابل ديناميكي لامپ با يك بار آنود مقاومتي نشان مي دهد كه چگونه جريان خروجي آن بر اثر تغيير ولتاژ ورودي به ازاي مقادير ويژه مقاومت بار و ولتاژ تغذيه، تغيير جريان گردآور ترانزيستوربر اثر تغيير جريان پايه به ازاي مقادير ويژه مقاومت بار گردآور و ولتاژ تغذيه گردآور تغيير مي كند.
مي توان از يك مشخصه ديناميكي به طور نموداري، براي تعيين موج جريان خروجي براي يك شكل موج سيگنال ورودي ويژه استفاده كرد. به طور ايده آل اين دو موج بايد يكسان باشند، ولي اين موضوع نيازمند آن است كه مشخصه ديناميكي مطلقاً خطي باشد. در عمل، هميشه مقداري ناخطي بودن وجود دارد و براي كمترين واپيچش سيگنال، بايد دقت كرد كه كار به خطي ترين بخش منحني محدود شود. براي اين كار، بايد يك نقطه كار مناسب، يا نقطه آرامش، انتخاب شود و دامنه علامت ورودي بايد محدود باشد. نقطه كار انتخاب شده از طريق بكارگيري يك پيش ولت يا پيش جريان يكنواخت تثبيت مي شود. براي دستيابي به سيگنال حداكثر، نقطه كار معمولاً در مركز بخش خطي منحني مشخصه ديناميكي قرار داده مي شود. آنگاه سيگنال متناوب مركزي واقع بر اين نقطه كارنوسانات مساوي جريان خروجي در بالا و پايين مقدار آرامش توليد مي كند. اگر به حداكثر نوسانات ولتاژ و يا جريان خروجي بدون واپيچش نيازي نباشد، نقطه كار را مي توان چنان انتخاب كرد كه يك جريان گردآور ضعيف d.c. را به دست دهد تا مصرف تغذيه توان را (به ويژه اگر از باتري استفاده مي شود) به حداقل برساند يا به منظور رسيدن به مقدار ويژه جريان گردآور، كه در آن بهره جريان hfeترانزيستور حداكثر باشد.
جريان خروجي را مي توان به راحتي جريان مستقيم دانست كه با يك جريان متناوب بر هم نهاده شده است. جريان مستقيم با جرياني برابر است كه وقتي سيگنال ورودي صفر باشد، جاري مي شود يعني جريان آرامش و مقدار نوك به نوك جريان متناوب -IminImax است. واضح است كه جريان خروجي هميشه در خلال يك چرخه موج سيگنال ورودي جاري است. وسيله فعال را وسيله اي گويند كه در شرايط رده A كار كند. مقدار نوك شكل موج سيگنال بايد هميشه كمتر از پيش ولت يا پيش جريان باشد، در غير اينصورت موج خروجي واپيچيده خواهد بود.
عملكرد رده B و رده C
عملكرد رده A در يك تقويت كننده واپيچش سيگنال پاييني را ارائه مي دهد. حداكثر كارايي نظري كه مي توان d.c.آن را از منبع تغذيه توان مي گيرد، به توان خروجي سيگنال a.c. تبديل مي شود كه فقط 50% است، كارايي هاي عملي خصوصاً در حالت تقويت كننده هاي گرمايوني از اين مقدار كمترند. براي كسب كارايي بيشتر از اين تقويت كننده مي تواند در شرايط رده B يا رده C كار كند.
نقطه كار با عمل رده B كه به ترانزيستور مربوط مي شود، در وضعيت قطع قرار مي گيرد. جريان خروجي تنها در نيم چرخه هاي متناوب شكل موج سيگنال جاري مي شود. واضح است كه شكل موج جريان خروجي به ميزان زيادي واپيچيده است؛ بنابراين پيش ولت رده B فقط مي تواند در مدارهايي بكار رود كه قادرند نيم چرخه هاي حذف شده موج سيگنال را ذخيره كنند. چنين مدارهايي تقويت كننده هاي پوش - پول و تقويت كننده هاي بسامد راديويي - كوك نام دارند. بازده نظري عمل رده B حداكثر 5/78/0 است.
با پيش ولت رده B حتي به بازده بيشتري مي توان دست يافت. با پيش ولت رده C نقطه كار درست بعد از نقطه قطع قرار دارد. جريان خروجي به صورت يك رشته تپهاي باريك با دوامي كمتر از نصف زمان تناوب شكل موج سيگنال ورودي، جاري مي شود. پيش ولت رده C در تقويت كننده هاي توان بسامد راديويي و در بعضي مدارهاي نوسان ساز بكار مي رود نه پيش ولت B و نه رده C نمي توانند در پيوند با تقويت كننده بسامد شنيداري با مقاومت بار مورد استفاده قرار گيرند، زيرا در اين صورت اعوجاج (واپيچش) زيادي حاصل خواهد شد.
پيش ولت لامپ براي اطمينان از عمل لامپ در قسمت خطي منحني مشخصه ديناميكي لامپ لازم است كه يك پيش ولت منفي به شبكه لامپ اعمال شود، اين عمل براي اطمينان حاصل كردن از اين نكته هم هست كه شبكه رد خلال نيم چرخه هاي مثبت سيگنال ورودي مثبت نخواهد شد شرط دوم ضرورت جلوگيري از عبور جريان شبكه است زيرا اين جريان اعوجاج بيشتري در سيگنال به وجود خواهد آورد.
روش رايج تأمين يك پيش ولت شبكه اتصال يك باتري به مدار شبكه- كاتود است. در اينجا Vgbنيروي محركه الكتريكي پيش ولت باتري و Rg مقاومتي است كه يك مسير جريان مستقيم براي پيش ولت براي اعمال به شبكه را فراهم مي آورد. مقاومت Rg بزرگ، در حدود 5/0 الي يك مگا اهم اختيار مي شود، بطوريكه مسير سيگنال را موازي نكند. هيچ جريان مستقيمي در Rg جاري نمي شود و انرژي بر مقدار پيش ولت شبكه ندارد. روش رايج ديگر براي دستيابي به پيش ولت شبكه اتصال يك مقاومت در مدار كاتود است.
جريان كاتود Ik لامپ در مقاومت كاتود Rk جاري مي شود و يك ولتاژ، Ik Rkولت، پديد مي آيد كه قطبيت آن مطابق شكل است. با فرض صفر بودن جريان شبكه، لامپ نسبت به كاتود از طريق ولتاژي كه در دور سر Rk به وجود مي آيد، منفي است. مقدار Rk را چنان انتخاب مي كنند كه ولتاژ مطلوب پيش ولت شبكه را بدهد.
7 مولدهاي شكل موج
شكل موجها
مولد موج مداري الكترونيكي است كه براي توليد يك نيروي محركه الكتريكي متناوب با بسامد و شكل موج معلوم طراحي شده باشد. انواع مختلف شكل موج ها را مي توان به وسيله اين مدارها توليد كرد، كه برخي از آنها كاربرد گسترده اي دارند و كاربرد ساير انواع ان محدودترند . متداول ترين نوع كاربرد آنها در عمل عبارتند از شكل موج هاي سينوسي، مستطيلي، و دندانه اره اي. شكل موج هاي سينوسي به وسيله مولد هاي موج به نام نوسان گر پديد مي آيند در صورتي كه شكل موج هاي مستطيلي و دندانه اره اي را مي توان به وسيله ارتعاشگرهاي ناپايدار يا با ارتعاشگرهاي سد كننده توليد كرد.
نوسانگرها چنان طراحي شده اند كه موجي را كه دامنه و بسامد آن نسبت به زمان به طور محسوسي ثابت باشد توليد كنند؛ برخي از مدارها براي توليد سيگنال خروجي با دامنه و يا بسامد ثابت ساخته شده اند، در صورتي كه ساير مدارها داراي دامنه خروجي و يا بسامدي هستند كه پيوسته تغيير مي كنند.
شكل موجهاي سينوسي براي مقاصد بسيار گوناگوني در مدارهاي الكتريكي - مخابراتي بكار مي روند. بسياري از روشهاي اندازه گيري بر اساس استفاده از سيگنال سينوسي با منحني هاي مشخصه معلوم، استوارند. مثلاً، بهره يك تقويت كننده را مي توان با استفاده از آرايش نمايش يافته اندازه گيري كرد. دامنه و بسامد خروجي نوسانگر در مقادير مناسب تنظيم مي شوند و ولتاژ، Vout ظاهر شده در دو سر مقاومت بار اندازه گيري مي شود.
نوسانگرهاي L-C
نوسانگر سينوسي (لامپي يا ترانزيستوري) را مي توان يك تقويت كننده دانست كه سيگنال ورودي خود را تأمين مي كند، اين سيگنال ورودي از سيگنال خروجي گرفته مي شود. (شكل زير) دليل ممكن بودن اين كار آن است كه تراز سيگنال مورد نياز در دو سر ورودي يك تقويت كننده به طور چشمگيري از تراز سيگنال خروجي تقويت شده كمتر است. ترانزيستور يا لامپ به صورت مبدل انرژي الكتريكي عمل مي كند، درحالي كه توان d.c. را از منبع تغذيه آنود مي گيرد و بخشي از آن را به صورت توان a.c. در سيگنال خروجي تبديل مي كند. در مدارهاي لامپي كه مي خواهيم توصيف كنيم، هم مي توان از سه قطبي ها و هم از پنج قطبي ها استفاده كرد ولي فقط مدارهاي سه قطبي نموده خواهند شد.
نوسانگرها بعنوان منبع نيروي محركه الكتريكي متناوب در تجهيزات ارتباطات خطي، راديويي، و الكترونيكي كاربردهاي فراواني دارند و معمولاً فراواني دارند و معمولاً لازم است كه از نظر بسامد بسيار پايدار باشند. با نوسانگرهاي ساده اي كه توصيف مي شوند نمي توان به پايداري بسامدي از مرتبه بالاتر دست يافت، و نوسانگرهاي ساده اي كه توصيف مي شوند نمي توان به پايه بسامدي از مرتبه بالاتر دست يافت، و نوسانگرهاي بسيار پايدار ديگري را در عمل بكار مي برند. از ساير مشخصات مهم آنها خلوص شكل موج خروجي، و ثبات تراز خروجي بر اساس تغييرات بسامد و يا در ولتاژ تغذيه توان است.
مدار نوساني
اگر خازني، C فورادي، از يك منبع تغذيه d.c. پر شود، در دو سر آن اختلاف پتانسيلي pولتي برقرار مي شود و در دي الكتريك آن مقداري انرژي الكتريكي 2CVژول، ذخيره مي شود. اين خازن باردار را چنان در نظر بگيريد كه مطابق شكل زير، به دو سر يك القاگر بسته شده است. مدار كاملي به وجود مي آيد و بدين سان خازن از طريق القاگر تخليه و يك جريان ناجاري مي شود.
وقتي كه ميدان مغناطيسي كاملاً فروافت كرد، جريان به صفر سقوط كرده و خازن مجدداً تا ولتاژي كه تا اندازه گيري كمتر از قبل است، مثلاً (Vδ- V)، كه در آن Vδ يك تغيير ولتاژ جزئي است، كاملاً پر مي شود. تقريباً تمامي انرژي مغناطيسي به شكل انرژي الكتريكي ذخيره شده در دي الكتريك خازن تبديل شده است، و دوباره مقداري اترژي به شكل r2i در مقاومت مدار تلف شده است. اكنون خازن مجدداً شروع به خالي شدن از طريق القا گر مي كند.
ولي اين بار جريان جاري شده در جهت عكس حالت قبل است. مجدداً ميدان مغناطيسي در اطراف القاگر ايجاد مي شود كه با افزايش شدت جريان خالي شدن، افزايش مي يابد. وقتي خازن كاملاً خالي شد، جريان شروع به افت مي كند و ميدان مغناطيسي در حال فرو افت يك نيروي محركه الكتريكي در سيم پيچ هاي القاگر، القا مي كند كه سعي مي كند عبور جريان را در جهت جديد آن حفظ كند. خازن با قطبيت اوليه خود به وسيله اين جريان پر مي شود و وقتي كه كاملاً پر شد (تا ولتاژي كمتر از قبل) يك چرخه جريان نوسازي كامل شده است.
موتورها مصرفكنندههاي عمده برق در اغلب كارخانهها هستند. وظيفه يك موتورالكتريكي تبديل انرژي الكتريسيته به انرژي مكانيكي است. در يك موتور سهفاز AC جريان از سيمپيچهاي موتور عبور كرده و باعث ايجاد ميدان مغناطيسي دواري ميشود كه اين ميدان مغناطيسي محور موتور را ميچرخاند. موتورها بهگونهاي طراحي شدهاند كه اين وظيفه را بهخوبي انجام دهند. مهمترين و ابتداييترين گزينه صرفهجويي در موتورها مربوطبه انتخاب آنها و استفاده از آنها ميباشد.
1- هرزگردي موتورها
بيشترين صرفهجويي مستقيم برق را ميتوان با خاموش كردن موتورهاي بيبار و درنتيجه حذف تلفات بيباري بهدست آورد. روش ساده آن درعمل نظارت دايم يا كنترل اتوماتيك است. اغلب به مصرف برق در بيباري اهميت چنداني داده نميشود درحاليكه غالباً جريان در بيباري حدود جريان در بار كامل است.
مثالي از اين نوع تلفات را ميتوان در واحدهاي بافندگي يافت، جاييكه ماشينهاي دوزندگي معمولاً براي دورههاي كوتاهي كار ميكنند. اگرچه موتورهاي اين ماشينها نسبتاً كوچك هستند (1.3 اسب بخار) ولي چون تعداد آنها زياد است (معمولاً تعداد آنها در يك كارخانه به صدها عدد ميرسد) اندازه اين تلفات قابلملاحظه است. اگر فرض كنيم 200 موتور 1.3 اسببخار در 90درصد زمان هرزگرد بوده و باري معادل 80درصد بار كامل بكشند، هزينه كار بيهوده موتورها با درنظر گرفتن 120ريال بهاي واحد انرژي الكتريكي ، بهشكل زير محاسبه ميشود:
هزينه بيباري = 200موتور×3/1 اسببخار × 80% بار × 6000ساعت در سال × 90% بيباري ×120ريال= 25ميليون ريال
با اتصال يك سوئيچ به پدال چرخها ميتوان آنها را بهطور اتوماتيك خاموش كرد.
2- كاهش بازده در كمباري
وقتي از موتوري استفاده شود كه مشخصات نامي بالاتر از مقدار مورد نياز را داشته باشد، موتور در باركامل كار نميكند و در اينحالت بازده موتور كاهش مييابد.
استفاده از موتورهاي بزرگتر از اندازه موردنياز معمولاً به دلايل زير است :
- ممكن است پرسنل مقدار بار واقعي را ندانند و بنابه احتياط موتوري بزرگتر از اندازه موردنياز انتخاب شود
- طراح يا سازنده براي اطمينان از اينكه موتور توان كافي را داشته باشد، موتوري بسيار بزرگتر از اندازه واقعي موردنياز پيشنهاد كند و بار حداكثر درعمل بهندرت اتفاق افتد. بهعلاوه اغلب موتورها ميتوانند براي دورههاي كوتاه در باري بيشتر از بار كامل نامي كار كنند. (درصورت تعدد اين وسايل اهميت مسئله بيشتر ميشود)
- وقتي موتور با مشخصات نامي موردنظر در دسترس نيست يك موتور بزرگتر نصب ميشود و حتي وقتي موتوري با اندازه نامي موردنظر پيدا ميشود جايگزين نشده و موتور بزرگ همچنان به كار خود ادامه ميدهد.
- بهخاطر افزايش غيرمنتظره در بار كه ممكن است هيچگاه هم رخ ندهد يك موتور بزرگتر انتخاب ميشود.
- نيازهاي فرآيند توليدي كاهش يافته است
در برخي بارها گشتاور راهانداز بسيار بيشتر از گشتاور دورنامي است و باعث ميشود موتور بزرگتر بهكار گرفته شوند.
بايد مطمئن شد هيچ كدام از اين موارد موجب استفاده از موتورهايي بزرگتر از اندازه و درنتيجه كاهش بازده نشده باشند.
جايگزيني موتورهاي كمبار با موتورهاي كوچكتر باعث ميشود كه موتور كوچكتر با بار كامل داراي بازده بيشتري باشد. اين جايگزيني معمولاً براي موتورهاي بزرگتر وقتي در 3/1 تا نصف ظرفيتشان (بسته به اندازهشان) كار ميكنند اقتصادي است.
براي تشخيص موتورهاي بزرگتر از ظرفيت مورد نياز به اندازهگيري الكتريكي احتياج است. واتمتر مناسبترين وسيلهاست.
روش ديگر، اندازهگيري سرعت واقعي و مقايسه آن با سرعت نامي است. بار جزئي بهعنوان درصدي از بار كامل نامي را ميتوان از تقسيم شيب(سرعت) عمليات بر شيب بار كامل بهدست آورد. رابطه بين بار و شيب تقريباً خطي است. معمولاً در اين موارد ميتوان براي جلوگيري از سرمايهگذاري جديد اينگونه موتورها را با ديگر موتورهاي موجود در كارخانه جايگزين نمود كه تنها هزينه آن اتصالات و صفحههاي تنظيمكننده هستند. اگر اين تغييرات را بتوان همزمان با تعميرات برنامهريزيشده در كارخانه انجام داد بازهم هزينهها كاهش مييابد.
3- موتورهاي پربازده
بازگشت سرمايه قيمت اضافي پرداختي جهت خريد موتورهاي پربازده، معمولاً كمتراز دو سال كاركرد موتور بهازاي 4000 ساعت كاركرد سالانه و در 75درصد بار ميباشد. (بازگشت سرمايه نسبت به موتورهاي قديمي و غير استاندارد به كمتر از شش ماه نيز ميرسد) درمواردي كه بار موتور سبك يا ساعت كاركرد آن كم است يا بارهاي تناوبي استثنائاتي وجود دارد. بيشترين صرفهجويي در رنج موتورهاي 1 تا 20 اسببخار بهدست ميآيد. در توان بيشتر از 20 اسببخار افزايش بازده كاهش مييابد و موتورهاي موجود بيش از 200 اسببخار تقريباً داراي بازده كافي هستند.
سازندگان معمولاً موتورهاي با طراحي استاندارد و قيمت تمامشده كمتر را عرضه ميكنند. بهخاطر رقابت شديد اين نوع موتورها بازده كمي دارند. آنها ضريب قدرت پايينتري دارند، قابل تعمير نبوده و نميتوان بهراحتي سيمپيچ آنها را مجدداً پيچيد.
در موتورهاي پربازده با استفاده از ورقههاي استيل نازكتر در استاتور و روتور، استفاده از استيل با خواص الكترومغناطيسي بهتر، استفاده از فنهاي كوچكتر با بازده بيشتر و بهبود طراحي شكاف روتور بازده افزايش يافته است. تمام اين روشها باعث افزايش مصرف مواد اوليه و درنتيجه افزايش هزينه مواد يا هزينههاي ساخت ميشود و بنابراين قيمت تمام شده موتور زياد ميشود. بااين وجود 30-20 درصد اضافه هزينه اوليه با كاهش هزينههاي عملياتي جبران ميشود. از ديگر مزاياي موتورهاي پربازده اثر كم بر عملكرد موتور بههنگام نوسانات ولتاژ و بار جزئي است.
محاسبه بازگشت هزينه اين موتورها بهخاطر متغيرهاي درگير پيچيده است. براي تعيين هزينه عملياتي موتور بايد توان مصرفي توسط موتور در ساعات كار آن و قيمت انرژي الكتريكي ضرب شود. هريك از اين فاكتورها متغيرهاي مخصوص بهخود را دارند كه شامل تغيير در برنامه زمانبندي توليد، تغيير در بار موتور و جريمههاي ديماند ميباشند. پرداختن به برخي از اين عوامل مشكل است.
حتي وقتي ميزان صرفهجويي محاسبه ميشود از آنجاكه بازده واقعي يك موتور معمولاً ناشناخته است ممكن است اين محاسبات دچار خطا شوند. چون همه سازندهها از تكنيكهاي يكساني براي اندازهگيري بازده موتورها استفاده نميكنند ، بنابراين مشخصات نامي درجشده بروي پلاك را نميتوان با هم مقايسه كرد. بهعنوان نمونه در آمريكا منظور بيشتر سازندهها از بازده نامي رنجي از بازدهها است كه بازده موتور در آن قرار ميگيرد. از تكنيكهاي آماري مختلفي براي تعيين حداقل بازده يك موتور با هر بازده نامي استفاده ميشود. بهعنوان مثال يك موتور با بازده نامي 90.2 % داراي حداقل بازده نامي 88.5 % است.
عده زيادي موتورهاي پربازده را بدون اينكه درصدد توجيه برگشت هزينه آن باشند ، استفاده ميكنند ، مگر درمورد موتورهاي بزرگتر. معمولاً مدت بازگشت هزينه تقريباً يك سال است.
بازده موتورها از مشخصات نامي آنها متفاوت است(بهدست نميآيد). مثلاً يك موتور 100-hp.1800-rpm سرپوشيده با فن خنكساز از يك سازنده داراي يك حداقل بازده تضمينشده معادل 90.2درصد در بار كامل در مدل استاندارد و 94.3درصد در مدل بازده بالا است. موتور هماندازه آن از يك سازنده ديگر داراي همان بازده 90.2درصد در مدل استاندارد و حداقل بازده 91درصد در مدل بازده بالا است. براي تعيين بازده واقعي يك موتور خاص بايد از تجهيزات تست پيچيدهاي استفاده كرد.
بهخاطر اين اختلافها، بههنگام ارزيابي ميزان صرفهجويي، استفاده از حداقل بازده تضمينشده قابل اطمينانتر است چون همه موتورها بايد برابر يا بزرگتر از اين اندازه باشند.
4- درايوهاي تنظيم سرعت
وقتي تجهيزات بتوانند در سرعت كاهشيافته كار كنند چند گزينه قابل انتخاب است.
مثالهاي ذيل نمونههايي براي همه صنايع هستند
1-4- موتورهاي AC فركانس متغير (با تنظيم فركانس)
وقتي پمپهاي گريز از مركز، فنها و دمندهها در سرعت ثابت كار ميكنند و خروجي با استفاده از والوها و مسدودكنندهها كنترل ميشود موتور صرفنظر از مقدار خروجي در نزديكي بار كامل كار ميكند كه باعث ميشود انرژي زيادي توسط اين مسدودكنندهها و والوها تلف شود. اگر اين تجهيزات بتوانند همواره در سرعت مورد نياز كار كنند مقدار زيادي انرژي صرفهجويي ميشود. درايوهاي تنظيم سرعت باعث ميشوند تجهيزات باتوجه به نياز سيستم در حالت بهينه عمل كنند.
كنترلرهاي AC تنظيم فركانس (فركانس متغيير) وسايل پيچيدهاي بوده و گرانقيمت هستند. بااينحال ميتوانند بهراحتي به موتورهاي القايي AC استاندارد اضافه شوند. با هزينه تجهيزات كمتر و هزينههاي الكتريكي بيشتر (با كاهش هزينه تجهيزات و افزايش هزينههاي الكتريكي) كاربرد اين وسايل در اغلب موارد اقتصادي ميشود. بسياري از انواع پمپها، فنها، ميكسچرها، نقالهها، خشككنندهها، خردكنندهها (سنگشكنها) آسيابها، صافيها و برخي انواع كمپرسورها، دمندهها و همزنها در سرعتهاي مختلف با وسايل تنظيم سرعت كار ميكنند.
تجهيزات مجهز به تنظيم سرعت كمتراز نصف تجهيزات مجهز به مسدودكننده انرژي مصرف ميكنند.
در عمل بايد براي محاسبه دقيق صرفهجويي حاصل براساس كيلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زير50درصد ظرفيت نامي افت ميكند.
2-4-درايوهاي DC حالت جامد (نيمههادي)
ميتوان با تنظيم سرعت با استفاده از درايوهاي DC صرفهجوييهاي مشابهي را انجام داد. هزينه اوليه نسبتبه درايوهاي AC تنظيم فركانس بيشتر است بهخصوص وقتي مستقيماً بتوان از كنترلرهاي الكتريكي در موتور ACاستفاده كرد. تعمير و نگهداري كموتاتور و زغال نيز هزينه زيادي در درايوهاي DC دربردارد. همچنين سيستمهاي DC نسبتبه هواي خورنده و كثيف (مملو ازذرات) كه در يك محيط صنعتي معمول است حساسترند.
بنابراين درايوهاي AC معمولاً ترجيح داده ميشوند مگر در مواردي كه شرايط عملياتي برخي از مشخصههاي سيستمهاي DC از قبيل تنظيم سرعت خيلي دقيق، معكوس كردن سريع جهت، يا گشتاور ثابت در رنج سرعت نامي مورد نياز باشد.از اين درايوها در ماشينهاي حديده ((drawing machins، پوششدهندهها (لعابدهندهها coaters) ماشينهاي تورق (laminators)، دستگاههاي سيمپيچي (winders) و ساير تجهيزات استفاده ميشود.
ساير تكنيكهاي تغيير سرعت موتور عبارت است از درايوهاي لغزش (slip) الكترومكانيكي، درايوهاي سيال. و موتورهاي القايي (موتورهاي با روتور سيمپيچيشده). اين درايوها با تغيير درجه لغزش بين درايو و عنصر درحال حركت سرعت را كنترل ميكنند. چون قسمتي از انرژي مكانيكي كه تبديل به بار نميشود به حرارت تبديل ميگردد اين درايوها داراي بازده كمي بوده و معمولاً بهخاطر مشخصههاي خود در كاربردهاي خاصي بهكار برده ميشوند. مثلاً ممكن است از درايوهاي سيال در سنگشكنها (خردكنندهها) استفاده شوند چون داراي ظرفيت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانايي مقاومت دربرابر بارهاي شوك، قابليت مقاومت در سيكلهاي سكون (ازكارافتادگي)، ماهيت ايمني آن و قابليت تحمل هواي ساينده را دارند.
چون درايوهاي AC وDC سرعت چرخنده اصلي را تغيير ميدهند براي صرفهجويي در انرژي ترجيح داده ميشوند.
3-4-درايوهاي مكانيكي
درايوهاي تنظيم سرعت مكانيكي سادهترين و ارزانترين وسايل تغيير سرعت هستند. اين نوع چرخهاي قابل تنظيم ميتوانند در امتداد محور باز و بسته شوند و درنتيجه ميزان تماس چرخ را با تسمه تنظيم كنند.
مزيت عمده درايوهاي مكانيكي سادگي آنها ، سهولت تعمير و نگهداري و هزينه پايين آنها است. يك سرويس تعمير و نگهداري درحد متوسط و كنترل سرعت با دقت كم (معمولاً 5درصد) از خصوصيات اين درايوها است.
درايوهاي تسمهاي براي گشتاورهاي كم تا متوسط (100اسببخار) در دسترس هستند. بازده درايوهاي تسمهاي 95 درصد است و نسبت كاهش سرعت تا 10به 1 ميرسد.
از درايوهاي زنجيري فلزي در گشتاور زياد استفاده ميشود. اين درايوها مشابه درايوهاي تسمهاي هستند فقط بهجاي تسمههاي لاستيكي از تسمههاي فلزي استفاده شده است.
4-4-كاهش يك سرعته
وقتي فقط با يك كاهش سرعت به نتيجه رضايتبخش برسيم گزينه ارزانتري را ميتوانيم انتخاب كنيم. اگرچه سرعتهاي متغيير اين مزيت را دارند كه در وضعيتهاي مختلف ميتوان سرعت بهينه را بهكار برد، در مواقعي كه رنج تغيير سرعت محدود است و زماني كه موتور بايد در سرعت پايينتري كار كند نسبت به زمان كل كار موتور كم است احتمالاً يك كاهنده تكسرعته ازنظر هزينه و اثربخشي بهصرفهتر است.
درايوهاي تسمهاي: در اين درايوها يك (يكبار) كاهش سرعت با كمترين هزينه همراه است چون بهراحتي ميتوان چرخها را عوض كرد. ازآنجاكه با نصب دوباره چرخهاي قديمي براحتي ميتوان تغييرات را بازگرداند از اين روش وقتي استفاده ميشود كه كاهش خروجي براي يك دوره معين موردنياز است. مثلاً وقتي سطح توليد براي يك زمان نامشخص كاهش يافته ولي ممكن است در آينده نياز باشد كه به ظرفيت اوليه برگرديم.
كاهش دور توسط چرخدنده: حالتهاي مشابهاي را توسط تغيير چرخدنده ميتوان بهكار برد.
تعويض موتور: درمواردي كه يك بار كاهش سرعت موردنياز است يك موتور با سرعت كمتر را نيز ميتوان جايگزيننمود.
5-4-موتورهاي دوسرعته
موتور دوسرعته يك راهحل اقتصادي ميانه درمقايسه با استفاده از درايوهاي چندسرعته و سرعت ثابت است.
همانطوركه در مثالهاي قبلي بيان شد چون توان مصرفي با مكعب (توان سوم) سرعت متناسب است، صرفهجويي در انرژي اهميت زيادي دارد. درعمل يك افزايش جزئي بهخاطر تلفات اصطكاك رخ ميدهد. از اين روش و استفاده از روشهاي كنترلي ديگر ميتوان خروجي را در يك رنج محدود كنترل كرد.
دوسرعت را ميتوان از يك سيمپيچ بهدست آورد ولي سرعت پاييني بايد نصف سرعت بالايي باشد. مثلاً سرعتهاي موتور به اين شكل است 900/1800 ، 600/1200 ، 1800/3600
وقتي به نسبتهاي ديگري از سرعت نياز است استفاده از يك استاتور دو سيمپيچه ضروري است. از موتورهاي قفسي چندسرعته (multispeed squirrel cage motors) نيز كه داراي سه يا چهار سرعت همزمان هستند ميتوان استفاده نمود.
قيمت موتورهاي دوسرعته تقريباً دو برابر موتورهاي تكسرعته است. اگر يك موتور بتواند در دورههاي زماني محسوسي با سرعت كمتر كار كند صرفهجويي حاصله سرمايهگذاري اضافي را توجيه ميكند. در موتورهاي چندسرعته استارترهاي گرانقيمتي موردنياز است چون اندازه محافظهاي اضافهبار در سرعتهاي مختلف متفاوت است.
5-كاهش بار
مسلماً كاهش بار موتور يكي از بهترين روشهاي كاهش هزينههاي الكتريكي است. تعمير و نگهداري مناسب تجهيزات نيز ميتواند با ازبين بردن تلفات ناشي از اصطكاك در تجهيزات ناميزان (غير هممحور)، ياتاقانهاي سختشده و نقالهها، بار موتور را كاهش دهد. روغنكاري مناسب قسمتهاي متحرك مانند ياتاقانها و زنجيرها تلفات ناشي از اصطكاك را به حداقل ميرساند. جايگزيني ياتاقانهاي غلطكي و بلبرينگها با ياتاقانهاي تخت بهخصوص در شافتهاي انتقال نيز روش مؤثري است.
6- گشتاور راهاندازي زياد
در بارهايي كه گشتاور استارت بزرگي نياز دارند بايد از يك موتورB -NEMA (رايجترين موتور مورد استفاده در صنعت) يا موتورA -NEMA استفاده كرد. درجاييكه بارهاي با اينرسي زياد وجود دارد ميتوان از موتورهاي كوچكتري كه بهگونهاي طراحي شدهاند كه قابليت گشتاور زياد را دارند استفاده كرد. يك موتور NEMA-B ميتواند ازعهده بار زياد استارت برآيد ولي وقتي بار به سرعت نهايي رسيد موتور در كمتراز ظرفيت نامي كار ميكند. ولي انتخاب يك موتور كوجكتر از از نوع C-NEMA يا NEMA-D ضمن اينكه همان گشتاور راهانداز را توليد كرده ، در شرايط معمول عملياتي نيز نزديك بار كامل نامي كار ميكند.
بازده موتورهايي كه براي بار دوم پيچيده ميشوند كاهش مييابد كه البته مقدار اين كاهش بستگي به كارگاهي دارد كه موتور در آن پيچيده شدهاست، چون كارگاههاي سيمپيچي لزوماً از بهترين روشي كه عملكرد اوليه موتور را حفظ كند استفاده نميكنند. در برخي موارد بهدليل بازده كم بهخصوص در موتورهاي كوچك پيچيدن دوباره موتور توجيهپذير نيست.
درحالت ايدهآل بايد بازده موتور قبل و بعد از پيچيدن آن با هم مقايسه شود. يك روش تقريباً ساده براي ارزيابي كيفيت موتور پيچيدهشده مقايسه جريان بيباري موتور است، اين مقدار در موتورهايي كه بهخوبي پيچيده نشده باشند افزايش مييابد، بررسي روشي كه دركارگاه سيمپيچي استفاده ميشود، نيز ميتواند كيفيت كار را مشخص كند. در زير برخي نكاتي كه بايد موردتوجه قرارگيرد آمده است :
- وقتي موتوري را براي پيچيدن مجدد باز ميكنند، عايق بين ورقهها خراب شده و باعث افزايش تلفات جريان گردابي ميگردد مگر اينكه بازكردن (سوزاندن) عايق در كورهاي با دماي قابل تنظيم انجام شده و ورقههاي عايق غيرآلي جايگزين گردد.
- گداختن و سوزاندن سيمپيچ كهنه (خرابشده) در دماي كنترل نشده يا استفاده از يك مشعل دستي براي نرمكردن و خردكردن لاك بين سيمها بهمنظور بازكردن آسانتر سيمپيچ به اين معني است كه كار در اين كارگاه بهخوبي انجام نميشود و بايد به كارگاه ديگري براي پيچيدن موتور مراجعه كرد.
- اگر در نتيجه بازكردن و سوزاندن نامناسب تلفات هسته افزايش يابد، موتور در دماي بيشتري كار ميكند و زودتر از موعد خراب ميشود.
- اگر تعداد دورهاي سيمپيچ در استاتور كاهش يابد تلفات هسته استاتور افزايش مييابد اين تلفات درنتيجه جريان نشتي (هارمونيك) القا شده توسط جريان بار بهوجود ميآيد و اندازه آن برابر با توان دوم جريان بار است.
- در پيچيدن موتور اگر از سيمهاي با قطر كوچكتر استفاده شود، مقاومت و درنتيجه تلفات افزايش مييابد.
روشهاي پيچيدن موتور در كارگاههاي مختلف تعميراتي متفاوت است بنابراين قبلاز تصميم به پيچيدن دوباره موتور بايد كارگاهها كاملاً بررسي و بهترين كارگاه انتخاب شود.
شركت Wanlass يك روش پيچيدن موتور ارائه كرده كه مدعي است بازده را تا ده درصد افزايش ميدهد اين روش برمبناي جايگزيني سيمپيچ موجود با دو سيمپيچ است كه بهگونهاي طراحي شدهاند كه سرعت موتور را متناسببا بار تغيير دهد. درمورد ادعاي بهبود بازده بحثهاي زيادي صورت گرفته و درحاليكه از عرضه موتورهاي Wanlass بيشاز يك دهه ميگذرد استفاده كنندههاي عمده معتقدند اين نوع طراحي بهبودي را كه ميتوان ازطريق تكنيكهاي متعارف طراحي موتور و سيمپيچ بهدست آورد در صنعت موتور ارائه نكرده است.
8- ژنراتور موتورها
يكسوكنندههاي نيمههادي يك منبع مناسب جريان مستقيم DC براي موتورهاي DC يا ديگر استفادههاي از جريان DC هستند، ژنراتور موتورهايي كه معمولاً براي جريان مستقيم بهكار ميروند قطعاً نسبتبه يكسوكنندههاي نيمههادي بازده كمتري دارند بازده موتور ژنراتور در بار كامل حدود 70 درصد است در حاليكه بازده يكسوكنندههاي نيمههادي تقريباً 96 دصد در بار كامل است. وقتي ژنراتور موتوري در كمتراز بار نامي كار كند بازده آن بهطور قابلملاحظهاي كاهش مييابد چون بازده آن برابر با حاصلضرب بازده ژنراتور و موتور است.
9- تسمهها (Belts)
بازده درايوهاي V-belt تأثير زيادي در بازده موتور دارد. عوامل تأثيرگذار در بازده V-belt عبارتنداز:
1- Overbelting: تسمههاي با مشخصات نامي بالاتر باعث افزايش كارايي ميشوند
2- تنش (فشار): فشار نامناسب باعث كاهش بازده تا 10 درصد ميشود. بهترين فشار براي يك V-belt كمترين فشاري است كه در آن تسمه در بار كامل نلغزد.
3- اصطكاك: تلفات اصطكاك اضافي درنتيجه ناميزان بودن(غيرهممحوري)، فرسودگي چرخها تهويه نامطلوب يا ماليده شدن تسمهها به چيزي بهوجود ميآيند.
4- قطر چرخ: هرچه قطر چرخ بزرگتر باشد بازده افزايش مييابد.
جايگزيني V-beltهاي شياردار با V-beltهاي متعارف صرفهجويي زيادي دربردارد. يك V-belt درمعرض تنش فشاري بزرگي متناسب با قطر چرخ قراردارد. ازآنجاكه در V-beltهاي شياردار در قسمت تحتفشار از ماده كمتري استفاده شده تغيير شكل لاستيك و تنشهاي فشاري به حداقل ميرسد بنابراين بازده عملياتي در V-beltهاي شياردار بيشتر ميشود.
اگر هزينه عملياتي سالانه يك موتور 60 اسببخار (براي 6000ساعت) 18000 دلار باشد حتي يك درصد بهبود در بازده موتور باعث 180 دلار صرفهجويي در سال ميشود. هزينه اضافي براي 6 تسمه با اندازه 128 تقريباً 7 دلار است.
مقدمه: سرعت تحولات و پيدايش فناوري هاي نوين ، تنوع خدمات پيشرفته و تقاضاي فزاينده براي اين خدمات ، لزوم استفاده بهينه از منابع مالي و انساني و گسترش روز افزون بازار رقابت ، موجب گرديده تا نگرش به صنعت مخابرات در قياس با ساير صنايع متفاوت باشد . اين نگرش هوشمندانه مبين اين واقعيت است كه فناوري اطلاعات و ارتباطات ، نيروي محـركـه تــوسعه در همه ابـعـاد اسـت و ايـن مـهم ، ضـرورت هاي توسعه را متجلي مي گرداند .
در اين راستا شركت ارتباطات زيرساخت در برنامه هاي پنجساله، توسعه شبكه هاي مخابراتي مبتني بر فناوري نوري را در دستور كار خود قرار داد :
اهداف طرح
1-پاسخ دهي به نيازهاي ارتباطي برنامه هاي توسعهي كشور
2-بستر سازي براي حضور شركت هاي دولتي و غير دولتي در بازار مخابرات
3-سوق دادن جامعه به سمت جامعه اطلاعات
4-سرعت بخشيدن به توسعه اقتصادي و اجتماعي
5-ارائه خدمات مورد نياز جامعه در حد مطلوب
6-رفع موانع و تنگناها براي پياده سازي دولت الكترونيكي
7-حضور موثر در دهكده جهاني
8-ايجاد زيرساخت لازم براي تجارت الكترونيكي
9-ايجاد شاهراه ارتباطي جهت حمل ترافيك
10-ايجاد قطب ارتباطات منطقه اي در داخل كشور و تقويت توان راهبردي
11-امكان حضور گسترده و فعال در تمام نقاط كشور از طريق نقاط حضور (POP)
12-حضور در بازار رقابتي
13-امكان دسترسي به شبكه هاي نوري يكپارچه
14-ايجاد شبكه يكپارچه مخابراتي توسعه پذير و قابل انعطاف
براي نيل به اهداف فوق ، نياز به بستر مخابراتي با پهناي باند وسيع و مطمئن است . در اين راستا فيبر نوري با مزاياي زير به كار گرفته شد :
1-تضعيف پايين
2-قيمت تمام شده مناسب
3-سهولت كار كابل كشي به دليل سبك بودن
4-عدم نويز پذيري
5-عدم تأثير ناپذيري از عوامل خارجي ( مانند ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي )
6-امنيت بالا به علت شنود ناپذيري (در مقابل سيستم هاي راديويي)
7-عدم همشنوايي
8-پهناي باند وسيع و مطمئن
9-شبكه سازي مطمئن با قابليت انعطاف
10-قابليت ايجاد شبكه همگرا
11-
لذا اكنون امكان ارائه خدمات مختلف در هر زمان و در هر مكان و براي هر كس فراهم آمده است.
شبكه يكپارچه نوري ايران با پهناي باندي در حدود ترا هرتز ( Tr Hz )متشكل از بزرگراه هايي براي ارسال و دريافت بهنگام اطلاعات است. بطوريكه بدون وجود اين فناوري دقيق و حساس ، امكان ارائه خدماتچندرسانه اي ميسر نيست . با وجود شبكه يكپارچه نوري ايران ، مي توان حجم اطلاعات بسيار زيادي را جابجا نمود و شركت ارتباطات زيرساخت ايران با استفاده از توانمندي هاي آن قادر است بعنوان قطب مخابراتي در منطقه عمل نموده و كشورهاي مختلف همسايه را نيز به هم متصل سازد .
خدمات بالقوه شبكه ملي فيبرنوري ايران
خدمات مخابراتي از اجزاء عمده اقتصاد ملي و جهاني بشمار مي روند زيرا علاوه بر سود آوري هنگفت نقش اساسي و محوري در ارتقاء سطح اقتصادي ، اجتماعي و فرهنگي ايفا مي نمايند . به همين دليل شركتهاي بسياري راغب به سرمايه گذاري در بخشهاي مختلف شبكه مخابرات گرديده اند. اين سرمايه گذاريها گردش مالي مطلوب، ارائه خدماتمتنوع وگسترده ، تبعات اجتماعي مانند ايجاد اشتغال ، بهبود وضع بهداشت و درمان ، ارتقاء سطح دانش عمومي و تخصصي ، امنيت ، صرفه جويي در وقت و انرژي و …بسياري ديگر را در پي دارند.
با توجه به اينكه شبكه يكپارچه نوري ايران واسط ميان شبكه هاي محلي، شهري و منطقه اي استبخش مهمي از خدماتقابل ارائه از طريق شبكه ي نوري ايران مستلزم پيش بيني و عرضه اين سرويس ها در LAN ها و شبكه هاي شهري متصل به شبكه يكپارچه نوري ايران است كه عبارتند از :
vارسال داده با سرعت بالا
vتلفن تصويري
vويدئو بر اساس تقاضا Video on – demand
vپزشكي از دور
vآموزش از دور
vاينترنت پرسرعت
vارسال متن ( Text )
vكنترل خانه از دور
vارسال فايلهاي با حجم زياد
vويدئو كنفرانس
vبانكداري الكترونيكي
vخريد از دور
vخدمات صوتي با كيفيت بالا
vخدمات چند رسانه اي ( Multi Media )
vارائه پهناي باندهاي مختلف به متقاضيان بر اساس درخواست آنها
رويكردهاي فني
براي ايجاد يك شبكه مخابرات نوري كارآمد و نيل به اهداف برشمرده ، بايستي موارد زير در نظر گرفته شود :
1-رعايت استاندارد هاي بين المللي
2-استفاده از تجهيزات منطبق بر فناوري هاي روز
3-رعايت اصول صحيح شبكه سازي
4-استفاده مناسب از برنامه هاي نرم افزاري براي طراحي شبكه
5-بهره گيري از نيروي انساني متخصص ، آموزش ديده و كارآمد
در اين راستا مشخصات تارهاي به كار گرفته شده در شبكه فيبرنوري كشور در برنامه هاي توسعه در مقاطع زماني مختلف، با توجه به استانداردها و فناوري روز و متناسب با توانايي توليد تجهيزات مخابراتي مربوطه انتخاب گرديد كه به شرح ذيل مي باشد :
تار تك مد single mode fiber (S . M) مطابق با استانداردG.652 :
اولين تار نوري كه به طور فراگير درشبكه هاي مخابراتي مورد استفاده قرارگرفت ، تارنوري SM براساس توصيه G. 652 اتحاديه بين المللي مخابرات (ITU-T) است . اين تار در پنجره 1330 nm داراي پاشندگي صفر بوده و حداقل تضعيف آن در پنجره 1550 nmاست . نكته قابل ذكر اين است كه درپنجره 1550 nm عليرغم تضعيف كم ، پاشندگي درآن زياد بوده و در پنجره1330 nm عليرغم پاشندگي صفر، داراي تضعيف بالاتري است. اين نوع تار جهت كار درپنجره 1330 nm طراحي شده است وبا توجه به مسافت و نرخ بيت ارسالي روي آن درسالهاي اوليه استفاده از تارنوري كاربرد فراواني داشته است به طوريكه بخش اعظمي از شبكه هاي موجود مخابراتي از اين نوع تار استفاده مي نمايند و َدربرنامه پنج ساله اول توسعه نيز از اين نوع تار استفاده گرديده استَ .
با توجه به مقدار تضعيف اين تار درپنجـره 1330 nm كــه محدوديــت فاصله را درپي دارد اسـتـفـاده از پـنـجـره 1550 nm به طور روز افزوني افزايش يافت . ولي به دليل پاشندگي بالائي اين نوع تار دراين
پنجره( شکل 1 ) وافزايش نرخ بيت هاي ارسالي ، عامل محدودكننده پاشندگي نيز خود را نشان داد.به اين دليل طراحان وتوليدكنندگان فيبرنوري ، فيبرنوري جديدي را طرح نمودندكه ضريب پاشندگي آن در پنجره 1550 nm صفر بود ، به عبارت ديگر ضريب پاشندگي صفر از پـنجـره 1330 nm بـه پـنجـره 1550 nm منتقل گرديد ، به همين دليل به اين تار جديد DSF(Dispersion –shifted -fiber) ميگويند .
شكل 1( نمايش پاشندگي برحسب طول موج تار SM )
تار DSF مطابق با استاندارد G.653 :
با توجه به اينكه فيبرنوري درپنجره 1550nm، تضعيف كمتري نسبت به پنجره 1330 nm دارد (شكل 2) استفاده از اين پنجره توجه استفاده كنندگان را جلب نمود و توليد ادوات و تجهيزات نوري دراين پنجره افزايش چشمگيري پيدا كرد . به طوريكه در طول چند سال پنجره 1550 nm دركاربردهاي مخابراتي از اهميت ويژه اي برخوردارشد .
اين تار نوري با توجه به افزايش بيت ريت ارسالي وطول مسير ، توسط طراحان ارائه ودر شبكه هاي مخابراتي
براي فواصل طولاني مورد استفاده قرار گرفت .
شکل 2 - مشخصه پاشندگي تار DSF و SM
شكل2مشخصهپاشندگياينتاررابرحسب طول موجومشخصه تار SM استاندارد رانشان ميدهد . نياز روزافزونبه ظرفيت زياد و محدوديتفناوريهمتافتگري تقسيم زمانيTDM (Time Division Multipxing) طراحانسيستمهاي مخابــراتيرابــهسـمـتاستـفـادهازفناوريجــديــدي بــه نـــام همتافتگري تقسيم طول موج WDM (( Wave length Division Multiplexingو Dense –WDM سوق داد .
در اين فناوري امكان ارسال ، دريافت و يا ارسال و دريافت همزمان چند طول موج نوري بر روي يك تار امكان پذير است . هر يك از طول موجها را يك كانال نوري مي نامند كه بطور مستقل اطلاعات مجزايي را حمل مي نمايند .
شكل 3- نمايش سيستم همتافتگري فشردهي تقسيم طول موجDWDM
بدليل درخواست و كاربرد زيادفناوري DWDM برروي تار نوري ، به منظور افزايشظرفيت شبكههاي مخابراتي ، محدوديتهايي درانتقال اين فناوري از طريق تار DSF بروزنمود . اين محدويتها درتار SM استاندارد كمتر از تار DSF بود . ليكن محدويت قبليتار SM استاندار كه هماناپاشندگيزياد آن دراين پنجره بودكماكان وجود داشت . محدوديت هاي تار DSF جهت بكار گيري فناوري DWDM بدليل بروز اثرات غير خطي شيشهاستكه اين اثرات غير خطيعبارتند از :
پديدهي اختلاط چهار موجيFWM در پاشندگي صفربيشترين تاثير را خواهد داشت . اين پديده سبب بروز مولفههاي نوري ناخواسته (طول موجهاي نوري جديد) مي گردد كه درصورت زياد بودن تعداد طول موجها و كم بودن فاصله آنها تعداد اين مولفهها و مزاحمت آنها بيشتر مي گردد زيرافيلتر كردن طول موجهاي مطلوب به سختي انجام شده و گاهاً اين طول موجهاي ناخواسته دقيقاً روي طول موجهاي اصلي قرار مي گيرد كه به هيچ وجه قابل فيلتر كردن نبوده وسبب هم شنوايي مي گردد . به اين دليل تار DSF داراي محدوديت زيادي براي به كارگيري درسيستمهاي DWDM است.
خود مدوله سازي فاز SPM پديده ديگري استكه دراثر چگالي نوري زياد درمحيط انتقال شيشه بوجودمي آيد . SPM بدليل وابستگي ضريب شكست شيشه به توان نوري ودرنتيجه وابستگي سرعت انتقال نور درشيشه به توان آن بوجود مي آيد . به اين ترتيب با تغيير توان نوري تغييرات فازي بوجود آمده دراثر تغيير سرعت به ترتيبي خواهد بود كه سبب پهن شدگي پالس مي گردد كه اصطلاحاً بـــه آنجابه جايي سرخ red-shift و جابه جايي آبي blue- shift مي گويند . اين پديده بيشتر درسيستمهاي تك كاناله با نرخ بيت بالا مزاحمت ايجاد مي كند .
يكي ديگر از اثـــرات غــيـر خــطي، پديده مدوله سازي متقاطع فاز (XPM)است كه درسيــستمهاي چند كاناله (WDM , DWDM) سبب جفت شدگي فاز ي بين كانالها و پهن شدگي پالس مي گردد .
دو پديده پراكنش نوع SRS و SBS ، بيشتر درزمينه تضعيف انرژي نوراني اثر مي گذارد كه به علت بالا بودن توان نوري تغذيه شده به فيبر بوجود مي آيد .
با توجه به محدويتهاي برشمرده درفوق طراحان تارنوري، پژوهش گران اقدام به طرح و توليد تار نوري جديدي به نام تار با جابه جايي پاشندگي غير صفر NZDSF نمودند كه در محدوده 1550nm فاقد پاشندگي صفر بوده و سطح مقطع موثر آن(Core- Effective- Area) نسبت به تار DSF بزرگتر بود .
تارNZDSFمطابق با استانداردG . 655 :
اين تار همانطور كه از شكل 4برمي آيد ، داراي پاشندگي صفر خارج از پنجره 1550nmاست . وبدين ترتيب پديده FWM درآن حذف مي شود . ضمناً بدليل بزرگ بودن سطح موثر آن بطوركلي اثرات غير خطي به ميزان قابل توجهي درآن كاهش مي يايد .
شكل 4-مشخصه تار با جابه جايي پاشندگي غير صفر NZDSF
كاربرد عمده اين تار براي سيـستـمـهاي DWDM و WDM است .
لازم به ذكراست براساس اين توصيه مجموعه اي از تارهابه نام :
Larg Effective Area Fiber = LEAF
توسط توليد كنندگان مختلف تار نوري طراحي و توليد گرديد ه است كه هريك داراي
خصوصيات ويژه اي بوده و نسبت بهم داراي مزايا و معايبي هستند كه ضروري است هنگام بكارگيري اين نوع تارها براساس مشخصات سيستم وطرحهاي مربوطه تارمناسب انتخاب گردد .
درضمن برخي از توليد كنندگان تار نوري ، تحقيقاتي درراستاي حذف يون OH انجام داده اند به ترتيبي كه در شكل 5 منحني تضعيف تارنوري ( 5 - الف ) به منحني (5 – ب ) تبديل شده وتضعيف اين تارها در محدوده مربوطه به ميزان قابل توجهي كاهش يافته است به طوريكه اين تارها داراي ضريب تضعيف حدود
0.17 dB/km مي باشند .
شكل 5 - منحني تضعيف تار نوري
لازم به ذكر است كه در بخشي از برنامه دوم توسعه و در كل برنامه سوم از تارهاي NZDSF
تراكم كامل بتن و جايگري مناسب آن در قالب از مهمترين نكات در اجراي صحيح سازه هاي بتني مي باشد متراكم نمودن بتن با استفاده از روشهاي معمول يعني استفاده از ويبراتورها مشكلات متعددي از جمله جداشدگي دانه ها ، شن نما شدن بعضي نقاط را به همراه دارد .
بتن خود تراكم راه حل بسيار مناسبي براي مقابله با اين مشكلاتاست كه اولين بار در دهه گذشته توسط دانشمندان ژاپني ابداع گرديد .
سطح تمام شده بهتر اطمينان از تراكم بتن بدون استفاده از ويبراتور افزايش سرعت اجرا و كاهش نيروي انساني مورد نياز براي اجرا از جمله مزاياي بين خود تراكم مي باشد .
1-مقدمه
يكي از نكات مهم در اجراي صحيح سازه هاي بتني تراكم كامل بتن و جاگيري مناسبآن در قالب مي باشد اين مساله مورد آلمان هايي همچون ديوار برشب و ستون كه در آنها فشردگي ارماتور زياد و ابعاد مقطع بتن ريزي كوچك مي باشد از اهميت بيشتري برخوردار است .
استفاده از ويبراتور جهت متراكم كردن بتن مشكلات زيادي به همراه دارد كه از جمله آنها مي توان به موارد زير اشاره نمود :
-جداشدگي دانه بندي بتن به علت ويبره زياد در بعضي مناطق
-تراكم ناهمگن در نقاط مختلف سازه ودر نتيجه مقاومت فشاري متفاوت در مقاطع مختلف سازه
-گير كردن شيلنگ ويبره بين آرماتورها در حيناجرا
-كرمو شدن بعضي مناطق به علت غير قابل دسترس بودن
-كرمو شدن نقاطي از سطح بتن به علت ويبره بيش از حد و فرار شيره بتن
به موارد فوق بايد الگوي صوتي و خطرات جاني عمليات ويبره در مورد ديوارها و سونهاي بتني را نيز افزود .
بتن خود تراكم راه حلس است كه امروزه جهت رفع اين مشكلات و همچنين رسيدنبه بتني با كيفيت بالاتر مطرح مي باشد .
نظريهبتن خود خود تراكم كه انقلابي در زمينه تكنولوژي بن ناميده شده است اولين بار توسط پروفسور حجيم اموار از دانشگاه كوجي ژاپن در سال 1986 مطرح گرديد .
در سال 1988 اين نظر تكميل و براي اولين بار بتن خود تراكم گرديد .
در سال 1989 اولين مقاله درباره بتن خودتراكم در دومين كنفرانس مهندسي سازه و ساختمان آسياي شرقي ارائه شد .
امروزه بتن خودتراكم در پروژه هاي مختلف عمراني در سطح دنيا مورد استفاده قرار مي گيرد همچنين آزمايشات تحقيقي و پژوهشي در اين زمينه ادامه دارد .
2- آشنايي كلي با بتن خودتراكم
بتن خودتراكم بتني است كه بدون اعمال هيچگونه انرژي خارجي و تحت اثر وزن خود متراكم گرد اين بتن كه ماده اي بسيار و روان و مخلوطي همگن است بسياري از مشكلات بتن معمولي نظير جدا شدگي آب انداختن جذب آب - نفوذ پذيري و … را رفع نموده و علاوه بر اين بدون نياز به هيچ لرزاننده ( ويبر ) داخلي يا ويبره بدنه قالب تحت اثر وزن خود متراكم مي شود .
اين بتن به راحتي توانايي پركردن قالب در محل شبكه هاي آرماتور فشرده ورا اداره مي باشد و حتي در جاهايي كه دسترسي به آنها دشوار است به راحتي عبور مي كند .
بتن خودتراكم در طرح اختلاط و ساختارش تفاوت عمده اي با بتن معمولي ندارد البته مواد خاصي جهت نيل به مشخصات ويژه اين بتن در توليد آن مورد مصرف قرار م يگيرد اين مواد عمدتا شامل فوق روان كننده ها مواد مضاف پوزولاني و فليرها ( پودر سنگ با قطر دانه هاي ريزتر از 125 ميكرون ) مي باشند همچنين ملاحظات خاصي د رمورد دانه بندي سنگدانه هاي مورد مصرف در اين نوع بتن در نظر گرفته مي شود.
مزاياي استفاده ا بتن خودتراكم به شرح زير مي باشد:
-اطمينان از تراكم بخصوص در مقاطعي كه كاربرد لرزاننده دشوار است .
-جايگري آسانتر در قالب
-سطح تمامشده بهتر
-كاهش نيروي انساني
-اجراي سريعتر خصوصا در مورد مقاطع ديوار و ستون
-آزادي عمل بيشتر در طراحي ( امكان ايجاد مقاطع نازك تر )
-ماهش آلودگي صوتي ناشي از عمليات ويبره
3-مواد تشكيل دهنده بتن خودتراكم
3-1 - سنگدانه :
سنگدانه ها به دو دسته تقسيم مي شوند :
3-1-1- ماسه :
تمامي ماسه هاي متداول در توليد بتن معمولي در اين صنعت نيز به كار مي رود هر دو نوع ماسه شكسته و يا گرد گوشه اعم از سليسي و يا آهكي م يتواند مورد استفاده قرار گيرد ذرات ريزتر از 125 ميكرون كه به عنوان يودر تلقي مي شوند بر خواص رواني بتن خود تراكم بسيار موثر بوده و به منظور توليد بتن يكنواخت رطوبت آن بايد دقيقا كنترل شود حداقل ميزان ريز دانه ها ( از ماسه تا مواد چسباننده پودري ) به منظور جلوگيري از جدا شدگي دانه بندي از مقدار شخصي بايد كمتر باشد .
2-2-1 - شن ( درشت دانه ها ) :
تمامي انواع درشت دانه در اينجا به كار مي رود ولي حداكثر اندازه معمولي دانه ها 16 تا 20 ميلي متر مي باشد به هر حال سنگدانه هاي تا حدود 40 ميلي متر نيز مي تواند در بتن خود تراكم به كار رود استفاده از سنگدانه هاي شكسته سبب افزايش مقاومت بتن خود تراكم ( بدليل افزايش قفل و بست بين ذرات ) مي شود در حاليكه سنگدانه هاي گرد گوشه بدليل گوشه بدليل كاهش اصطكاك رواني آن را بهبود مي بخشد .
3-2 - سيمان :
به طور كلي تمامي انواع سيمان هاي استاندارد مي تواند در بتن خودتراكن به كار رود انتخاب نوع سيمان بستگي به پارامترهاي مورد انتظار بتن مثل مقاومت ، دوام و … دارد .
دامنه عمومي ميزان مصرف سيمان در اينجا 350 تا 450 كيلو گرم در مترمكعب م يباشد ميزان بيشتر از 500 مي تواند سبب افزايش خطر جمع شدگي شود ميزان كمتر از 350 نيز فقط رد صورتي قابل قبول مي باشد كه به همراه مو.اد پوزولاني - خاكسترهاي بادي - دوده سيليسي و … به كار رود.
حضور بيش از 10 % ميزان و در سيمان مي تواند سبب كاهش نگهداشت كارايي بتن گرد .
3-3 - مواد مضاف :
مصالح بسيار ريز غير آلي هستند كه به منظور بهبود و يا ايجاد خواص مشخص در بتن به آن افزوده مي شوند اين مواد باعث بهبود كارآيي كاهش حرارت هيدراتاسيون و عملكرد بهتر بتن در دراز مدت مي گردند .
مواد مضاف عمومي مورد استفاده عبارتند از :
3-3-1- پودر سنگ :
ذرات شكسته بسيار ريز ( كوچكتر از 125 ميكرون ) سنگ آهك ، دولوميت و يا گرانيت است كه به منظور افزايش مواد پودري به كار مي رود استفاده از پوردهاي دولوميتي بدليل واكنش هاي كربنات قليايي مي تواند دوام بتن را با مشكل مواجه نمايد .
3-3-2- خاكتر بادي :
ماده اي است كه از سوختن زغال سنگحاصل مي شود و داراي خصوصيات پوزولاني است كه در بهبود خواص بتن خيلي موثر مي باشد:
3-3-3- ميكرو سيليس
ميكروسيليس در بتن خودتراكم باعث سياليت بالاي بتن شده و دوام بتن را افزايش مي دهد نقش مهمي در چسبندگي و پركنندگي بتن با عملكرد بالا دارد ميكرو سيليس داراي حدود 90 درصد دي اكسيد سيليس مي باشد .
ذكر اين تكته ضروري مي نمايد كه استفاده از پركننده در هر كشوري با توجه به ذخائر همان كشور تعيين مي شود براي مثال در كشورهاي اروپايي كه هنوز از زغال سنگ به عنوان سوخت كربني استفاده مي شود به كاربردن خاكستر بادي امري بهينه و مفيد است در كشورهايي كه به لحاظ صنعت استفاده مي شود به كاربردن خاكستر بادي امري بهينه مفيد است در كشورهايي كه به لحاظ صنعت ذوب آهن در مرحله صنعتي قرار دارند مي توان از سرباره كارخانجات ذوب آهن استفاده نمود در كشور مانيز با توجه به در دسترس بودن و همچنين كارآيي آن پركننده بايد به دنبال ماده اي مناسب و مقرون به صرفه براي جايگزيني فيلرهاي مرسوم در صنعت بتن خودتراكم اروپايي باشيم .
3-4- مواد افزدوني :
موادي هستند كه به منظور ايجاد و يا بهبود خواص مشخصي به بتن تازه و يا سخت شده در حين ساخت بتن به آن افزوده مي شوند استفاده از فوق روان كننده ها براي توليد بتن خود تراكم به منظور ايجاد كارآيي مناسب ضروري مي باشد از انواع ديگر مواد افزدني مي توان به عامل اصلاح لزجت ( ) به منظور اصلاح لزجت مواد افزودني حباب زا ( ) به منظور بهبود مقاومت در برابر بخ زدگي و آب شدن كندگير كننده ها به منظور كنترل گيرش و … اشاره نمود.
استفاده از در حضور پودرها امكان جدا شدگي دانه بندي را كاهش داده و مخلوط را يكنواخت تر مي كند ولي در استفاده از آن بايد به اثرات آنها برروي عملكرد بلند مدت بتن توجه داشت . استفاده از فوق روان كننده ها مي تواند تا حدود 20 % مصرف آب را كاهش دهند .
3-5 - آب مخلوط
مطابق استاندارد بتن هاي معمولي به كار مي رود .
4- خصوصيات ويژه بتن خودتراكم
اين بتن مي تواند براي ساخت هر نوع سازه با ويژگيهاي مطلوب دوام مقاومت و … به كار رود به لحاظ مقاومت فشاري كششي مدول الاستيسيته و … با بتن هاي معمولي فرق نمي كند و تمامي پارمترها و فرمول هاي طراحي بتن معمولي اينجا نيز كاربرد اارد بدليل استفاده از مقادير زياد مواد پودري انقباض خميري و خزش بيشتري را نسبت به بتن معمولي انتظار داريم لذا سرغت در شروع عمليات عمل آوري در بتن خودتراكم يك امر ضروري است .
جهت بررسي خواص بتن تازه مهمترين فاكتور مطرح رواني بتن مي باشد كه عموما بوسيله آزمايش اسلامپ سنجيده مي شود ولي در مورد بتن خود تراكم بايد فاكتورهاي بيشتري مورد بررسي قرار گيرد تا از توانايي بتن ساخته شده جهت تراكم خودكار اطمينان حاصل شود اين پارامترها به شرح ذيل مي باشد :
-رواني
-توان عبور
-مقاومت در برابر جداشدگي
-لزجت ( ويسكوزيته )
4-1- رواني
به قابليت جريان يابي روان و آسان بتن تازه وقتي مانعي بر سر راه آن نباشد رواني گويند اين ويژگي با آزمايش جريان اسلامپ سنجيده مي شود .
4-2- توان عبور :
به توانايي بتن خود تراكم در جاري شدن و عبور از بين فضاي كوچك شبكه آرماتور بدون توقف يا جداشدگي توان عبور گويند .
اين ويژگي با آزمايش جعبه L سنجيده مي شود.
4-3- مقاومت در برابر جداشدگي :
به توانايي بتن خودتراكم براي يكنواخت و همگن ماندن طي مراحل حمل و بتن ريزي گويند .
مقاومت در برابر جداشدگي به وسيله آزمايش پاياني الك سنجيده مي شود .
4-4- لزجت ( ويسكوزيته )
به خاصيتي كه باعث مقاومت در برابر جاري شدن سريع بتن مي گردد مي گويند بتن داراي لزجت پايين به سرعت جريان مي يابد و توقف مي كند ولي بتن با لزجت زياد مدت زمان بيشتري حركت مي كند تا متوقف شود .
اين ويژگي بوسيله آزمايش قيف V سنجيده مي شود .
5-آزمايشات بتن خود تراكم
در اينجا به اختصار اشاره اي به روش انجام آزمايشات مربوط به خواص بتن خود تراكم مي گردد .
5-1- آزمايش جريان اسلامپ
آزمايش جريان اسلامپ به منظور تعيين آزادي حركت بتن خود تراكم در سطح افق به هنگام نبود مانع صورت مي گيرد اساس آزمايش بر اصولي استوار است كه آزمايش اسلامپ معمولي بر آن پنا نهاده شده است قطر دايره اي كه بتن پس از پخش دن مي سازد معيار سنجش قابليت پر كنندگي بتن خواهد بود نتايج اين آزمايش هيچ اشاره اي به توانايي گذشتن بدون انسداد بتن از خلال موانع ندارد اما مي تواند ملاكي براي ارزيابي مقاومت در برابر جدا شدگي نيز باشد .
روش انجام آزمايش :
حدود 6 ليتر بتن مورد نياز است ابتدا بدنه ي داخلي مخروط اسلامپ را تر كنيد سپس صفحه فلزي را روي سطح متعادلي محكم كنيد استوانه در مركز صفحه قرار گرفته و داخل آنرا به كمك پيمانه از بتن پر كنيد هيچ ضربه اي نبايد به بدنه ي استوانه زده شو مواد زائد را از اطراف آن بزدايد سپس مخروط را بصورت عمودي بالا كشيده و اجازه دهيد بتن آزادانه به بيرون جريان يابد .
در همين لحظه زمان سنج را فهعال نموده و زماني را كه طول مي كشد تا بتن به قطر 500ميليمتر پهن شود ثبت نماييد اين همان جريان اسلامپ است قطر نهايي بتن پهن شده را در دو جهت عمود بر هم اندازه گيري نموده ميانگين آنها را به عنوان قطر نهايي بتن پهن شده ثبت كنيد اين اندازه جريان اسلامپ بر حسب ميليمتر است .
5-2- آزمايش جعبه L
اين آزمايش جريان يابي بتن و همچنين انسداد ناشي از فاصله ي ميلگردها را تشريح مي كند از نتيجه ي اين آزمايش شيب قرار گيري بتن در حالت توقف حاصل مي شود كه معياري براي قابليت گذرندگي با درجه اي از حدود فاصله ي ميلگردها براي گذر بتن خواهد بود قسمت افقي جعبه م يتواند 200 تا 400 ميليمتر از دريچه امتداد داشته باشد زمان براي پر شدن اين فاصله به عنوان و شناخته شده و معياري براي قابليت پركنندگي است قطر ميلگردها و فاصله آنها از هم اختياري است بر اساس قرار داد در صورت استفاده از ميلگردهاي معمولي فاصله بين آنها به مقدار سه برابر بزرگترين اندازه دانه ي سنگي در نظر گرفته مي شود .
روش انجام آزمايش :
حدود 14 ليتر بتن مورد نياز است دستگاه را روي يم سطح صاف و محكم قرار دهيد از باز شدن راحت دريچه اطمينان حاصل كنيد و. سپس آن را ببنديد سطح داخلي دستگاه را مرطوب نماييد و آبهاي اضافي را خارج كنيد قسمت عمودي دستگاه را از بتن پر كنيد به مدت يك دقيقه آن را به حال خود رها كنيد تا در محل خود قرار گيرد دريچه را باز كنيد تا بتن آزادانه به قسمت افقي دستگاه جريان يابد همزمان با باز كردن دريچه زمان سنج را فعال نموده و زمان لازم براي پهن شدن بتن در طول 200 تا 400 ميليمتر در قسمت عمودي را ثبت نماييد وقتي بتن از جريان ايستاد مقادير H ( ارتفاع بتن در انتهاي قسمت افقي دستگاه ) و H ( ارتفاع بتن در پشت دريچه ) را اندازه گيري نماييد .
نسبت انسداد را نشان مي دهد تمام آزمايش بايد در 5 دقيقه انجام گيرد مقادير و مي توانند اطلاعاتي پيرامون آساني حرمت در اختيار گذارد اما هيچ محدوده مناسبي به طور عمومي براي آنها مورد تاييد قرار نگرفته است انسداد و گير كردن درشت دانه ها در پشت ميلگردها دستگاه را مي توان به شهودي ديد .
5-3- آزمايش پاياني الك :
براي ارزيابي مقاومت در براب رجداشدگي اين آزمايش روش مناسبي در بتن خود تراكم است اساس آزمايش بر آن است كه حدود 10 ليتر بتن را به مخدت مشخصي در حالت سكون قرار داده و اجازه مي دهيم كه تمام جداشدگي دروني آن آشكار شود سپس نيمي از آن را روي الك 5 ميليمتري به قطر 30 سانتي متر ريخته روي ته الك قرار داده و مجموعه را روي صورت درصدي از مصالح اوليه روي الك بيان مي كنيم .
روش انجام آزمايش :
حدود 10 ليتر بتن براي اين آزمايش مورد نياز است بن را در سطلي ريخته و روي سطح آن را به منظور جلوگيري از تبخير با كلاهكي بپوشانيد و به مدت 15 دقيقه در حالت سكون رها كنيد وزن الك و ته الك خالي را تعيين كنيد سطح بتن را پس از گذشت زمان مقرر مورد بررسي قرار دهيد و جمع شدگي آب روي آن را در صورت وجود يادداشت كنيد بيش از 2 ليتر يا از بتن داخل سطل را در ظرف ديگري بريزي ظرف حاوي بتن را وزن كنيد تمام بتن موجود در ظرف را از ارتفاع 500 ميليمتري و در يك حركت پيوسته و مدام روي الك بريزد ظرف خالي را وزن كنيد و وزن بتن خالص ريخته شده روي الك را محاسبه نماييد ( ) اجازه دهيد تا ملات در يك دوره زماني 2 دقيقه اي از خلال الك به داخل ته الك جريان پيدا كند سپس الك را جدا نموده و وزن ته الك پر شده را محاسبه نماييد حال با داشتن وزن ته الك خالي و وزن موجود وزن ملات گذشته از الك را تعيين كنيد ( ) نسبت وزني ملات جدا شده از بتن درصد جداشدگي را تشكيل مي دهد .
درصد جداشدگي =
براي درصد جداشدگي 5 تا 15 درصد وزني از كل نمونه مقاومت در برابر جداشدگي بتن مناسب خواه بود كمتر از 5 % مقاومت بيش از حد را بدنبال دارد و به احتمال زياد روي سطح تمام شده ي بتن اثير مي گذارد ( سوراخهاي هوايي احتمالي ) در بيش از 15 % و مخصوصا بيش از 30 % يا يك جداشدگي قوي روبرو خواهيم بود .
5-4- آزامايش قيف V :
اين آزمايش به منظور اندازه گيري قابليت پر كنندگي بتن با حداكثر اندازهي دانه ي 20 ميليمتر بكار مي رود زمان لازم براي جريان پيدا كردن بتن از ميان دستگاه اندازه گيري مي شود سپس قيف دوباره از بتن پر شده و مدت 5 دقيقه در همان حالت باقي مانده و دوباره آزمايش فوق صورت مي گيرد چنانچه بتن دچار جداشدگي شد زمان جريان يابي آن بطور محسوسي افزايش مي يابد .
روش انجام آزمايش قيف V :
حدود 12 ليتر بتن براي انجام آزمايش لازم است قيف V را بصورت متعادل روي زمين قرار داده و محكم كنيد سطح دروني قيف را تر كنيد درب زانويي دستگاه را باز كنيد تا هر گونه آب مزاد تخليه شود درب زانويي را بسته و سطلي زير آن قرار دهي دستگاه را كاملا از بتن پر كنيد هيچگونه فشرده كردن پر كردن حفره ها يا ضربه زدني به بدنه ي دستگاه به وسيله ي بيلچه نبايد صورت گيرد .
10 ثانيه پس از پر شدن كامل دستگاه درب زانويي را باز كنيد تا بتن تحت وزن خود به بيرون جريان يابد زمان سنج را هنگام باز كرن درب زانويي فعال كنيد و زمان تخليه ي كامل را ثبت نماييد اين زمان مربوط به آزمايش قيف V مي باشد زمان سنج هنگامي متوقف مي شود كه بتوان نور را از بالاي دستگاه در دريچه خليه ديد همه آزمايش بايد در 5 دقيقه انجام گيرد .
روش انجام آزمايش :
سطح داخلي دستگاه را تميز يا تر نكنيد درب زانويي را بسته و قيف را بلافاصله پس از اندازه گيري زمان جريان يابي از همان بتن پر نماييد سطل را در زير قرار دهيد درب زانويي را 5 دقيقه پس از دومين پر كردن دستگاه بگشاييد و اجازه دهيد بتن آزادانه و تحت وزن خود جريان يابد همزمان با باز كردن درب زمان سنج را فعال نموده و زمان تخليه ي كامل را ثبت نماييد اين زمان همان خواهد بود براي بتن خودتراكم زمان جريان يابي 10 ثانيه اختصاص يافته است شكل معكوس مخروطي دستگاه جريان را محدود م يكند و زمان جريان يابي را طولاني مي كند اين مي تواند اشاره اي به حساسيت اختلاط نسبت به انسداد باشد پس از 5 دقيقه قرار گيري جدا شدگي بتن بطور پيوسته با افزايش زمان جريان يابي خود را نشان خواهد داد .
6-طرح اختلاط
6-1- طرح اوليه اختلاط
طرح اختلاط بتن خود تراكم را بايد به نحوي تنظيم نمود كه تمام خواص و ويژگيهاي بتن تازه و سخت شده را برآورده نمايد يك طرح اختلاط زماني مي تواند جزء گروه بتن خود تراكم طبقه بندي شود كه هر سه فاكتور زير را بطور كامل تامين نمايد .
رواني
قابليت گذر از ميان موانع
مقاومت در برابر جدا شدگي
محاسبه طرح اختلاط بر اساس واحد حجم محاسبه بهتر از محاسبه بر اساس جرم مي باشد هنوز هيچ طرح اختلاط ثابت و كاملي براي بتن خودتراكم ارائه نشده است و همه تركيبات و نسبتهاي اختلاط به صورت نسبي و تجربي بدست آمده است .
مراتب دسيابي به يك طرح اختلاط مناسب با طرح نسبتهاي اختلاط اوليه بر اساس حدود تجربي بدست آمده آغاز شده و با بررسي ويژگيهاي حاصل اصلاح نسبتهاي اوليه ختم مي شود .
حدود شاخص هاي بتن خود تراكم به قرار زير است :
نسبت حجمي پودر به آب : 8/0 تا 1/1
محتواي پودري : 160 تا 240 ليتر ( 400 تا 600 كليو گرم ) به ازاي هر متر مكعب
مقدار درشت دانه : بطور معمول 28 تا 35 درصد حجمي از مخلوط
نسبت آب به سيمان : مي تواند هر مقدار عملي باشد ولي در نهايت محتواي آب نبايد از 200 تجاوز كند ميزان ماسه بايد بيش از 50 درصد وزن كل سنگدانه ها و بيشتر از 40 درصد حجم مخلوط باشد .
6-2 - اصلاح طرح اختلاط اوليه :
آزمايش هاي لازم محيط آزمايشگاه براي باز بيني خواص اوليه مخلوط انجام مي شود تمامي شرايط از پيش تعيين شده بايد تامين گرد مخروط بايد به اندازه ي طبيعي در محل كارگاه آزمايش شود در صورتي كه عملكرد رضايت بخش به دست نيايد بايد به صورت بنيادي به طراحي محدد پرداخت بسته به مشكلات پيش آمده عكس العمل هاي زير به كار مي رود :
-استفاده از مواد مضاف يا موارد ديگر پر كننده
-اصلاح نسبت ماسه و سنگدانه درشت در مخلوط
-استفاده از يك عامل اصلاح لزجت ( )
-استفاده از نوع ديگري از فوق روان كننده كه با مصالح محلي سازگارتر باشد
-تنظيم نسبت افزودني ها به منظور اصلاح مقدار آب وبر اساس آن اصلاح محتواي پودري
6-3- مسير طراحي
در زير نمونه مسير طراحي كه توسط آكمورا در ژاپن ابداع شده آورده شدهاست نتايج حاصل از روش زير ممكن است با مقادير مندرج در قبل به عنوان طرح اختلاط يكسان نباشد .
تعيين هواي مخلوط ( عمومت 2 % ) ممكت است به سبب نياز بهمقاومت بيشتر در برابر يخ زدگي مقدار بيشتري لحاظ شود
ماسبه مقادير حجمي درشت دانه: اين ميزان به دليل برخورد سنگدانه ها و خطر توقف بتن نبايد بيش از 60 درصد حجم مخلوط شود لذا ميزان بهينه درشت دانه ها بر اساس دو پارامتر حداكثر اندازه سنگدانه و شكسته يا گرد گوشه بودنآن بدست مي آيد كاهش حداكثر اندازه سنگدانه ها و يا استفاده از گردگوشهها سبب افزايش سهم نسبي درشت دانه مي شود .
-محاسبه ميزان ماسه ميزان بهينه ماسه در حدود 40 - 50 درصد كل مخلوط مي باشد
-محاسبه ميزان نسبت آب به پودر و فوق روان كننده ها با آزمايشهاي مختلف اسلامپ و قيف V ميزان بهينه آب به مواد پودري 8/0 - 9/0 مي باشد
يا آزمايشات متعدد مي توان ميزان بهينه فوق روان كننده را نيز متناسب با كارايي مطلوب بدست آورد
در صورت عدم ارضاي مشخصات مورد نياز اولين گام تغيير تركيب مصالح خواهد بود در مرحله بعد مي توان از افزودني ديگر استفاده نمود ودر نهايت مي توان با تغيير نوع سيمان به هدف مطلوب رسيد .
مراجع :
1-امير عباس كوچكعلي ، حسين صدرات ، بتن خود تراكم وكاربرد ذرات سيليس ، تكنولوژي بتن شماره 2 آذر 82
2-محسن علي حمزه ، مصطفي شمشيري ، بتن خود تراكم و ويژگيهاي آن ، مجموعه مقالات يازدهيمن كنفرانس دانشجويي عمران 1383
3-عليرضا شاهجوئي - جاهد زاد مهر - بتن خود تراكم - مجموعه مقالات يازدهمين كنفرانس دانشجويي عمران 1383
4-سعيد شرافتي پور - بررسي خواص بتن خود تراكم - مجموعه مقالات يادهمين كنفرانس دانشجويي عمران 13
سامانه خرید و امن این
سایت از همهلحاظ مطمئن می باشد . یکی از
مزیت های این سایت دیدن بیشتر فایل های پی دی اف قبل از خرید می باشد که شما می
توانید در صورت پسندیدن فایل را خریداری نمائید .تمامی فایل ها بعد از خرید مستقیما دانلود می شوند و همچنین به ایمیل شما نیز فرستاده می شود . و شما با هرکارت
بانکی که رمز دوم داشته باشید می توانید از سامانه بانک سامان یا ملت خرید نمائید . و بازهم
اگر بعد از خرید موفق به هردلیلی نتوانستیدفایل را دریافت کنید نام فایل را به شماره همراه 09159886819 در تلگرام ، شاد ، ایتا و یا واتساپ ارسال نمائید، در سریعترین زمان فایل برای شما فرستاده می شود .
آدرس خراسان شمالی - اسفراین - سایت علمی و پژوهشی آسمان -کافی نت آسمان - هدف از راه اندازی این سایت ارائه خدمات مناسب علمی و پژوهشی و با قیمت های مناسب به فرهنگیان و دانشجویان و دانش آموزان گرامی می باشد .این سایت دارای بیشتر از 12000 تحقیق رایگان نیز می باشد .که براحتی مورد استفاده قرار می گیرد .پشتیبانی سایت : 09159886819-09338737025 - صارمی
سایت علمی و پژوهشی آسمان , اقدام پژوهی, گزارش تخصصی درس پژوهی , تحقیق تجربیات دبیران , پروژه آماری و spss , طرح درس
مطالب پربازديد
متن شعار برای تبلیغات شورای دانش اموزی تحقیق درباره اهن زنگ نزن انشا در مورد 22 بهمن