سایت علمی و پژوهشی آسمان - 2925

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

مي پسندم 0 نمي پسندم 0

اين مطلب در تاريخ: جمعه 16 خرداد 1393 ساعت: 8:00 منتشر شده است
برچسب ها : Research on Utilization of High Voltage Substations,وظايف و حدود اختيارات بهره‌برداري پست,ثبت وقايع و حوادث و شرايط بهره‌برداري,تحقیق رایگان رشته برق,تعيين حوزه عملياتي ـ وظايف و تقسيم مسئوليتها در كار بهره برداري شبكه,نحوه كد گذاري تجهيزات در پستها,علائم و شماره گذاري در دياگرام‌هاي شبكه برق,كليدها (دژنكتورها ـ سكسيونرها),ترانسفورماتورهاي قدرت,ترانسفورماتور (مبدل),سيستم خنك كاري ترانسفورماتوها,

نويسنده:مدیریت سایت

نظرات(0)

تحقیق در باره نور مرئی و فلورسانس

بازديد: 667

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,تحقیق دانشجویی,

تحقیق در باره نور مرئی و فلورسانس

جذب و بازتابش متعاقب نور توسط نمونه های ارگانیک و غیر ارگانیک اساسا ناشی از پدیده های فیزیکی همچون فلورسانس و فسفرسانس است. گسیل نور طی فرایند فلورسانس به جهت تاخیر نسبتا کوتاه مدت بین جذب و گسیل فوتون که معمولا کمتر از یک میکروثانیه است، تقریبا همزمان با جذب نور تحریک صورت می گیرد.

شرح

جذب و بازتابشمتعاقب نور توسط نمونه های ارگانیک و غیر ارگانیک اساسا ناشی از پدیده های فیزیکیهمچون فلورسانس و فسفرسانس است. گسیل نور طی فرایند فلورسانس به جهت تاخیر نسبتاکوتاه مدت بین جذب و گسیل فوتون که معمولا کمتر از یک میکروثانیه است، تقریباهمزمان با جذب نور تحریک صورت می گیرد.

دانشمند انگلیسی سر جورج جی. استاکسبرای نخستین بار در سال 1852 با مشاهده گسیل نور قرمز از فلوریت بر اثر تحریک توسطنور ماوراء بنفش این واژه را تعریف کرد. استاکس چنین بیان کرد که گسیل فلورسانسهمواره در طول موج بلندتری نسبت به نور برانگیختگی اتفاق می افتد. تحقیقات وبررسیهای اولیه در قرن نوزدهم نشان دادند که بسیاری از نمونه ها( شامل کانیها،کریستالها، رزینها، روغن، کلروفیل، ویتامینها و ترکیبات غیر آلی) زمانی نورفلورسانس از خود گسیل می کنند که در معرض تابش نور ماوراء بنفش قرار بگیرد. هرچند،از دهه 1930 به بعد بود که کاربرد فلوروکرومها در تحقییقات بیولوژیکی به منظور نشاندار کردن بافتها، باکتری و سایر پاتوژنها رواج یافت. برخی از انواع این نشانهابسیار خاص بوده و همزمان با پیشرفت میکروسکوپ فلورسانس گسترش یافتند.

تکنیکمیکروسکوپ فلورسانس از مهمترین ابزارهای کاربردی در علوم بیولوژیکی و بیوپزشکی ونیز علوم مواد به شمار می آید چراکه این میکروسکوپها مزایایی را دارند که در سایرشیوه های کنتراست با استفاده از میکروسکوپهای سنتی نوری دیده نمی شود. کاربرد یکآرایه از فلورسانسها امکان شناسایی سلولها و بافتهای سلولی فوق العاده کوچک را باویژگیهای بسیار خاص در میان ترکیبات غیر فلورسانسی میسر می سازد. در واقع،میکروسکوپ فلورسانس قابلیت آشکارسازی تک مولکولها را دارد. البته با استفاده ازبرچسب فلورسانس چندگانه ، ردیابهای مختلف قادر اند به طور همزمان چندین مولکول هدفرا شناسایی کنند. هرچندمیکروسکوپ فلورسانس نمی تواند تفکیک پذیری فضایی را در کمتراز حد پراش نمونه ها فراهم کند ، با این وجود آشکارسازی مولکولهای فلورسانس درپایینتر از چنین حدی به سهولت امکان پذیر است.

پدیده خود فلورسانس در بسیاری ازنمونه های متنوع، زمانی که در معرض تابش قرار می گیرند ،دیده می شود. پدیده ای کهبه طور گسترده در زمینه های مختلفی همچون گیاه شناسی، سنگ شناسی و صنایع مربوط بهنیمه رساناهابه کاربرده می شود. در مقابل، مطالعه بافتهای حیوانی و پاتوژنها غالبابا نور های فوق العاده کم و روشن و نیز خود فلورسانس نامعین بسیار دشوار است.هرچنددر مطالعات اخیر از فلورو کرومها ( که به آن فلوروفور نیز گفته می شود) نیز استفادهمی شود که توسط طول موجهای خاصی از نور تابشی تحریک شده و نور های با شدت معین ساتعمی کنند. فلوروکرومها که به طیفهای مرئی و مادون مرئی متصل می شود ، غالبا بازدهکوانتومی بالایی دارند( نسبت جذب فوتون به گسیل) . کاربرد میکروسکوپ فلورسانس همگامبا پیشرفتهای بیولوژیکی ،به دلیل ایجاد فلوروفورهای ترکیبی جدید با شدتهایبرانگیختگی و گسیل مشخص که به حالت طبیعی بوجود می آیند، رشد گسترده ای پیدا کردهاست.

اصول برانگیختگی و گسیل

از عملکردهای اصلی یک میکروسکوپ فلورسانس،روشن سازی نمونه ها با باند طول موجی خاص و مطلوب ودر مرحله بعد جداسازی فلورسانسگسیلیده بسیار ضعیف از نور تحریک است. در یک میکروسکوپ با ساختار مناسب ، تنها نورگسیلی است که می بایست به چشم و یا آشکارساز برسد. در ضمن معمولا تاریکی پس زمینهحدود آشکار سازی را کنترل می کند، و نور تحریک عموما چند صد هزار تا یک میلیون باراز نور فلورسانس گسیلیده روشنتر است.
در شکل 1 نمای نیم رخی از یک سیستم اپیفلورسانس مدرن در میکروسکوپ فلورسانس عبوری و انعکاسی نشان داده شده است. در یکانتهای سیستم روشنایی عمودی در قسمت مرکزی دستگاه ،منبع نوری و در انتهای دیگربرجکمکعبی فیلتر قرار گرفته است. این دستگاه از یک میکروسکوپ نوری انعکاسی پایه تشکیلشده که در ان طول موج نور بازتابی طولانی تر از نور تحریک است. ایجاد سیستمهایروشنایی فلورسانس درمیکروسکوپ فلورسانس نور بازتابی به نام Johan S. Ploemثبت شدهاست. در سیستم روشنایی عمودی فلورسانس ، نور با طول موج خاص ( ویا باند طول موجیمشخص) غالبا در طیف ماوراء بنفش و یا ناحیه آبی یا سبز طیف مرئی ، با عبور نور چندطیفی از لامپ و یا سایر منابع از یک فیلتر تحریک با طول موج انتخابی ایجاد می گردد. طول موجهایی که از فیلتر تحریک عبور می کنند ، از سطح یک آینه دو رنگ نما (کهدیکروییک نیز نامیده می شود) و یا شکافنده پرتو منعکس می شونند. چنانچه نمونه هافلوئورسان باشند و از خو نور ساتع کنند، این نور توسط عدسی جمع شده و با بازتابش ازسطح آینه دو رنگ نما به سطح فیلتر مانع( گسیل) برخورد کرده و فیلتر می شود. اینفیلتر در واقع مانع از عبور طول موجهای تحریک ناخواسته می گردد. لازم به ذکر است کهفلورسانس تنها شیوه در میکروسکوپ نوری است که طی آن نمونه ها، پس از تحریک ، از خودنور ساتع می کنند. نور ساتع شده مجددا در تمامی جهات بدون توجه به جهت منبع نورتحریک تابیده می شود.

میکروسکوپ اپی-فلورسانس از جمله پر قدرتترین تکنیکهایمیکرسکوپی نوین به شمار می آید. دراین میکروسکوپ سیستم روشنایی عمودی انعکاسی بینتیوبهای دید و محفظه رو دماغی (nosepiece)عدسی شیئی قرار گرفته است. نور تحریکابتدا از عدسی شیئی میکروسکوپ گذشته ( که در اینجا به عنوان یک کندانسور(عدسی محدب) عمل می کند) و به نمونه می تابد، در نهایت نور فلورسانس گسیل شده با استفاده ازهمان عدسی دریافت می شود. این نوع سیستم روشنایی دارای مزایای بسیاری است از جملهآنکه عدسی شیئی میکروسکوپ در ابتدا به عنوان یک کندانسور(عدسی محدب) و در مرحله بعدبه عنوان یک جمع کننده نور ایجاد کننده تصویر عمل می کند. از سوی دیگر، به عنوان یکسیستم واحد، عدسی شیئی/کندانسور همواره انطباق کاملی دارند. قسمت اعظم نور تحریکیکه به نمونه می رسد بدون رخداد هیچ گونه بر همکنشی از نمونه ها گذشته و از عدسی دورمی شود ، و سپس ناحیه روشن شده توسط عدسی چشمی دیده می شود( دراغلب موارد) . درنهایت، این روش امکان ترکیب و یا تناوب سازی بین مشاهده نور فلورانس انعکاسی ونیزدریافت تصاویر دیجیتالی را میسر می سازد.

همانطور که در شکل 1نشان داده شده است، سیستم روشنایی عمودی نور انعکاسی از یک محفظه لامپ arc-discharge در قسمت عقب ( که معمولا جیوه ای و یا زنونی است) تشکیل شده است. نورتحریک باگسیلش در راستای سیستم روشنایی عمود بر محور نوری میکروسکوپ از لنزهای جمعکننده و یک دریچه دیافراگم با قابلیت تنظیم و در نهایت یک دیافراگم زمینه (به شکل 1رجوع کنید) عبور می کند. این نور سپس به فیلتر تحریک رسیده و در آنجا باند طول موجیمطلوب انتخاب و از عبور طول موجهای ناخواسته جلوگیری میشود. طول موجهای انتخاب شده،پس از عبور از فیلتر تحریک، به آینه شکافنده اشعه دورنگ نما رسیده که به عنوان یکصافی تداخل ،طول موجهای کوتاه را بازتاب و طول موجهای بلند را عبور می دهد. اینآینه شکافنده اشعه دو رنگ نما نسبت به نور تحریک ورودی با زاویه 45 درجه قرار گرفتهو نور را بازاویه 90 درجه مستقیما به سمت عدسی شیئی و درنهایت نمونه منعکس می سازد. گسیل نور فلورسانس که توسط نمونه در معرض نور قرار گرفته ایجاد می شود ،بوسیله عدسیشیئی جمع شده و در نهایت توسط عدسی چشمی تصویر ایجاد شده دیده می شود. از آنجا کهنور گسیل شده در مقایسه با نور تحریک طول موج بلندتری دارد ،این نور قادر است تا ازآینه دورنگ نما و تیوبهای مشاهده و یا آشکارساز الکترونیکی عبور نماید.

اکثرنور تحریک متفرق شده که به آینه دو رنگ نما می رسد، به عقب به سمت منبع نوربازتابیده می شود، هرچند که مقدار ناچیزی ازآن غالبا عبورو توسط پوشش داخلی آینهجذب می گردد. پیش از انکه نور فلورسانس عبوری به عدسی شیئی و یا آشکار ساز برسد،ابتدا می بایست از فیلتر مانع عبور نماید. این فیلتر از عبور نور تحریک باقی ماندهجلوگیری کرده و نورهای گسیلی با طول موج بلندتر را عبور می دهد. در اغلب سسیستمهاینور انعکاسی، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است،فیلتر تحریک ،آینه دورنگ نما ونیز فیلتر مانع روی هم یک بلوک نوری را تشکیل می دهد( که غالبا مکعبی شکل است)میکروسکوپهای نوری نوین قادربه جا سازی 4 تا 6 مکعب فلورسانس (معمولا بر روی یکرولور گردان و از طریق یک مکانیسم لغزنده؛ شکل 1) اند و این ویژگی امکان جایگذاریسریع فیلترهای تحریک و مانع و نیز آینه های دورنگ نما را فراهم می سازد.

طراحیسیستم روشنایی عمودی می بایست به گونه ای باشد که امکان تنظیم میکروسکوپ برایروشنایی کهلر را میسر ساخته ویک دریچه روشنایی رادر میدان دید ایجاد نماید. از سویدیگر، لنزهای چگالنده اصلاح شده در سیستم نوری می بایست به گونه ای باشد که مشخصکند تصویر دریچه دیافراگم با روزنه عقب عدسی شیئی فوکوس توام است. در منابعنورمربوط به میکروسکوپهای نوین ، تصویر دریچه زمینه از پیش تنظیم شده با نمونهفوکوس شده ونیز سطح دیافراگم عدسی چشمی ثابت توام است.

محفظه لامپ منبع نورمعمولا ازیک فیلتر مانع نور مادون قرمز تشکیل شده است. محفظه لامپ می بایست به گونهای باشد که طول موجهای ماوراءبنفش را که بسیار مضر هستند از خود ساتع نکند و مجهزبه سوییچی باشد که اگر محفظه طی عملیات به طوراشتباه باز شد ، لامپ به طور اتوماتیکخاموش شود. استحکام این محفظه ها می بایست در حدی باشد که مقاومت کافی را در برابرانفجارهای احتمالی ( لامپ arc-discharge) داشته باشد. در محفظه های لامپ جدید ،سوکت لامپ مجهز به دکمه های قابل تنظیمی است که امکان تمرکز تصویر لامپ قوسی را درروزنه عقبی عدسی شیئی ( در سیستم روشنایی کوهلر، این صفحات توام هستند) فراهم میسازد. در نقاطی از مسیر نور، معمولا نزدیک به محفظه لامپ و در قسمت جلویی فیلترتحریک ، برای ممانعت کامل از عبور نور تحریک زمانی که نمونه توسط آشکارساز دیده نمیشود و تصویری از ان نیز به دست نمی آید ،وجود یک شاتر می تواند مفید وکمک کنندهباشد. علاوه براین برای انکه کاربر بتواند شدت نور تحریک را کاهش دهد ، می بایستتدارکاتی برای فیلترهای چگالی خنثی ( بر روی یک چرخ،رولور و یا لغزنده) در نظرگرفته شود.

جابجایی استوک

انرژی ارتعاشی زمانی تلف می شود که الکترنها ازحالت برانگیخته به حالت عادی باز می گردد. در نتیجه اتلاف انرژی ، طیف گسیلی یکفلوروفور برانگیخته معمولا در مقایسه با طیف جذب یا تحریک به طول موجهای بلندترتغییر می یابد (توجه داشته باشید که طول موج به طور معکوس به انرژی تابشی تغییر مییابد) که این پدیده قانون استوک یا جابجایی استوک نامیده می شود. با افزایش مقدارجابجایی استوک ، با استفاده از ترکیبات فیلتر فلورسانس ، جداسازی نور تحریک از نورگسیلی تسهیل می گردد.

پیک شدت نور گسیلی (یا جذب ) فلوروفور معمولا کمتر از طولموج و بزرگی پیک تحریک است و منحنی طیفی نور گسیلی غالبا تصویر اینه ای(یا نزدیک بهآن) است ازمنحنی تحریک، با این تفاوت که طول موجهای آن بلندتراست. همانطور که درشکل 3 برای Alexa Fluor 555 آمده است، این سیستم یک ردیاب مفید است که نور را درناحیه زرد-سبز جذب نموده و نورهای گسیلی به رنگ زرد-نارنجی را ایجاد می کند. برایافزایش شدت نور فلورسانس به حداکثر میزان، یک فلوفور( که معمولا رنگ نامیده میشود)معمولا در طول موجهایی نزدیک به پیک منحنی تحریک برانگیخته و وسیعترین محدودهممکن از طول موجهای گسیلی را که شامل پیک گسیل می گردد ،ایجاد می کند. انتخاب طولموجهای تحریک و گسیلی معمولا براساس فیلترهای تداخل صورت می گیرد(شکل 2).گذشتهازاین، واکنش طیفی یک سیستم نوری میکروسکوپی معمولا به فاکتورهایی همچون بازدهیانتقالی شیشه ای( به دلیل وجود پوششهای ضد انعکاس) ، تعداد لنزها و اجزای آینه ای ونیز سرعت عکس العمل سیستم اشکارساز بستگی دارد.

جداسازی و آشکارسازی موثر طولموجهای تحریک و گسیلی در میکروسکوپهای فلورسانس با انتخاب مناسب فیلترهایی که برایعبور و یا ممانعت از عبورباندهای طول موجی خاص در طیف ماوراء بنفش،مرئی،و زیر قرمزنزدیک مورد استفاده قرار می گیرد، انجام می شود. منابع نور عمودی فلورسانس با هدفکنترل نور تحریک با جوف گذاری فیلترهای با قابلیت تعویض آسان ( متعادل کننده هایچگالی خنثی و نیز تحریک تداخل ) در مسیر نور به سمت نمونه و مجددا در مسیر بیننمونه و تیوبهای مشاهده و یا سیستمهای آشکارساز دوربینی طراحی شده است. شایدمهمترین فاکتور در نورهای گسیلی فلورسانس با شدت نسبتا پایین ان است که منبع نوریکه برای تحریک مورد استفاده قرار می گیرد،از روشنایی کافی برخوردار باشد تا بدینترتیب شدت نور گسیلی به حد ماکزیمم رسیده و فلوروکرومها از خواص جذبی و بازده ایکوانتومی گسیلی کافی برخوردار باشد.

راندمان جذب یک فوتون توسط یک فلوروفور خاصبه مقطع عرضی مولکولی بستگی دارد و میزان احتمال جذب آن ضریب جذب نامیده می شود. هرقدرکه ضریبهای جذب بیشتر باشد، احتمال جذب یک فوتون (کوانتوم)در ناحیه طول موجیمشخص بیشتر خواهد بود. بازدهی کوانتومی در واقع نسبت تعداد کوانتومهای گسیل شده رابه کوانتومهای جذب شده ( معمولا بین 0.1 تا 1.0) نشان می دهد. بازدهی کوانتومی کمتراز 1 ناشی از اتلاف انرژی در مسیرهای غیر تابشی نظیر واکنشهای فوتوشیمیایی و یاحرارتی است. ضریب جذب و بازدهی کوانتومی که در واقع نشان دهنده شدت روشنایی منبعنور استو نیز دوام فلورسانس همگی از فاکتورهای مهمی هستند که بر شدت و استفاده ازگسیل نور فلورسانس تاثیر می گذارد.

محوسازی، فرونشانی و سفید سازیتصویر

شرایط طیفی گسترده ای بر گسیل فلورسانس بازتابش تاثیر می گذارد واز شدت آنمی کاهد. محوسازی واژه ایست که برای کاهش شدت گسیل فلورسانس مورد استفاده قرار میگیرد. سفیدسازی تصویر در واقع تجزیه غیر قابل تغییر مولکولهای فلورسانت در حالتبرانگیختگی آنهم به جهت برهمکنش با اکسیژن مولکولی پیش از گسیل می باشد. بازیافتفلورسانس پس از سفیدکاری تصویر (FRAP) ،از مکانیسمهای بسیار مفید برای بررسی تفرق وحرکت ماکرومولکولهای بیولوژیکی به شمار می اید. در این شیوه ،ناحیه مشخصی از نمونهدر معرض نور لیزری قرارمی گیرد. تکنیک کنترل اتلاف فلورسانس در سفید سازیتصویر(FLIP)برای تعیین میزان کاهش نور فلورسانس در یک ناحیه مشخص نزدیک به ناحیهسفید سازی شده به کاربرده می شود. مشابه با FRAP، تکنیک دوم نیز برای تعیین میزانتحرک و پویایی مولکولی در سلولهای زنده مورد استفاده قرار می گیرد.

در شکل 4 مثال مشخصی از سفید سازی تصویر اورده شده (محوسازی) است ،با ارائه تصاویردیجیتالی که در زمانهای مختلف از سلولهای فیبروبلاست اپیدرمیس آهوی Indian Muntjac تهیه شده است. هسته ها توسط bis-benzimidazole (Hoechst 33258؛ فلورسانس آبی رنگ میتوکندریها و آکتین کیتواسکلتون توسط یک MitoTracker Red CMXRos فلورسانس قرمز) وفالوئیدین توسط Alexa Fluor 488 فلورسانس سبز به ترتیب بی رنگ می شوند. در اینروش،وقفه های زمانی دو دقیقه ای با استفاده از یک فیلتر فلورسانس با پهناهای باندمتفاوت به گونه ای در نظر گرفته شده اند که سه فلوروفور به طور همزمان تحریک وسیگنالهای گسیلی را ثبت شونند. توجه داشته باشید که سه فلوروفور در شکل (a)4، شدتنسبتا بالایی دارند، اما شدت فلوروفور Hoechstآبی ظرف مدت دو دقیقه به شدت کاهشیافته به گونه ای که ظرف 6 تا 8 دقیقه به طور کامل از بین می رود. میتوکندری واکتینها در برابر سفیدسازی تصویر بسیار مقاوم اند،اما شدت آن به میزان زیادیدرتوالیهای دوره ای کاهش می یابد(10 دقیقه ای). فرونشانی حالت برانگیختگی منجربه کاهش شدت نور فلورسانس طی مکانیسمهای مختلفی همچون اتلاف انرژی غیر رادیواکتیومی گردد و غالبا بر اثر فاکتورهای اکسیداسیون مختلف و در حضور نمکها ،فلزات سنگین ویا ترکیبات هالوژنی رخ می دهد. در برخی موارد ، این فرونشانی ناشی از انتقال انرژیبه سایر مولکولهایی( که پذیرنده نامیده می شود) است که از نظر موقعیتی به فلوروفوربرانگیخته( دهنده) نزدیک هستند . این پدیده به عنوان انتقال انرژی رزونانس فلورسانس (FRET)نامیده می شود که عنوان مبنای تکنیکهای مختلفی به شمار می آید که به مطالعهبرهمکنشهای مولکولی با تفکیک پذیری افقی بسیار پایین می پردازد.

منابع نورفلورسانس

یکی از پیامدهای منفی سطوح گسیل پایین ،تعداد بسیار کم فوتونهایی استکه به چشم و یا آشکارساز دوربین می رسد. در اغلب موارد ، بازدهی تمرکزمیکروسکوپهاینوری کمتر از 30 درصد و تمرکز بسیاری از فلوروفورها در مسیر نوری در حد میکرومولارو نانومولار است. به منظور ایجاد شدت نور تحریک کافی با گسیلش قابل شناسایی،منابعنور کوچک و در عین حال قوی مانند لامپهای پرانرژی arc-discharge مورد نیاز است. متداولترین نوع این لامپهاعبارت اند از:لامپهای جیوه ای با ولتاژبین 50 تا 200 واتو لامپهای زنونی بین 75 تا 150 وات ( شکل 5). این منابع نور معمولا توسط یک منبعجریان مستقیم بیرونی تغذیه می شود که قدرت کافی را برای روشن سازی در حینیونیزاسیون بخار و نیز تداوم بدون کمترین میزان لرزش را دارا هستند.

منبعتغذیه بیرونی لامپ arc-discharge میکروسکوپ معمولامجهز به تایمری است که تعدادساعات کار کرده را نشان می دهد. بازدهی این لامپها ،در صورتی که بیش از طول عمرارزیابی شده (200 تا 300 ساعت) مورد استفاده قرار گیرند، کاهش یافته و حتی احتمالترکیدن آنها نیز می رود. شدت لامپهای جیوه ای در رینج طیفی بین ماوراء بنفش تامادون قرمزناچیز است و بیشترین میزان شدت ان مربوط به طیف نزدیک به ماوراء بنفش استبه گونه ای که حداکثر پیکهای شدت در حدودهای 313،334،365، 406، 435، 546 و 578نانومتردیده می شود. در طول موجهای دیگرمربوط به ناحیه نور مرئی، میزان شدت نورثابت اما چندان روشن نیست( اما در موارد بسیاری کاربرد دارد). در بازدهی روشنایی،تنها توان لامپ به عنوان یک فاکتور تعیین کننده به شمار نمی آید، بلکه روشناییمتوسط به عنوان یکی از اصلیترین پارامترها در کنار پارامترهای دیگری همچون روشناییمنبع و نیز سرعت زاویه ای گسیل محسوب می گردد.

طی دو سال گذشته، استفاده ازمنابع نور لیزری خصوصا لیزرهای آرگون-یون و آرگون-کریپتون(یون) در میکروسکوپی نوریکاربرد چشمگیر و گسترده ای پیدا کرده است. از جمله ویژگیهای این لیزرها می توان بهمنابع نور کوچک، میزان واگرایی کم، تقریبا تک کرومیوم و نیز روشنایی متوسط بالا رانام برد. کاربرد این منابع نوری خصوصا اهمیت بسیاری در میکروسکوپی همکانون پویشیپیدا کرده و به عنوان یک ابزار قدرتمند در پرداخت تصاویر فلورسانس با وضوح بالامطرح شده و این امربا رد نور غیر فوکوس که ازصفحه کانونی نمونه دور می شود ،انجاممی گیرد. میکروسکوپهای همکانون این کار را با پویش نقطه ای ویا خطی همزمان باتصویربرداری و از طریق یک دریچه مزدوج انجام می دهد. بخشهای نوری نمونه ها را میتوان در یک کامپیوتر میزبان ذخیره وبه این ترتیب تصویر نهایی را از نو ایجاد و درنهایت بر روی مانیتور نشان داد.
اصطلاحات فنی متداولی که دررابطه بافیلترهای میکروسکوپ فلورسانس به کاربرده می شود به دلیل دارابودن کدهها و حروفابتدایی متفاوتی که در مورد هر اصطلاح توسط تولید کنندگان مختلف به کاربرده می شود،بسیار گیج کننده هستند. اساسا فیلترها به سه دسته تقسیم می شونند: تحریک( غالبا بهعنوان تحریک کننده ها مطرح می شونند)، مانع(گسیل) و فیلترهای شکافنده اشعه دو رنگنما( آینه های دو رنگ نما). فیلترهای فلورسانس پیشتر از گاز رنگ شده ویا ژلاتینی کهبین دو صفحه شیشه ای قرار می گرفت، ساخته می شد. اما در حال حاضر تمایل سازندگانبیشتر به سمت تولید فیلترهای با تفکیک بالا به همراه اپتیکهای تداخلی فیلترهایتحریک بیشتر شده است که این فیلترها موجب عبور و یا انعکاس نور با طول موجهای خاصمیشوند،البته زمانی که در مسیر نور با زاویه 45 درجه قرار گیرد (مراجعه به شکل 1 و 2). فیلترهای مانع از شیشه رنگی و یا روکشهای تداخل (یا ترکیبی از هردو ) ساخته شدهاست.

اختصاراتی که توسط تولیدکنندگان برای شناسایی خواص فیلترهای تحریک بهکاربرده می شود عبارت اند از: UG (شیشه ماوراء بنفش) و BG (شیشه آبی). فیلترهای Shortpass غالبا به صورت KP ( K مخفف کلمه kurz،به معنای "کوتاه" در زمان آلمانیاست) و یا به سهولت به صورت SP مشخص می شود. برخی تولیدکنندگان، فیلترهای تداخل رابا علامت اختصاری IF نشان می دهند. البته استفاده فیلترهای تداخل تحریک باند کوتاه،خصوصا چنانچه جابجایی استوک کم باشد ،بسیار مفید و کارامد خواهند بود.

سرنامهایا اختصاراتی که در فیلترهای مانع مورد استفاده قرار می گیرد عبارت اند از: LP یا L در فیلترهای با باند بلند ، Y یا GG درشیشه های زرد یا gelb(آلمان) ، Rیا RG درشیشه قرمز،OG یا O در شیشه نارنجی، K (نوعی واژه المانی مخفف کلمه kante )درفیلترلبه ای و BA در مورد فیلترهای مانع به کار برده می شود.

اصطلاحات فنیمتداولی که دررابطه با فیلترهای میکروسکوپ فلورسانس به کاربرده می شود به دلیلدارابودن کدهها و حروف ابتدایی متفاوتی که در مورد هر اصطلاح توسط تولید کنندگانمختلف به کاربرده می شود ،بسیار گیج کننده هستند. اساسا فیلترها به سه دسته تقسیممی شونند: تحریک( غالبا به عنوان تحریک کننده ها مطرح می شونند)، مانع(گسیل) وفیلترهای شکافنده اشعه دو رنگ نما( آینه های دو رنگ نما). فیلترهای فلورسانس پیشتراز گاز رنگ شده ویا ژلاتینی که بین دو صفحه شیشه ای قرار می گرفت، ساخته می شد. امادر حال حاضر تمایل سازندگان بیشتر به سمت تولید فیلترهای با تفکیک بالا به همراهاپتیکهای تداخلی فیلترهای تحریک بیشتر شده است که این فیلترها موجب عبور و یاانعکاس نور با طول موجهای خاصمی شوند،البته زمانی که در مسیر نور با زاویه 45 درجهقرار گیرد (مراجعه به شکل 1 و 2). فیلترهای مانع از شیشه رنگی و یا روکشهای تداخل (یا ترکیبی از هردو ) ساخته شده است.

اختصاراتی که توسط تولیدکنندگان برایشناسایی خواص فیلترهای تحریک به کاربرده می شود عبارت اند از: UG (شیشه ماوراءبنفش) و BG (شیشه آبی). فیلترهای Shortpass غالبا به صورت KP ( K مخفف کلمه kurz،بهمعنای "کوتاه" در زمان آلمانی است) و یا به سهولت به صورت SP مشخص می شود. برخیتولیدکنندگان، فیلترهای تداخل را با علامت اختصاری IF نشان می دهند. البته استفادهفیلترهای تداخل تحریک باند کوتاه ،خصوصا چنانچه جابجایی استوک کم باشد ،بسیار مفیدو کارامد خواهند بود.

سرنامها یا اختصاراتی که در فیلترهای مانع مورد استفادهقرار می گیرد عبارت اند از: LP یا L در فیلترهای با باند بلند ، Y یا GG درشیشه هایزرد یا gelb(آلمان) ، Rیا RG در شیشه قرمز،OG یا O در شیشه نارنجی، K (نوعی واژهالمانی مخفف کلمه kante )در فیلترلبه ای و BA در مورد فیلترهای مانع .

فیلترهای شکافنده اشعه دورنگ نما نیز با مخففهای مختلفی نشان داده می شوندنظیر CBSبرای یک شکافنده اشعه دورنگ نما ، DM برای آینه دورنگ نما، TK برای "teiler kante"، واژه آلمانی که به معنای صافی چاکدا ر است، FT برای "farb teiler" (واژهآلمانی که به معنای شکافنده رنگ است)و RKP برای باند کوتاه انعکاس. تمامی این واژهها می بایست قابل تغییر باشد ، در حال حاضر شکافنده های اشعه دورنگ نمای جدید باپوششهای تداخل بر روی شیشه نوری ساخته می شود( در مقابل رنگهای متالیک یا ارگانیک). البته فیلمهای کوچک تداخل برای ایجاد بازتاب پذیری بالا در طول موجهای کوتاه ونیزانتقال با سرعت بالا در طول موجهای بلندتر طراحی شده اند. شکافنده های طول موجدورنگ( نما) با وضعیت قرار گیری در حالت زاویه 45 درجه در مسیر نور تحریک ، مانعهاینوری را مسیر نور فلورسانس بازتاب شده ایجاد می کند که عملکرد اصلی آنها تغییر جهتطول موجهای (کوتاه تر) تحریک انتخاب شده به سمت عدسی شیئی و در نهایت نمونه است. ازدیگر ویژگیهای این فیلترها می توان عبورنور فلورسانس با طول موج بلندتر و بازتابنورهای تحریک تفرق یافته به عقب و به سمت محفظه لامپ را نام برد .

درنمودار شکل 6 ،منحنیهای انتقال در یک فیلتر فلورسانس خاص در سیستمهای میکروسکوپی جدید نشان دادهشده است. طیف امواج فیلترتحریک (منحنی قرمز) سطح انتقال بالایی را (تقریبا 75 درصد) در حدود بین 450 تا 490 نانومتر با طول موج مرکزی(CWL) 470 نانومترایجاد می کند. اینه دورنگ (منحنی زرد) طول موجهای ناحیه طیف تحریک را منعکس می سازد ،حال انکه طولموجهای بلندتر و کوتاهتر با راندمان نسبتا بالاتری منعکس می گردد. توجه داشته باشیدکه انتقال صفر درصدی درمنحنی اینه دورنگ نما مطابق با انعکاس 100 درصدی است. شیبقابل توجه در منحنی انتقال بین حدود 450 تا 500 ، که نشانگریک پیک انعکاسی است،برای انعکاس طول موج باندهایی که از فیلتر تحریک با زاویه 90 درجه عبور وبه نمونهمی رسد،به کاربرده می شود. قسمت انتهایی این سیستمها فیلتر مانع یا گسیلی ( منحنیسفید) است که موجب انتقال طول موجها در ناحیه نور مرئی سبز درحدود بین 520 تا 560نانومتر می گردد.
محدوده های بین باندهای طول موجی انتقالی و انعکاس به گونه ایاست که شیب ان برای جداسازی تقریبا کامل طول موجهای بازتابی و انتقالی کافی است. الگوی تابیدگی بالا و پایین اسپایکها که در طیف امواج اینه دورنگ(نما) دیده می شوداز مهمترین تاثیرات این فرایند به شمار می آید. عملکرد این ترکیب فیلتری چشمگیر ونوعی دمونستراسیون اشکارآن ازجمله پیشرفتهای است که در تکنولوژی فیلتر تداخل بااستفاده از فیلمهای نازک صورت گرفته است.
فهرست واژه ها و اصطلاحات فیلتر کهتوسط نیکون به کاربرده شد، ازمجموعه واژگانی مشتق شده که کاربرد آن به اوایل دهه 1990 بازمی گردد. دران زمان، تمامی ترکیبات فیلتری متممی نیکون با کمک تکنیک اسپاتربا پوششهایی از جنس سخت ایجاد شدند ، اما دربسیاری از فیلترهای در دسترس متداول ازشیوه های پوششی نرمتراستفاده می شود. از جمله ویژگیهای پوششهای نرم آن است که نسبتبه کاهشهای دمایی و رطوبتی حساستر اند ولذا می بایست با در مقایسه با فیلترهای باپوشش سخت با دقت بیشتری از آنها استفاده کرد.اگاهی از فهرست واژه ها و لغات کدفیلتر نیکون مکانیسمی را برای تعیین سریع اینکه آیا مجموعه به قدر کافی برای یکفلورورخاص کاربرد دارد یا خیر،کمک می کند.
نخستین حرف در کد نامگذاری حرفی -عددی اختصاصی در فیلترها ناحیه طیفی تحریک طول موجی( برای مثال UV, V, B و G که بهترتیب اختصارات ساده ای برای طول موج ماوراء بنفش، بنفش، آبی و سبز می باشد)را نشانمی دهد. از سوی دیگر، رقمی که پس از کد تحریک قرار می گیرد ،به پهنای نوار گذرفیلترتحریک بستگی دارد: 1 برای تحریک باند کوتاه، 2 برای تحریک باند عرض و متوسط و 3برای تحریک باند بسیار عریض. در نهایت، یک یا دو حرفی که پس از رقم مربوط به اندازهنوار گذر تحریک قرار می گیرد ،ویژگیهای فیلترمانع را مشخص می سازد. کد A نشان دهندهیک فیلتر مانع با نوار گذر استاندارد با کمترین طول موج است، حال آنکه کدB طول موجبالاتری را برای یک فیلتر گسیل با نوار گذر طولانی تر نشان می دهد. فیلترهای گسیلنوار گذر با حرف E (به معنای "افزایش یافته") مشخص می شونند . فیلترهای E/C ،واحدهای تداخل با پوشش نرم است که برای بهبود کارایی در ردیابهایی همچون DAPI, FITC, TRITC و Texas Red.طراحی شده اند.

میکروسکوپ نوری از آنجا که ازنورهای مرئی برای شناسایی اجسام کوچک استفاده می کند ، از جمله متداولترین وپرکاربردترین ابزارهای تحقیقاتی در مطالعات بیولوژیکی به شمار می آید. هرچند هنوزهم بسیاری از دانش آموزان و معلمان از مزایای میکروسکوپهای نوری به طور کامل اگاهنیستند. از آنجا که بسته به کیفیت و نیز چند کاربری بودن میکروسکوپ ،قیمت اینمیکروسکوپها نیزافزایش می یابد، لذا کاربران برنامه های آکادمیک نمی توانند از آنهااستفاده کنند. انواع گرانقیمت این میکروسکوپهای نوری تصاویر جالبی را در اختیاردانش اموزان قرار داده و تجارب آنها را نیز افزایش می دهد.
بزرگترین چالشهایی کهیک تازه کاردرحین مشاهده اجسام ریز توسط میکروسکوپها با بزرگنمایی مناسب برخورد میکند عبارت اند از:

•دستیابی به کنتراست مطلوب

•یافتن صفحه کانونی

•دستیابیبه تفکیک پذیری ایده ال

•تشخیص نمونه زمانی که توسط میکروسکوپ مورد مطالعه قرارمی گیرد.

از این میکروسکوپها برای مشاهده اجسام بسیار ریز همچون باکتریهابا بزرگنمایی 100x استفاده می شود. البته این اجسام توسط میکروسکوپهای زمینه روشنقابل مشاهده نیستند. در ادامه به شرح انواع اپتیکهایی که برای دستیابی به کنتراستمطلوب مورد استفاده قرار می گیرد،همین طورارائه روشهایی برای یافتن و نیز فوکوس برروی نمونه وارائه روشهایی برای استفاده ازابزارهای اندازه گیری توسط میکروسکوپ نوریپرداخته می شود

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

مي پسندم 1 نمي پسندم 0

اين مطلب در تاريخ: جمعه 16 خرداد 1393 ساعت: 7:55 منتشر شده است
برچسب ها : Investigate the visible light and fluorescence,اصول برانگیختگی و گسیل,جابجایی استوک,محوسازی، فرونشانی و سفید سازی تصویر,

نويسنده:مدیریت سایت

نظرات(1)

بررسي شبكه‌هاي فشار ضعيف و 20 كيلوولت و راههاي پيشگيري از حوادث آنها

بازديد: 439

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,تحقیق دانشجویی,

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

6ـ بكارگيري امكانات وابزار آلات مناسب بمنظور ايمني پرسنل وتجهيزات

7ـ استفاده از فيوز و المنتهاي مناسب واستاندارد شده با در نظر گرفتن كردينه شبكه و انشعابات مربوطه

8ـ برنامه ريزي در جهت سرويس و آزمايش ساليانه روي تجهيزات و رله هاي عمل كننده

9ـ مطالعه وبكار گيري روشهاي علمي جهت جلوگيري از فرسودگي تجهيزات شبكه

10ـ ارائه آموزشهاي فني و ايمني تخصصي به پرسنل مربوطه و تامين جاني و مالي آنها

11ـ پاسخگو بودن مسئولين زيربط در كليه موارد

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.

Text Box: 85
db 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.

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

مي پسندم 0 نمي پسندم 0

اين مطلب در تاريخ: جمعه 16 خرداد 1393 ساعت: 7:52 منتشر شده است
برچسب ها : حوادث ناشي از اينكه شبكه‌ها از دو نظر قابل بحث مي‌باشد,ميزان امپدانس بدن در ولتاژهاي فشار ضعيف,تحقیق و و مقاله رایگان رشته برق,

نويسنده:مدیریت سایت

نظرات(0)

تحقیق و مقاله درباره نیمه رسانا

بازديد: 585

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,تحقیق دانشجویی,

1 بیان ساده شده نظریه نیمرسانا

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، E_eb،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 E_ebبه 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 I_CBO 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، I_CBO. دو مؤلفه اول جريانهايي هستند كه به خارج از بيس جاري شده و روي هم رفته از I_CBO 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، I_E ، برابر است با مجموع جريانهاي كلكتور و بيس، به ترتيب Ic و I_b .

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، V_cb 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، I_c ، و جريان ورودي جريان اميتر، I_e، 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 E_s ولت مقدار مؤثر (r.m.s) و مقاومت داخلي R_s اهم است كه به دو سر ورودي آن وصل شده است. منبع تغذيه متناوب با ولتاژ اميتر- بيس، E_eb 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، E_cb، 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 h_fb 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 E_be با پيش ولت موافق بوده و پيوند كلكتور - بيس از طريق پتانسيلي برابر (E_be - E_ce) با پيش ولت مخالف است. اما، چون ولتاژ باتري پيش ولت كلكتور - اميتر E_ce بسيار بزرگتر از ولتاژ پيش ولت اميتر- بيس E_be است، ولتاژ پيش ولت مخالف را مي توان صرفاً برابر E_ce 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 E_s ، پيش ولت موافق پيوند اميتر- بيس افزايش مي يابد، و بدينسان جريان اميتر، I_e، به اندازه I_cδ افزايش پيدا مي كند. جريان كلكتور نيز به اندازه= h_fbΔi_eI_cδ 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 I_c و هم V_ce 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 I_CBOنام دارد.

بهره جريان اتصال كوتاه h_fb 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 6/8mA تغيير مي يابد و از اينرو h_fb برابر2/9/¹ 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 V_ce 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 I_Cو I_bو V_ce 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، h_fe، ترانزیستور بکار گرفت، زیرا برای مقدار ولتاژ کلکتور- امیتر V_ce مشخصی، تغییر جریان در کلکتور، Icδ را بر اثر تغییر جریان بیس، I_bδ می توان با تصویر کردن از روی منحنیهای مناسب به دست آورد. بنابراین به ازای V_ce=-47 تغییری در جریان بیس از Aμ40-تا Aμ60- ، یک تغییر جریان کلکتور از 12 تا mA9/2 در پی دارد.

جریان نشتی کلکتور، I_CBO، 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، I_CBO 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 A مقادیر 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. r_a ، مقاومت a.c. ی آنود

ب. g_m ، 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 Y اعمال 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 h_fe ترانزيستور 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 -I_minI_max 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 V_gbنيروي محركه الكتريكي پيش ولت باتري و R_g مقاومتي است كه يك مسير جريان مستقيم براي پيش ولت براي اعمال به شبكه را فراهم مي آورد. مقاومت R_g بزرگ، در حدود 5/0 الي يك مگا اهم اختيار مي شود، بطوريكه مسير سيگنال را موازي نكند. هيچ جريان مستقيمي در R_g 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 I_k لامپ در مقاومت كاتود R_k جاري مي شود و يك ولتاژ، I_k R_kولت، 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 R_k به وجود مي آيد، منفي است. مقدار R_k 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، V_out 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 p ولتي 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.

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد

منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید

مي پسندم 2 نمي پسندم 0

اين مطلب در تاريخ: جمعه 16 خرداد 1393 ساعت: 7:12 منتشر شده است
برچسب ها : Semiconductor Research and Essays,بیان ساده شده نظریه نیمرسانا,دیودهای نیمرسانا,ديودهاي اتصال- نقطه اي,انواع ديودها و كاربرد آن ها,انواع ترانزيستور,طرز كار ترانزيستور,اتصال بيس- مشترك,مشخصه هاي ايستايي ترانزيستور,مشخصه استايي بيس- مشترك,مشخصه خروجي بيس - مشترك,مشخصه ايستايي اميتر- مشترك,لامپ های گرمایونی,گسیل گرمایونی,مواد کاتود,گرم کردن کاتود,لامپ پرتوکاتودی,کانونی کردن الکتریکی و انحراف الکتریکی,لامپهاي تلويزيون رنگي,

نويسنده:مدیریت سایت

نظرات(0)

تحقیق درباره روشهاي كاهش مصرف انرژي الكتريكي الكتروموتورها

بازديد: 275

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,تحقیق دانشجویی,

روشهاي كاهش مصرف انرژي

الكتريكي الكتروموتورها

مقدمه

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.

7- موتورهايي كه مجدداً پيچيده مي‎‎شوند (موتورهاي سوخته‎‎اي كه سيم‎‎پيچي آنها عوض مي‎شود)

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.

براي ديدن ساير اقدام پژوهي هاوگزارش تخصصي ها وتحقيقات ديگر برروي لينک هاي زيرکليک کنيد