جَهىريخ اىؼراق وزارح اىزرثيخ اىَذيريخ اىؼبٍخ ىيزؼييٌ اىَهني اىؼيىً اىظنبػيخ اىظنبػي /االجهسح اىطجيخ اىثبني رأىيف حبٌب حسن شهاب علً هاشم جبر كاظم جواد أحمد شروق محمود محمد عصام حٌدر جاسم علً عبد الحسٌن علً اىطجؼخ اىزبسؼخ 1442هـ ً2020- 2 المقدمة ٌتمٌز إختصاص األجهزة الطبٌة بكثرة تطبٌقاته التً تهدؾ الى كشؾ الحاالت المرضٌة لجسم اإلنسان .لذلك تنوعت مبادئ هذه األجهزة وأصبح لكل منها مبدأ عمل خاص به ،باإلضافة الى تطورها المستمر ،حٌث تم إعداد وتألٌؾ كتاب العلوم الصناعٌة – الصؾ الثانً – المكون من سبعة عشر فصال ،تضمنت المبادئ الكهربابٌة واإللكترونٌة ،و مبادئ النظام الرقمً ،ومبادئ االتصاالت ،ومبادئ تولٌد الموجات الكهرومؽناطٌسٌة ،حٌث أنواع هذه الموجات وخصابصها وتطبٌقاتها الطبٌة كما فً جهاز االشعة فوق البنفسجٌة وتحت الحمراء ،وضم الفصل األخٌر بعض أنواع األجهزة الطبٌة المختبرٌة كجهاز المجه ر ،والمٌزان ،وجهاز الطرد المركزي، الطٌؾ الضوبً ،وجهاز قٌاس نسبة الهٌموكلوبٌن وقٌاس نسبة الحامضٌة. تناولت بعض الفصول مواد تطبٌقٌة فً األجهزة الطبٌة كما فً فصل الكترونٌات القدرة ،والمكبرات الكهروحٌاتٌة ،والتضمٌن ،وفصل أجهزة التوقٌت، وقد حرصنا على إعداد الكت اب بما ٌتالبم مع المستوى العلمً لطلبتنا األعزاء ،راجٌن منهم االستفادة من المواد العلمٌة بأقصى ما ٌمكن ،والتعاون مع الهٌبة التدرٌسٌة لتحقٌق الفابدة المطلوبة منها ،متمنٌن من هللا التوفٌق فً تقدٌم هذا العمل ،وآملٌن من األساتذة والمدرسٌن والمختصٌن أن ٌرفدونا ب مالحظاتهم ومقترحاتهم حول الكتاب لإلستفادة منها فً الطبعات الالحقة. ومن هللا التوفٌق المؤلفون 3 المحتوٌات العنوان رقم الصفحة المقدمة 3 الفصل االول -الثنابً 17-5 الفصل الثانً – انواع الثنابٌات واستخداماتها 28-18 الفصل الثالث – الترانزستور ثنابً القطبٌة 37-29 الفصل الرابع – تطبٌقات الترانزستور 49–38 الفصل الخامس – ترانزستور تأثٌر المجال 56–50 الفصل السادس – مكبرات القدرة 64–57 الفصل السابع – استجابة المكبر للترددات والمكبرات المنؽمة 71–65 الفصل الثامن – المذبذبات 81–72 الفصل التاسع – الدوابر المتكاملة 88 –82 الفصل العاشر – المكبرات الكهروحٌاتٌة 104 –89 الفصل الحادي عشر -المرشحات الفعالة 113–105 الفصل الثانً عشر – التضمٌن وإزالة التضمٌن 124–114 الفصل الثالث عشر -الكترونٌات القدرة 133–125 الفصل الرابع عشر – الموجات الكهرومؽناطٌسٌة وتطبٌقاتها 151–134 الفصل الخامس عشر – مبادئ الحاسوب االلكترونً 175 –152 الفصل السادس عشر – اجهزة التوقٌت 181–176 الفصل السابع عشر – االجهزة الطبٌة المختبرٌة 204-182 4 الفصل األول اىثنبئي Diode االهذاف: اىهذف اىؼبًٌ :هدؾ هذا الفصل إلى التعرؾ على استخدام الثنابً فً التطبٌقات االلكترونٌة. االهذاف اىخب طخ :بعد اكمال هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان: ٌ - 1تعرؾ على تطبٌقات الثنابً وهً المقومات بانواعها ;مثل تقوٌم الموجة الكاملة،وتقوٌم نصؾ الموجة. ٌ - 2تعلم حساب عامل التموج. ٌ - 3درس كٌفٌة ترشٌح الموجة وانواع المرشحات. ٌ - 4درس مضاعؾ الفولتٌة بانواعه. ٌ - 5درس دا برة قطع الفولتٌة بانواعه. 5 اىفظو األوه اىثنبئي Diode ٍ 1–1راجؼخ ػبٍخ ىيثنبئي لقد علمت من خالل دراستك لموضوع الثنابً فً الصؾ األول ،ان الثنابً له طرفان هما االنود ( )aوهو الطرؾ الموجب ،والكاثود ( )kوهو الطرؾ السالب كما موضح فً الشكل (.)1-1 شكل 1-1الثنائً (ا) رمز الثنا ئً (ب) شكل الثنائً والشكل (ٌ )2-1وضح اشكال مختلفة من الثنابٌات. شكل 2-1اشكا ل مختلفة من الثنائٌات 6 ٌوجد احتماال ن لتوصٌل الثنائً مع مصدر التٌار الكهربائً وهما: أ -اىزىطيو ثبألنييبز األٍبٍي ()Forward Bias وفٌه ٌوصل انود الثنابً إلى الطرؾ الموجب من البطارٌة أو المصدر،وٌوصل كاثود الثنابً إلى الطرؾ السالب من البطارٌة أو المصدر ،فً هذه الحالة ٌمر تٌار بسهولة وتكون مقاومة الثنابً قلٌلة والشكل (ٌ )3-1وضح األنحٌاز األمامً للثنابً. شكل 3 -1األنحٌاز األمامً للثنائً ة – اىزىطيو ثبألنييبز اىؼنسي ()Reverse Bias فً هذا األنحٌاز ٌوصل انود الثنابً إلى الطرؾ السالب للبطارٌة ،وٌوصل كاثود الثنابً إلى الطرؾ الموجب للبطارٌة .فً هذه الحالة ٌتصرؾ الثنابً كدا برة مفتوحة ( ،)Open Circuitوٌمنع مرور التٌار الن مقاومته ستكون عالٌة جدا ،والشكل (ٌ )4-1وضح األنحٌاز العكسً للثنابً. شكل 4-1األنحٌاز العكسً للثنائً 7 2-1رطجيقبد اىثنبئي ()Diode Applications ان من اهم تطبٌقات الثنابً هو استخدامه فً الدوابر اآلتٌة: ا -دوا ئر تقوٌم نصف الموجة Half- Wave Rectifiers ب -دوائر تقوٌم الموجة الكاملة Full- Wave Rectifiers وقبل البدء بشرح هذه التطبٌقات البد لنا ان نفهم ماهو التقوٌم والي اؼراض ٌستخدم .ان معظم االجهزة االلكترونٌة تحتاج الداء عملها إلى مصدر للتٌار المستمر ،وتعتبر البطارٌات من اشهر مصادر التٌار المستمر النقً ،وكما نعلم ان االجهزة االلكترونٌة كالتلفزٌون ،والعقول اال لكترونٌة تؽذى من مصادر التٌار المتناوب ) )A.Cذات الفولتٌة ) )220 Vوبتردد ( .)50 Hzولتؽذٌة مراحل هذه االجهزة بالتٌار ا لمستمر تستعمل خاصٌة (سماح الثنا بً لمرور التٌار فً اتجاه واحد) .فالثنابً هنا ٌقوم بتحوٌل الموجة الخالٌة من مركبة التٌار المستمر إلى موجة ذات قٌمة متوسط ،اي لها مركبة تٌار مستمر. تسمى هذه العملٌة بالتقوٌم أو التوحٌد ( ،)Rectificationوٌطلق على الثنابً هنا بالمقوم ).)Rectifier 3-1رقىيٌ نظف اىَىجخ ()Half-Wave Rectifier ٌوضح الشكل ( )5-1دابرة تقوٌم نصؾ موجة ،حٌث ٌوصل الثنابً بمصدر التٌار المتناوب عن طرٌق محول: شكل 5-1تقوٌم نصف الموجة ٌظهر الثنابً مقاومة قلٌلة باألتجاه األمامً ،وبدخول النصؾ الموجب من الموجة الداخلة( 𝑣) فانها ستؤدي إلى سرٌان تٌارخالل الثنابً. )……….(1-1 i=𝐼 Sin wt حٌث ٌمثل 𝐼 ا عظم قٌمة للتٌار. أما عند دخول النصؾ الثانً من الموجة (النصؾ السالب) فال ٌسري تٌارفً الثنابً خالل زمن هذه الموجة وٌكون الثنابً عندب ٍذ منحازا عكسٌا. توجد مركبة للتٌار المتناوب فً موجة التٌارٌ.مكن اٌجاد قٌمتها الفعالة ( )Value Effectiveالتً تسمى عا دة ً بجذر متوسط التربٌع ()Mean Root Square )……..(2-1 8 𝐈 √ = 𝐈 Iالقٌمة الفعالة للتٌار وا لتً تحتوي على مركبتٌن ( )ACو)(DC تمثل وبما ان 𝑉 تمثل الفولتٌة المستمرة الخا رجة لتقوٌم نصؾ ال موجة وٌمكن حسابها بالقانون االتً: = )…… (3-1 V = V ؽٛش اٌ = πانُسجخ انضبثزخ = 3.14 ٍ 4 -1ؼبٍو اىزَىج ()Ripple Factor من مالحظة الموجة الخا رجة من مقوم نصؾ الموجة فً الشكل ( )5-1نجد ان التٌار ال ٌكن مستمرا تماما انما ٌحتوي على مركبة يزُبٔثخ ،وفً حقٌقة األمر التوجد دا برة تقوٌم مهما كا نت معقدة اال واحتوت على مركبة يزُبٔثخ كما موضح بالشكل (.)6-1 شكل 6-1معامل التموج وٌمكن معرفة كمٌة المركبة المتناوبة فً خارج دابرة التقوٌم بحساب معامل التموج ( )Ripple Factorالذي ٌساوي: القٌمة الفعالة للمركبة المتناوبة من الموجة القٌمة المستمرة للموجة = )…… (4-1 =r =r ان مركبة التٌار المتناوب فً مقوم نصؾ ا لموجة ٌزٌد على مركبة التٌار المستمر مما ٌعنً عدم صالحٌة هذه الدا برة فً كثٌر من التطبٌقات .ومن الجدٌر بالذكر ا نه ٌمكن تقلٌل عامل التموج ( )rفً هذه الدابرة باضافة دوا بر ترشٌح ) ،)Filtersكما سٌاتً شرحها الحقا. 9 ( )5-1رقىيٌ ٍىجخ مبٍيخ (ٔ -: )Full-Wave Rectifierإَٔاعّ )1رقىيٌ ٍىجخ مبٍيخ ثبسزخذاً ٍيىه رو نقطخ وسطيخ ()Full-Wave Rectifier ٚالؽظ يٍ دائشح رقٕٚى َصف انًٕعخ اٌ انؾًم ٚغٓض ثبنزٛبس خالل َصف انًٕعخ فقظ أيب انُصف انضبَ ٙفٛزْت سذٖ ٔ ،يٍ انًًكٍ اسزغالل انُصف االخشاٚضب نضٚبدح كفبءح ا نزقٕٚىٔ .نهؾصٕل عهٗ قذسح راد رٛبس يسزًش أكجش ٔراد يعبيم رًٕط افضمٔ ،رسًٗ انذائشح انز ٙرسزغم كأيم انًٕعخ ثزقٕٚى يٕعخ كبيهخ )ٔ )Full- Wave Rectifierانشكم (ٕٚ )7-1ضؼ دا ئشح ثسٛطخ نٓزا انُٕع. فولتٌة الدخل شكل 7-1مقوم موجة كاملة باستخدام ثنائٌٌن تحتوي هذه الدا برة على ثنا بٌٌن ٌقوم كل منهما بعمل مقوم نصؾ موجة ،وتتم عادة ًعملٌة تقوٌم الموجة الكاملة باستعمال محول ذي نقطة وسطٌة (.)Centre Tap هناك فرق فً الطور قدره ( )1801بٌن النصؾ االعلى واالسفل للملؾ،ولذلك فان الثنابً ( 𝐷) سوؾ ٌسمح بمرور التٌار خالل نصؾ الموجة الموجب من فولتٌة ( 𝑉( فً النصؾ العلوي ،بٌنما الٌسمح الثنابً ) 𝐷( بمرور التٌار وذلك الن الفولتٌة ( 𝑉) فً النصؾ ا لسفلً ستكون سالبة فً تلك الفترة .أما خالل فترة النصؾ الثانً من الموجة ،فان ( )D1سٌمنع مرور التٌار ( 𝑖) بٌنما ٌسمح ( 𝐷) بمرور التٌار ( 𝑖) .وهكذا ٌتناوب الثنابٌان فً امرار التٌار ،وبما ان التٌار ( )iالمار خالل مقاومة الحمل ٌساوي مجموع التٌارٌن ( 𝑖) و ( 𝑖 ) ،فا نه سٌكون موجودا فً كال نصفً الموجة كما موضح بالشكل ( .)6-1لذلك ٌكون تٌار الحمل ا لمستمر فً هذه الحالة ضعؾ ما هو علٌه فً دابرة تقوٌم موجة كاملة .ومما ٌجدر مالحظته ان فً دابرة تقوٌم موجة كاملة ،عندما ٌكون احد الثنابٌٌن موصال ٌكون االخر فً حالة أنحٌاز عكسً .ان الفولتٌة عبرالثنابً تكون: 𝑽V=𝑽 +𝑽 = 2 )....... (5-1 وهذا ٌعنً ان فولتٌة الذروة العكسٌة هً ضعؾ ماهً علٌه فً دابرة تقوٌم نصؾ موجة لذلك ٌجب اختٌار الثنابً هنا بحذر أكبر. عامل التموجٌ :كون اقل مماهو علٌه فً تقوٌم نصؾ موجة ،لذلك ستكون عملٌة الترشٌح اسهل خاصة ً وان التردد فً خارج تقوٌم موجة كاملة ٌساوي ضعؾ التردد االساسً لتقوٌم نصؾ موجة. 10 )2رقىيٌ ٍىجخ مبٍيخ اسزخذاً رىطييخ ا ىقنطرح ()Bridge Rectifier ان هذا النوع من المقومات ٌستؽنً عن استخدام محول ذي نقطة وسطٌةٌ .تكون المقوم القنطري من اربع ثنابٌات ،وتربط بالطرٌقة المبٌنة بالشكل (.)8-1 شكل 8-1المقوم القنطري تسلط الفولتٌة المتناوبة بٌن ( Aو )Bفان التٌار ٌسري من ( )Aموجبا بالنسبة إلى ( )Bفان التٌار ٌسري من ( )Aخالل الثنابً ( 𝐷) إلى مقاومة الحمل وٌكمل دورته راجعا إلى النقطة ( )Bعن طرٌق ( 𝐷) .وعندما ٌكون جهد ( )Bموجبا بالنسبة إلى ( )Aفان التٌار سٌسري إلى الحمل من ( )Bعن طرٌق الثنابً ( 𝐷) وٌكمل دورته راجعا إلى النقطة ( )Aعن طرٌق ( 𝐷( ،وهكذا ٌسري تٌارخالل الحمل فً كال نصفً الموجة. مزاٌا تقوٌم القنطرة -1فولتٌة الذروة ا لعكسٌة تكون نصؾ ما هو علٌه فً دابرة تقوٌم موجة كاملة باستخدام ثنابٌٌن. -2تستعمل ا لقنطرة نصؾ عدد لفات الملؾ الثانوي المطلوب استعماله مع دابرة تقوٌم موجة كاملة بثنابٌٌن. 6-1المرشحات ()Filtering تحتوي الموجة الخارجة من دوابر الم قوم على نسبة تموج ٌجب تقلٌلها إلى اقل ماٌمكن ،وٌتم ذلك باضافة اداة ترشٌح ( ،)smoothingومن ابسط انواعها هً المتسعة .وٌبٌن الشكل ( )9 -1دابرة تقوٌم نصؾ موجه مع متسعة ( )Cمربوطة على التوازي مع الحمل .)Shunt Capacitor( R شكل 9-1ثنائً تقوٌم نصف موجه مع مرشح متسعة 11 ان المتسعة ( )Cتشحن اثناء مرور التٌار خالل الثنابً ،وعند وصول الفولتٌة عبر المتسعة إلى القٌمة العظمى ( 𝑉 ) .وتتوقؾ عملٌة الشحن عندما ٌنحاز الثنابً عكسٌا ،حٌنب ٍذ تبدا المتسعة بتفرٌػ شحنتها خالل مقاومة الحمل ( )Rحتى اللحظة التً ٌنحاز فٌها الثنابً أمامٌا مرة اخرى. ومن مالحظة شكل الموجة الخارجة من دابرة الترشٌح ،نجد ان نسبة التموج لالشا رة قد قلت بشكل كبٌر ،وهكذا ساعدت المتسعة ( )Cعلى تقلٌل المركبة المتناوبة. وبما ان مقاومة الحمل ثابتة فان تقلٌل المركبة ا لمتموجة تتم بزٌادة قٌمة المتسعة ( )Cوٌجب مالحظة ان قٌمة المتسعة المستخدمة هً بالماٌكروفاراد ،ومن النوع الكٌمٌاوي ((Electrolytic وتكون مستقطبة ( )Polarizedمما تتطلب ا لحذر عند ربطها ،وذلك بربط طرفها الموجب إلى طرؾ االخراج الموجب. وفٌما ٌلً شرح لكل دائرة: ا -الشكل (ا) :استعمل ملؾ بالتوالً مع دابرة التقوٌمٌ ،بدي الملؾ ممانعة عالٌة اتجاه التٌارالمتناوب (حٌث الممانعة 𝐿𝐹𝜋 ،) 𝑋 = 2ومن ممٌزات هذا النوع من المرشحات ان عامل التموج لفولتٌة الخرج ٌكون اقل بكثٌر من (مرشح ا لمتسعة) ،وكذلك ٌمنع الملؾ حدوث التٌارات العالٌة التً تحدث لفترة قصٌرة فً مرشح المتسعة .وبذلك ٌقوم الملؾ بحماٌة ثنابٌات التقوٌم .وٌفضل استخدام مرشح الملؾ عندما ٌكون تٌار الحمل عالٌا ،حٌث ٌكون عامل التموج قلٌال كلما زاد تٌار الحمل (اي عكس ما هو علٌه فً مرشح المتسعة) ،ولذلك ٌستعمل هذا المرشح مع تقوٌم الموجة الكاملة فقط كما فً الشكل (أ). الشكل (أ) ب -الشكل (ب)ٌ :وضح مرشحا ٌجمع بٌن فا بدة مرشح الملؾ،عندما ٌكون تٌار الحمل كبٌرا وبٌن مرشح المتسعة الذي ٌالبم الدوابر ذات تٌار حمل قلٌل .عامل التموج فً هذا المرشح هو افضل من المرشحٌن السابقٌن ،ولكن لوجود ا لملؾ فً طرٌق ثنابٌات التقوٌم فان فولتٌة الخرج التكون عالٌة كما فً الشكل (ب). الشكل (ب) ج -الشكل (ج) :فً هذا النوع تضاؾ متسعة عبر دابرة التقوٌم ماقبل الملؾ ،وذلك لزٌادة فولتٌة الخرج ،أما عامل التموج فً دابرة الترشٌح فهو االحسن كما فً الشكل (ج). الشكل (ج) 12 د -الشكل (د)ٌ :مكن استخدام مقاومة بدال من الملؾ الذي ٌكون حجمه كبٌرا وؼالٌا بالكلفة ،وفً هذه الحالة ستكون مقاومة خارج المرشح عالٌة ،لذلك ٌستعمل هذا النوع من المرشح مع تٌارات ثابتة وقلٌلة .وهناك أمكا نٌة تسلسل مقاطع من هذه المرشحات مع بعضها البعض لنحصل على معامل تموج افضل كما فً الشكل (د). الشكل (د) 7-1مضاعف الفولتٌة ()Voltage Multiplier من تطبٌقات الثنابً مضاعؾ الفولتٌة ،وهو عبارة عن مقومً فولتٌة أو اكثر ،وٌقوم بانتاج فولتٌة مستمرة تساوي اضعاؾ فولتٌة الداخل ( 𝑉 ،)3𝑉 ( ،)2أو ( 𝑉 ،)4وهكذا........ وٌستخدم هذا النوع من الدوابر فً التطبٌقات التً تحتاج إلى فولتٌة عالٌة وتٌار قلٌل مثل انبوبة االشعة المهبطٌة (( )Cathode Ray Tubeوهو صمام الصورة فً جهاز التلفزٌون) ،وفً راسم االشارة Oscilloscopeوفً عارضات الحاسبة االلكترونٌة. 8-1مضاعف الفولتٌة إلى الضعف ()Voltage Doubler مضاعؾ الفولتٌة إلى ا لضعؾ نحصل علٌه من ربط ثنابٌٌن معا عند مرور النصؾ السالب من اشارة الدخل ٌنحاز ( 𝐷) أمامٌا و ( 𝐷( ٌنحاز عكسٌا ،فتنشحن المتسعة ( 𝐶) إلى الفولتٌة العظمى ( 𝑉) وبالقطبٌة المبٌنة بالشكل (.)10-1 Vi شكل 10-1مضاعف الفولتٌة إلى الضعف وعند وصول النصؾ الموجب من اشارة الدخل ٌكون ( 𝐷) منحازا عكسٌا و( 𝐷) منحازا أمامٌا .وبما ان المصدر والمتسعة ) 𝐶( مربوطان على التوا لً لذلك ستنشحن المتسعة ( 𝐶) إلى ( 𝑉(2 اي ضعؾ الفولتٌة الداخلة .ان الفولتٌة على مقاومة الحمل ( 𝑅 )هً ( 𝑉 ،)2وهذا ٌعنً ا ن فولتٌة ال خرج هً ضعؾ فولتٌة الدخل للدابرة. 13 9-1مضاعف الفولتٌة إلى ثالث مرات ()Voltage Tripler عنددد اض دافة ثن دابً اخددر ومتسددعة إلددى الدددابرة الس دا بقة نحصددل علددى تكبٌددر فولتٌددة ثالثددة اضددعاؾ ( .)Voltage Triplerان الثن دابٌٌن األولٌددٌن ٌعمددال ن عمددل مض دا عؾ فولتٌددة إلددى ا لضددعؾ وعنددد مجددًء النصؾ السالب من الموجة سٌكون ( 𝐷) منحازا أمامٌا وهذا ٌعمل على شحن ( 𝐶) إلى ( 𝑉 )2بالقطبٌة المبٌنة بالشكل ( .)11-1خرج الدا برة ٌؤخذ على اطراؾ ( 𝐶) و( 𝐶). شكل 11-1مضاعف فولتٌة ثالثة اضعاف 10-1مضاعف الفولتٌة إلى اربع مرات ( )Voltage Quadrupler وهو عبارة عن اربع منظومات متسلسلة ،الثالثة األولى منها تمثل مضاعؾ فولتٌة إلى ()3 اضعاؾ ،واضافة الثنابً الرابع ( 𝐷) إلى الدابرة الكلٌة ٌتكون مضا عؾ فولتٌة إلى اربعة اضعاؾ وكما مبٌن بالشكل ( .)12 -1اي ان فولتٌة الخارج هنا تساوي ( )4اضعاؾ فولتٌة الداخل. شكل 12-1مضاعف الفولتٌة ( )4اضعاف وٌمكن اضا فة عدد ؼٌر محدد من المقا طع للحصول على مضا عؾ فولتٌة لـ (س) من المرات ولكن فً هذه الحا لة سٌكون تنظٌم الفولتٌة ( )Voltage Regulationردٌبا ً. 11-1دائرة تقلٌم (قطع أو تحدٌد) الموجة Clipper تستعمل دابرة القطع فً تطبٌقات الكترونٌة كثٌرة مثل الرادار والحاسبات وؼٌرها ،حٌث نحتاج إلى ازالة فولتٌة االشارة فوق أو تحت مستوى معٌن. 14 12-1تقلٌم الموجة المنحاز ( )Biased clipper ٌمكن ا لحصول على مستوى تحدٌد باألتجاه الموجب أو السالب وذلك باستخدام المحدد المنحاز ( .)Biased Clipperوفً الدابرة الموضحة بالشكل (ٌ )13 -1كون الثنابً فً حالة أنحٌاز فقط اذا كا نت فولتٌة اإلدخال أكبر من ( Vفولتٌة البطارٌة). أما عندما تقل فولتٌة اإلدخال عن ٌ Vصبح الثنابً دابرة مفتوحة ( )Openالنه سٌكون منحازا عكسٌا ،فٌظهر النصؾ السالب على طرفً مقاومة الحمل كامال. أنواع التقلٌم -: )1الموجب (التقلٌم الموجب) 𝑉 =𝑉 −𝑉 – V شكل 13-1دائرة تقلٌم منحازة نوع موجب ) 2السالب (التقلٌم السالب) أما الدابرة الموضحة بالشكل ( ،)14 -1فتبٌن دابرة تقلٌم منحازة باألتجاه السالب.عندما تكون فولتٌة اإلدخال ( 𝑉) اكثر سالبٌة )ٌ ،)–Vكون الثنابً فً حالة توصٌل لذلك نحصل على فولتٌة خرج مقدارها ( )–Vعلى اطراؾ مقاومة الحمل ،وتبقى هذه الحالة طالما ا ن فولتٌة اإلدخال اكثر سالبٌة من (.)–V 𝑉 = −𝑉 + 𝑉 + V شكل 14-1مقلم منحاز باألتجاه السالب 15 )3اىزقييٌ اىَرمت ٌمكن الحصول على خصابص دابرة التقلٌم الموجب و التقلٌم السالب بجمع الدابرتٌن معا وكما موضح بالشكل ( . )15-1نحصل على اشارة خارجة تشبه موجة مربعة. للجزء الموجب للجزء السالب شكل 15-1التقلٌم المر ّكب 16 =𝑉 −𝑉 – V 𝑉 = −𝑉 + 𝑉 + V 𝑉 اسئيخ اىفظو األوه -1مم ٌتكون مقوم نصؾ الموجة؟ وما مبدا عمله؟ -2ما انواع مقومات الموجة الكاملة؟ وكٌؾ ٌكون شكل موجة االخراج فً موحد موجة كاملة قٌاسا بشكل موجة االخراج فً موحد نصؾ موجة؟ -3اي المقومات اكثر شٌوعا ولماذا؟ -4كٌؾ ٌتم تقلٌل المركبة المتناوبة لموجة الخارج فً دابرة ا لتقوٌم نصؾ موجة؟ وضح ذلك. -5عدد انواع المرشحات مع بٌان مزاٌا كل نوع. - 6اي المرشحات االكثر شٌوعا وهل ٌجب زٌادة مقاطع الترشٌح إلى ا كثر من مقطعٌن؟ -7ماذا ٌقصد بمضاعؾ الفولتٌة؟ اذكر انواعه ومزاٌا كل نوع؟ -8هل ٌمكن مضاعفة الفولتٌة إلى عدد ؼٌر معروؾ من المرات؟ وما هً عٌوب هذه الطرٌقة؟ -9ماذا ٌقصد بتقلٌم الموجة؟ وفً اي الدوا بر تستخدم هذه العملٌة؟ -10عدد انواع دوابر تقلٌم الموجة مع ذكر مزاٌا كل نوع. 17 اىفظو اىثبني انىاع اىثنبئيبد واسزخذاٍبرهب االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل إلى التعرؾ على انواع الثنابٌات. االهداف الخاصة :بعد انتهاء هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان: -1 -2 -3 -4 ٌدرس الثنابً السعوي وتطبٌقاته العملٌة ،خصابصه و تركٌبه وطرٌقة ربطه بالدابرة. ٌفهم الثنابً البا عث للضوء ( ،)LEDتركٌبه ،خصابصه وطبٌقاته العملٌة. ٌدرك الثنابً الضوبً ( ،)Photo diodeتركٌبه وخواصه وتطبٌقاته العملٌة فضال عن دراسة الخلٌة الشمسٌة. ٌعرؾ خواص وتركٌب عمل الثنابً اللٌزري وتطبٌقاته ،العملٌة فً الدوابر االلكترونٌة وفً االجهزة. 18 اىفظو اىثبني انىاع اىثنبئيبد واسزخذاٍبرهب 1-2تمهٌد ان خواص الثنابً الال خطٌة جعلته مفٌدا فً كثٌر من التطبٌقات االلكترونٌة ،مثل التقوٌم والكشؾ وفً الدوابرالمنطقٌة ( ،)Logic Circuitsوهناك ثنابٌات اخرى شبه موصلة لها تطبٌقاتها الخاصة ،وٌوضح الشكل ( )1-2بعض منها. شكل 1-2انواع الثنائٌات -1 -2 -3 -4 انضُبئ ٙانسعٕ٘ .Varactor Diode انضُبئ ٙانضٕئ.Light Emitting Diode ٙ انضُبئ ٙا نًسزقجم نهضٕء .Photo Diode انضُبئ ٙانهٛضس٘ .Laser Diode كما ان ثنابً الزٌنر الذي تم دراسته فً المرحلة السابقة ،فٌعتبر من اهم انواع الثنابٌات المستخدمة فً التطبٌقات االلكترونٌة ،حٌث ٌعمل كمرجع لفرق الجهد )،)Voltage Reference أو كمنظم ) )Regulatorلفرق الجهد. 2-2اىثنبئي اىسؼىي Varactor Diode الثنابً السعوي وٌسمى اٌضا ( )varicap diodeوتختصر إلى ( ،)varicapو تعنً متسعة متؽٌرة (ٌ .)Variable Capacitanceستخدم الثنابً السعوي بكثرة فً دوابر االتصاالت الرقمٌة، وفً اجهزة المذٌاع ،واجهزة استقبال المحطات الفضابٌة التً تقوم بالبحث عن المحطات بصورة تلقابٌة ،والشكل (ٌ )2-2وضح الثنابٌات السعوٌة. 19 شكل 2-2الثنائٌات السعوٌة 1-2-2مبدأ عمل الثنائٌات السعوٌة ان مبداعمل الثنابً السعوي مشابه لعمل المتسعة ،فكما علمت ان المتسعة عبارة عن لوحٌن ٌفصلهما عا زل حٌث تعتمد قٌمة سعة المتسعة على ثالثة عوأمل هً :مساحة اللوح الموصل (،)A والمسافة بٌن الموصلٌن ( ،)dونوع المادة العازلة ( )€كما موضح بالعالقة اآلتٌة: )(1-2 …….. 𝐴€ 𝑑 =𝐶 وٌمكن التحكم بسعة ا لمتسعة بتؽٌٌر احدى هذه المتؽٌرات ،والطرٌقة المعتادة هً تؽٌٌر المسافة بٌن الموصلٌن ،والشكل (ٌ ) 3-2وضح لوحً متسعة مشحونٌن. شكل 3-2لوحً متسعة مشحونة ْزِ انؾبنخ يشبثٓخ نًب ٚؾذس نهذإٚد ف ٙؽبنخ األَؾٛبص انعكس ،ٙف ٙيُطقخ األسزُضاف (ْ ٙانز ٙرعذ يُطقخ عب صنخ ث ٍٛيٕصه ْٙٔ ،)ٍٛانًزسعخ ،فعُذ رغٛٛش انغٓذ انعكس ٙانًسهظ عهٓٛب ،فبٌ عشض ْزِ ا نًُطقخ سٕف ٚزغٛش رجعب نزغٛش قًٛخ انغٓذ ،فززغٛشسعخ انًزسعخ انُب رغخ عٍ ٔعٕد يٕصهٍٛ (انغضء انسبنت ٔانغضء انًٕعت)ٔ ،انعبصل ثًُٓٛب (يُطقخ األسزُضاف) .كًب يج ٍٛثبنشكم (.)4-2 20 بطارٌة شكل 4-2الثنائً فً حالة أنحٌاز عكسً تمت االستفادة من هذه الخاصٌة اعاله بتصنٌع ثنابً خاص ٌسمى ثنا بً سعوي ،والشكل ()5 -2 ٌوضح الرمز العام لهذا الثنابً،حٌث ٌعمل فً حالة األنحٌاز ا لعكسً كمتسعة متؽٌرة ٌمكن التحكم بقٌمة سعة هذه المتسعه ،عن طرٌق التحكم بالجهد العكسً الواقع علٌه. شكل 5-2الرمز العام للثنائً السعوي 2-2-2فىىزيخ األنييبز ىيثنبئي اىسؼىي ٌعمل الثنابً السعوي عاد ًة بفولتٌة أنحٌاز عكسً تتراوج بٌن ( )2-20فولت أو اكثر ،وقد تصل فً بعض االنواع إلى ( )60فولت .وبذلك فانه ٌمكن استخدام هذا النوع من الثنا بً كمتسعة تتؽٌر قٌمتها كهربابٌا ولٌس مٌكانٌكٌا كما هو الحال فً المتسعات المتؽٌرة االعتٌادٌة. 3-2-2اسزخذاٍبد اىثنبئي اىسؼىي من اهم استخدامات الثنابً هو :فً التولٌؾ دوابر الرنٌن ( )Tuningذات التردد العالً، و ٌستعمل فً بعض المكبرات الخاصة .ومن الجدٌر بالذكر انه باألمكان استخدام الثنابً العادي كثنابً سعوي ،وذلك فً أنحٌازه العكسً...الخ أما السعة التً ٌمكن الحصول علٌها من الثنابً المنحاز عكسٌا فتتراوج بٌن بٌكو فاراد واحد إلى عشرات البٌكو فاراد. وكما ان للمتسعة فً الثنابً فا بدة كبٌرة ،وذلك عند استعمال الثنا بً كمتسعة متؽٌرة ،فان لها ضررا فً التطبٌقات االخرى كالكشؾ والتقوٌم...الخ وخا ً صة فً الدوابر المنطقٌة أو الدوابر ذات الترددات العالٌة ،اذ تجد االشارة ذات التردد العالً فً متسعة الثنابً طرٌقا سهال للعبور ،فٌعجز الثنابً عن اداء وظٌفته ،ولذلك تستعمل فً الترددات العالٌة ثنابٌات خاصة ذات سعة صؽٌرة .والشكل ()6 -2 ٌوضح دا برة رنٌن تستخدم الداٌود السعوي لعملٌة التنؽٌم. 21 C2 L1 شكل 6-2دائرة الكترونٌة تستخدم الثنائً ا لسعوي فً عملٌة التنغٌم 4-2-2خظبئض اىثنبئي اىسؼىي ان من اهم خصابص الثنا بً هً مدى التؽٌٌر بالسعة التً ٌمكن الحصول علٌها منه ،فعند اختٌار الثنابً السعوي ٌجب ان ٌكون مدى تؽٌٌرالسعة له ٌناسب مدى تؽٌٌر الفولتٌة المسلطة علٌه ،حٌث ٌمثل الحد اال على للفولتٌة هو اعلى فولتٌة أنحٌاز عكسً الواجب عدم اجتٌازها واال سوؾ ٌنهار الثنابً. 3-2اىثنبئي اىجبػث ىيضىء ((Light Emitting Diode) )LED فً الشكل ( )7-2الذي ٌوضح انواع الثنابٌات المشعة للضوء ،حٌث تعتمد فكرة االنبعاث الضوبً على حقٌقة انبعاث اشعاعات كهرومؽناطٌسٌة عند االنتقال من مستوى طاقة عالٌة إلى مستوى طاقة اقل. شكل 7-2ا نواع الثنائٌات الباعثة للضوء وعند تسلٌط أنحٌاز أمامً على الثنابًٌ ،سري تٌار فٌه نتٌجة االلتحأم الناتج عن حركة األلكترونات من الجهة السالبة إلى الجهة الموجبة ،وحركة الفجوات من الجهة الموجبة إلى الجهة السالبة ،واثناء انتقال هذه الشحنات تطلق طاقة نتٌجة التحأم االلكترون مع الفجوة. هذه الطا قة تكون بشكل حرارة فً ثنابٌات الجرمانٌوم والسٌلٌكون ،لكن عند استخدام اشباه موصالت اخرى ،مثل (زرخنٌد الؽالٌوم ،)Gallium Arsenideتكون الطاقة ا لمتولدة على شكل فوتونات ضوبٌة كما موضح بالشكل (.)8-2 22 شكل 8-2التحأم ا لكترون بفجوة ٌولد فوتونات وٌسمى الثنابً الباعث للضوء احٌانا بمصباح الحالة الصلبة ( ،)Solid State Lampوتكون هذه الثنابٌات متوفرة بالوا ن مختلفة حسب مادة شبه الموصل المستعمل .فزرخنٌد الؽالٌوم ٌ GaAsنتج شعا ع ؼٌر مربً وهً االشعة تحت الحمراء ( ،)Infraredبٌنما تنتج مادة زرخنٌد -فوسفٌد الؽالٌوم - GaAsPاللون االحمر أو البرتقالً ،أما فوسفٌد الؽالٌوم GaPفٌنتج اللون االصفر أو االخضر. وتسمى هذه المجموعة باشباه الموصالت المركبة ،والشكل (ٌ )9-2وضح بعض الوان هذه الثنابٌات. شكل 9-2الوان الثنائً الباعث للضوء 1-3-2خصائص الثنائً الباعث للضوء ان اضاءة هذه الثنابٌات تزداد بزٌادة التٌار األمامً الساري فٌه ،وهناك انواع من الثنابٌات ٌتؽٌر لونها مع شدة التٌار. ان خواص هذه الثنابٌات تشبه خواص الثنابً االعتٌادي اال ان فرق الجهد فً الثنابً الضوبً فً األنحٌاز األمامً ٌزٌد عن ( )1فولت .وٌتراوح قٌمة األنحٌاز األمامً بٌن ( )1.2Vو ()3.2V حسب انواع الثنابً بٌنما عامل قٌمة الجهد العكسً بٌن ) )3Vو ( ،)10Vوتعد هذه الجهود صؽٌرة لذلك فان هذا الثنا بً سرٌع التلؾ اذا زاد الجهد الواقع علٌه عن الحد المسموح به .ولحماٌته من التلؾ ال بد من توصٌل مقاومة ( )Rعلى التوالً معه لضمان عدم زٌادة التٌار المار فٌه عن الحد المسموح به كما ،موضح بالشكل ( )10-2ومن ممٌزاته ٌشع ضوء بفولتٌة دخل قلٌلة جدا. 23 شكل 10-2مقاومة تحدٌد التٌار للثنائً الباعث للضوء مثال ()1-2 ٌحتاج ثنابً با عث للضوء إلى تٌار مقداره ( )20 mAلكً ٌعمل ،احسب قٌمة المقاومة الالزمة لحماٌته علما انه ٌستهلك ( )2Vاذا كا نت فولتٌة الداخل تساوي (.)5 V = 150 Ω = = 𝑽 𝑽 =R 2-3-2استخدامات الثنائً الباعث للضوء ٌستخدم الثنابً ا لمشع للضوء كمصباح بٌا ن فً معظم االجهزة االلكترونٌة ،ومن اهم استخداماته فً لوحة العرض ذات الشرابح السبع ( ،)7- segment displayحٌث ٌتم توصٌل سبع موحدات ضوبٌة لتشكٌل الرقم ،8حٌث ٌمكن تولٌد اي رقم من 0إلى 9باضاءة بعض الوحدات المشكلة لذلك الرقم كما موضح بالشكل (.)11-2 شكل 11-2وحدة العرض ذات الشرائح السبع)(7- segment display أما الثنابً البا عث للضوء ؼٌر ا لمربً فمن تطبٌقا ته ٌستعمل فً اجهزة االنذار عن اللصوص ومجاالت اخرى تتطلب االشعاع ؼٌر المربً .ا ن مٌزة ثنابً ( )LEDعن المصباح هً طول العمر وصؽر الفولتٌة ( 2-1فولت) ،وسرعة الفتح والؽلق (بضع نانو ثانٌة). 24 4-2اىثنبئي اىضىئي ()Photo Diode ٌعد الثنابً الضوبً احد انواع الكواشؾ الضوبٌة ،له القا بلٌة على تحوٌل الضوء إلى تٌار أو فولتٌة .واساس عمل هذا الثنابً هو استعمال الضوء فً اٌصالٌة بعض المواد الشبه موصلة والتً احداها الثنابً الضوبً ،لذلك فهو ٌستخدم بشكل واسع فً صناعة االلكترونٌات .والشكل ()12-2 ٌوضح الرمز العام لهذا الثنابً. شكل 12-2الرمز العام للثنائً الضوئً 1-4-2ررميت اىثنبئي اىضىئي ان مبدا عمل الثنابً االعتٌادي ٌ p-nستخدم كاساس لعمل الثنابً الضوبً ،لكن من المفضل استخدام وصلة ) )p-i-nلهذا الثنا بً .وعند تصنٌع الثنابً تضاؾ طبقة شوا بب سمٌكة مابٌن وصلة p- .nوقد تكون هذه الطبقة عبارة عن شوابب بالكامل أو عالٌة التشوٌب .ان من اهم متطلبات عمل الثنابً هو تأمٌن وصول اعلى حد ممكن من الضوء لمنطقة الشوابب ومن ا جل تحقٌق ذلك توضع الموصالت الكهربا بٌة على جانب الثنابً و نافذة شفافة منفذة للضوء هذا ٌسمح ألكبر كمٌة ممكنة من الضوء من الوصول إلى المنطقة الفعالة. ٌراعى اختٌار سمك طبقة الشوابب ان ٌكون مناسبا ،فاٌة زٌادة فً السمك فوق الحد المعتاد تقلل من سرعة اداء الثنابً ،وعامل ا لسرعة مطلوب وحٌوي فً معظم التطبٌقات اإللكترونٌة والشكل (ٌ ) 13 -2وضح تركٌب الثنابً الضوبً. شكل 13-2التركٌب الداخلً للثنائً الضوئً ()Photo Diode 25 2-4-2خظبئض اىثنبئي اىضىئي ٌعمل الثنابً فً األنحٌاز العكسً ،وفً حا لة عدم وجود ضوء تكون منطقة األستنزاؾ خالٌة من حوأمل التٌار فال ٌسري تٌار خالل الثنابً ،وعند دخول الضوء إلى منطقة الشوابب فإنه ٌصٌب ذرة فً التركٌب ا لبلوري وٌحرر الكترونا وبهذه الطرٌقة تتكون ازواج من الكترون -فجوة داخل منطقة األستنزاؾ وبذلك تتحرك األلكترونات إلى جهة ،والفجوات إلى الجهة المعاكسة بتاثٌر من المجال الكهربابً خالل طبقة الشوابب وٌالحظ سرٌان تٌار قلٌل .ان كمٌة التٌار تتناسب مع كمٌة الضوء الساقط على منطقة األستنزاؾ ،اذ كلما ازدادت كمٌة الضوء ازدادت ازواج األلكترونات ،والفجوات المتحررة ،وبالتالً ٌزداد التٌار. ان زٌادة األنحٌاز العكسً للثنا بً ٌتسبب فً زٌادة المنطقة الفعالة للثنابً الضوبً ،وٌزٌد ما ٌسمى (بتٌار الضوء) ).)Photo Current 3-4-2اىخييخ اىضىئيخ ))Photovoltaic Mod تحدث نمط الخلٌة الضوبٌة ) )Photovoltaic Modeعندما تكون فولتٌة األنحٌاز المسلط على الثنابً صفر فولت ٌتحدد سرٌان تٌار الضوء ) )Photo Currentفً الدا برة وتزداد الفولتٌة. ٌصبح الثنابً منحازا أمامٌا وٌبدا ما ٌسمى (بتٌار الظالم) ( )Dark Currentبالسرٌان خالل الموصل وٌكون اتجاهه معاكسا التجاه تٌار الضوء ( ،)Photo Currentوهنا ٌحدث (تاثٌر الخلٌة الضوبٌة) وهً اساس عمل الخالٌا الشمسٌة .ولذلك ٌمكن بناء خلٌة شمسٌة باستخدام عدد كبٌر من الثنابٌات الضوبٌة .تصنع الثنابٌات المخصصة الؼراض الخالٌا الشمسٌة بحجم أكبر ،وذلك لزٌادة المنطقة الفعالة ،وبالتالً الحصول على تٌار أكبر ،وعند عدم تعرٌض الثنا بً للضوء فانه ٌعمل كثنابً اعتٌادي ،والشكل (ٌ )14-2وضح الخلٌة الشمسٌة. شكل 14-2الخلٌة الشمسٌة 26 ان المواد المصنع منها الثنابً هً التً تحدد خصابصه الحساسة مثل طول الموجة التً ٌستجٌب لها الثنا بً ونسبة الضوضاء ٌعدان عامالن حاسمان على اساسهما تحدد المواد التً ٌصنع منها الثنابً الضوبً ،والشكل (ٌ ) 15-2وضح مخطط لخلٌة شمسٌة. شكل 15-2مخطط كتلوي لخلٌة شمسٌة 4-4-2اسزخذاٍبد اىثنبئي اىضىئي ٌستخدم الثنابً الضوبً بشكل واسع فً التطبٌقات األلكترونٌة ،فهو ٌستخدم فً مشؽل االقراص المضؽوطة ،ومشؽل األقراص ( ،)DVDوفً سواقة القرص المضؽوط فً الحاسوب ،كما وٌستعمل فً أنظمة األتصاالت البصرٌة ،و كواشؾ االشعاع. 5-2ثنبئي اىييسر ()Laser Diode تستخدم ثنابٌات اللٌزر على نطاق واسع األن ،ان مٌزة اللٌزر عن سواه تكمن فً اتجاهٌته العالٌة ،فهو مصدر لضوء متماسك ( )Coherentوذو قدرة عالٌة جدا ،ومن صفاته اٌضا ان سرعة الفتح والؽلق ( )Switchingتكون عالٌة ،وهذا ٌجعله مناسبا الستخدامه فً األتصاالت البصرٌة. ٌقوم ا للٌزر بتولٌد نوع ممٌز من ا لضوء ٌختلؾ فً خصابصه عن الضوء الطبٌعً الذي نحصل علٌه من الشمس والنجوم ،والضوء األصطناعً الصادر من المصابٌح الكهربابٌة .وسٌتم دراسة خصابص أشعة اللٌزر فً الفصل الثالث عشر ،والشكل (ٌ )16 -2وضح الثنابً اللٌزري. شكل 16-2ثنائى اللٌزر 27 اسئلة الفصل الثانً -1ما وجه الشبه بٌن المتسعة والثنابً السعوي؟ أشرح ذلك مع الرسم. -2كٌؾ ٌمكن التحكم بسعة الثنابً السعوي؟ -3ما اهمٌة الثنابً السعوي فً دوابر التنؽٌم؟وضح ذلك. -4على اٌة حقٌقة ٌعتمد مبدا عمل الداٌود المشع للضوء LED؟ -5كٌؾ تحصل على الوان مختلفة للثنابٌات البا عثة للضوء؟ -6ما خصابص ثنابً ،LEDوكٌؾ ٌتم الحفاظ علٌه من التلؾ؟ -7ا ٌن ٌستخدم ثنابً ،LEDوما هً تطبٌقاته؟ -8ما هو تركٌب الثنابً الضوبً photo diode؟ وما الشروط الواجب توفرها لعمل هذا الثنابً؟ -9باٌة طرٌقة ٌؤثر زٌادة سمك منطقة الشوابب فً الثنابً الضوبً photo diode؟ -10فً اي أنحٌاز ٌعمل الثنابً الضوبً؟وما هً عالقة كمٌة الضوء الساقط علٌه بالتٌار؟ -11عرؾ الخلٌة الشمسٌة وأشرح حسب اي مبدا هً تعمل. - 12ا ٌن ٌستخدم الثنابً الضوبً Photo Diodeفً التطبٌقات العملٌة؟ -13عرؾ تٌار الظالم ،وأشرح كٌؾ ٌحصل. -14ما الخلٌة الضوبٌة؟ وما تاثٌرها؟ وكٌؾ ٌمكن ا ن ٌحصل هذا التاثٌر؟ 28 اىفظو اىثبىث الترانزستور ثنائً القطبٌة االهداف: اىهذف اىؼبًٓٚ :ذف ْزا انفصم إنٗ انزعشف عهٗ إَع انزشاَضسزٕساد ٔاسزعًبالرٓب االهذاف اىخبطخ: ثعذ اكًبل ْزا انفصم سٕف ٚكٌٕ انطبنت قبدسا عهٗ اٌ: .1 .2 .3 .4 ٚزعشف عهٗ رشكٛت انزشاَضسزٕس .PNP,NPN ٚفٓى ششٔط عًم انزشاَضسزٕس. ٚزعشف عهٗ يعبيالد انزشاَضسزٕس. ٚؾم اسئهخ عبيخ ؽٕل ْزا انًٕضٕع. 29 اىفظو اىثبىث الترانزستور ثنائً القطبٌة ))Bipolar Junction Transistor 1-3رَهيذ أكتشؾ العالمان باردٌن وبراتن سنة 1947انه لو وصل ثنابً منحاز أمامٌا مع ثنابً اخر منحاز عكسٌا بشرط ان ٌكون احد نوعً ا لجهتٌن مشتركة بٌن الثنابٌٌن ،فاننا نحصل على عنصر الكترونً جدٌد اطلق علٌه اسم ( )Transfer Resistorومعناها (مقاوم األنتقال) ،وأختصر إلى ( .)Transistorوٌ عد الترا نزستور من األختراعات المهمة فً عالم األلكترونٌات ،فال تخلو اي دابرة الكترونٌة منه ،فهو ٌوجد فً دوابر المكبرات ،والمذبذبات والحاسبات ،ودوابر األتصاالت ،والشكل (ٌ )1-3وضح انوا ع مختلفة من الترانزستورات. ومن اهم استخدامات الترانزستور هً: ٌ -1ستخدم الترا نزستور كمفتاح. ٌ -2ستخدم الترا نزستور كمكبر لالشارات الصؽٌرة. شكل 1-3انواع مختلفة من الترانزستورات 30 2-3ررميت اىزرانسسزىر وأطرافه ٌتكون الترا نزستور من بلورة سلٌكون ،أو جرمانٌوم ذات ثالث طبقات ٌكون فٌها نوع الطبقه الوسطى عكس نوع الطبقتٌن األخرٌتٌن فإذا كانت: أ -الطبقة الوسطى سالبة ( )nفتكون محا طة بطبقتٌن من المادة ذات النوع الموجب ( )pوٌعرؾ الترا نزستور حٌنب ٍذ بالنوع (.)pnp ب -واذا كانت المادة من نوع موجب ( )pموضوعة بٌن طبقتٌن من نوع سالب ٌ ،nكون الترا نزستور من نوع ( .)npnوفً كال النوعٌن أطراؾ الترانزستور هً -: -1القاعدة ( :)Baseوهً منطقة مركزٌة تقع بٌن وصلتٌن من نفس النوع ،وتكون خفٌفة التطعٌم ورقٌقة وتقوم بتمرٌر معظم األلكترونات إلى الجامع. -2الباعث) :)Emitterوٌمٌز بسهم الذي ٌشٌر اتجاهه إلى اتجاه التٌار ا لحقٌقً وٌطعم بؽزارة، ووظٌفته بعث األلكترونات إلى القاعدة. -3الجامع ) :)Collectorوٌمثل الطرؾ الثالث من الترانزستور ،وٌكون متوسط التطعٌم ،وسمً بهذا االسم النه ٌقوم بجمع األلكترونات من القاعدة .والشكل (ٌ )2-3وضح اجزاء نوعً الترانزستور. شكل 2-3أطراف الترانزستور( )npn, pnpوالرمزالعام لهما 31 3-3شروط ػَو اىزرانسسزىر ٌجب توفر شرطٌن لكً ٌعمل الترا نزستور وهما: ٌ -1جب ان تزود الوصلة بٌن القاعدة والباعث باألنحٌاز األمامً. ٌ -2جب ان تزود الوصلة بٌن الجامع والقاعدة باألنحٌاز العكسً. والشكل (ٌ ) 3-3وضح طرٌقة توصٌل الترا نزستور لتحقٌق هذٌن الشرطٌن. -أ- ب-شكل 3-3طرٌقة أنحٌاز الترانزستور ((npn, pnp ففً الترانزستور ) )pnpمثال بعد ربط المصدرٌنٌ ،عمل األنحٌاز األمامً على خفض جهد الحاجز بٌن الباعث والقاعدة بمقدار ( 𝑉) ،بٌنما ٌرتفع جهد الحاجز بٌن الجامع والقاعدة إلى ( 𝑉)، الن األنحٌاز عكسٌا ،فٌزداد تٌار الباعث وهو تٌار فجوات ،أما القا عدة وهً سالبة هنا فتصنع عمدا بسمك اقل وبذلك التجد الفجوات التً وصلت من الباعث إلى القاعدة األلكترونات الالزمة لاللتحأم معها ،فتنتشر نحو الجامع ا لذي ٌقوم بدوره بجمع معظم الفجوات.هذا بالنسبة للترانزستور ( )pnpأما بالنسبة لترا نزستور من نوع ( )npnفان اقطاب المصدرٌن ( 𝑉 و 𝑉) ٌعكسان ،وال ٌختلؾ عمل الدابرة عن سابقتها سوى كون ان التٌار هنا هو تٌار الكترونات بدال من الفجوات .ان نسبة 95%من فجوات البا عث تذهب للعبيع وال ٌذهب للقا عدة سوى 5%منها. 32 4-3ريبراد اىزرانسسزىر تختلؾ قٌم التٌارات واتجاهاتها فً الترا نزستور كما موضح بالشكل ( ،)2-3ونالحظ ان اتجاه سهم الباعث ٌشٌر إلى اتجاه التٌار الحقٌقً. ودابما ٌكون تٌار القا عدة صؽٌر جدا مقارنة مع تٌار الجامع والباعث. وبتطبٌق قا نون كٌرشوؾ للتٌار على الترانزستور ،نجد ان تٌار البا عث ٌكون مسأوٌا لمجموع تٌار القاعدة والجامع. 𝐼+ )….(1-3 حٌث ان : IEتٌار الباعث 𝐼 :تٌار الجامع 𝐼 :تٌار القاعدة 𝐼= 𝐼 ٌكون أكبر التٌارات فً الترانزستور ٌكون أصؽر التٌارات فً الترانزستور ٍ 5-3ؼبٍالد اىزرانسسزىر أ -معامل ربح التٌار )Beta( β وهو النسبة بٌن تٌار الجامع إلى تٌار القاعدة =𝛃 ).... (2-3 وتختلؾ هذه النسبة حسب نوع الترا نزستور وتصنٌعه ،وٌمكن الحصول علٌها من جداول الترانزستور المرفقة معه ،وٌرمز لهذا المعامل اٌضا بالرمز ،ℎوتتراوج قٌمة βبٌن 500 -10 باستثناء بعض الترانزستورات التً تصل فٌها بٌتا إلى .10000وقد تتؽٌر قلٌال متا ثرة بدرجة الحرارة. مثال ()1-3 اذا كا نت قٌمة بٌتا ( ) βلترانزستور تساوي ،130وكان تٌار القاعدة ،𝐼 = 100µAاحسب تٌار الجامع وتٌار الباعث. الحل: = β = 130 = 130 × 100µ = 13000mA= 0.013mA = 130 × 100µA = 13mA = 100µ + 13000m = 13100 m = β. + = مالحظة مهمة :تٌار القاعدة هو الذي ٌتحكم بتٌار الجامع ،فتٌار القاعدة هو الذي ٌتحكم بالترانزستور فً عمله كمفتاح أو مكبر. 33 ب -معامل ربح التٌار )Alpha) α وهو العالقة بٌن التٌار الجامع Iإلى التٌار الباعث 𝐼: = α )….(3-3 وتتراوج قٌمة αعاد ًة بٌن 0.90إلى 0.995اي اقل من .1 ج -العالقة بٌن αو:β ٌتم حساب العالقة بٌن الفا وبٌتا كاآلتً: + = وبقسمة الطرفٌن على 𝐼 + = α وبما ا ن و 𝐈 𝐈 = = βنحصل على العالقة اآلتٌة: = 1+ ومن هذه العالقة نستطٌع ان نجد ( )αبداللة (.)β كما وٌمكن ا ن نحصل على عالقة الٌجاد βبداللة αمن العالقة السابقة )…... (4-3 𝛃 =α )β = α (β+1 α=β–αβ (α = β (1- α =β )..... (5-3 مثال ()2-3 اذا كانت 𝐼، 𝐼 ،أوجد قٌمة المعامل :α = 0.98 = = α مثال ()3-3 جد قٌمة المعامل ( )βاذاكانت .α =0.98 = 49 34 = β مثال ()4-3 جد قٌمة المعامل αاذا كانت .β =100 = 0.99 = =α ٍ 6-3نينيبد خىاص اىزرانسسزىر منحنٌات خواص الترا نزستور هً منحٌات ترسم بواسطة تجارب معملٌة ،وهً توضح العالقة بٌن تٌار وجهد الترا نزستور .والشكل (ٌ )4-3بٌن دا برة عملٌة مربوطة بطرٌقة الباعث المشترك لدراسة خواص الترا نزستور .فابدة المقاومة ( )R2هً لحماٌة الترا نزستور من التٌار العالً المار خالل القاعدة .والخواص الواجب دراستها هً- : I ،V خواص الداخل -خواص الخارج I ، V بطارٌة 6V شكل 4-3خواص الترانزستور ا -خواص الداخل للترانزستور فً هذه الخواص تثبت قٌمة جهد الباعث – الجامع VCEمثال على قٌمة البطارٌة 6 Vوتقاس قٌمة الجهد لقٌم مختلفة لتٌار القاعدة ( ،) IBوالشكل (ٌ ) 5-3وضح خواص الدخل لترانزستور نوع سلٌكون. شكل ٌ 5-3وضح خواص الدخل لترانزستور سٌلٌكون 35 ب -خواص الخرج للترانزستور هنا ٌثبت تٌار القاعدة وٌقاس تٌار الجامع ()ICعندما تتؽٌر قٌمة الجهد ( 𝑉) بتؽٌٌر المقاومة المتؽٌرة (،)R3وتكرر هذه ا لعملٌة لقٌم مختلفة لتٌار القا عدة لتكون عددا من المنحنٌات كما فً الشكل ( ،)6-3كما ان التٌار (ٌ )ICعتمد اساسا على قٌمة الداخل ( 𝐼) ،وال ٌعتمد على قٌمة الجهد( 𝑉 ) اال فً المرحلة األولى من المنحنى. شكل ٌ 6-3وضح خواص الخرج للترانزستور ٌوصل الترانزستور تٌارا فً االتجاه االمامً وال ٌوصل باالتجاه العكسً وتقسم مناطق توصٌل الترانزٌستور الى ثالثة مناطق هً -: -1منطقة االشباع :وهً المنطقة التً ٌمر فٌها أكبر تٌار فً الترانزستور -2المنطقة الخطٌة :وهً منطقة التكبٌر أو تشؽٌل التً ٌعمل فٌها الترانزستور -3منطقة القطع :وهً المنطقة التً ال ٌمر فٌها تٌار الترانزستور 36 اسئيخ اىفظو اىثبىث -1ما انواع الترانزستورات حسب التركٌب البلوري؟ -2عرؾ األطراؾ الثالثة للترانزستور. -3ما شروط عمل الترانزستور؟ ً قٌمة فً الترانزستور؟ -4ما أكبر التٌارات -5هل منطقة القاعدة اعرض أم اضٌق من الباعث والجامع؟ ولماذا؟ -6هل قٌمة تٌار القاعدة اصؽر أم أكبر من تٌار الباعث؟ -7فً ترانزستور اذا 𝐼 = 1mAو 𝐼 =10μAجد قٌمة تٌار الباعث. -8ترانزستور قٌمة معامل بٌتا له ،β=100جد قٌمة تٌار الجامع 𝐼 عندما ٌكون تٌار القاعدة ،𝐼 = 40 μ Aواحسب قٌمة المعامل .α -9عرؾ كل من αو.β -10اذا كان معامل الربح لتٌار ترانزستور ،100جد كل من αو.β -11ما قٌمة 𝐼 عندما ٌكون =470 mA ،𝐼 = 530 mA -12ما المتؽٌرات ا لموجودة على منحنً الخواص للجامع ؟ -13عرؾ منطقة التشبع ،المنطقة الخطٌة ،منطقة القطع . 37 𝐼؟ الفصل الرابع تطبٌقات الترانزستور االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ الفصل الرابع إلى التعرؾ على استخدامات الترانزستور. االهداف الخاصة: بعد اكمال هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان: -1 -2 -3 -4 ٌتعرؾ على كٌفٌة تنظٌم الفولتٌة باستخدام الترانزستور. ٌتعرؾ على عمل الترانزستور كمفتاح الكترونً. ٌتعلم مكبرات االشارة الصؽٌرة بانواعها. ٌ تعرؾ على طرق ربط المكبرات. 38 اىفظو اىراثغ تطبٌقات الترانزستور 1-4تمهٌد ان للترا نزسددتور تطبٌق دات وأسددتعماالت كثٌددرة جدددا ،وسددنتطرق إلددى شددرح قسددم منه دا فددً هددذا الفصل ،كمنظم الفولتٌة ،المفتاح االلكترونً ،مكبرات االشارة الصؽٌرة. 2-4منظمات الفولتٌة )(Voltage Regulator ان تنظٌم ال فولتٌة (جعل فولتٌة الخرج ثابتة) ،والفكرة االساس ٌة موضحة بالمخطط فً الشكل ( ، )1-4فحٌن تمرر فولتٌة الخط الؽٌر منظمة إلى منظم ا لفولتٌة تكون فولتٌة الخرج ثابتة ال تتؽٌر مع تؽٌٌرات فولتٌة الخط ،وال مدع تٌدار الحمدل فدً المنظمدات العملٌدة ،وتكدون فولتٌدة الخدرج ثا بتدة تقرٌبدا. وحسب نوع التنظٌم وهناك نوعان هما: -1منظم التوالً. -2منظم التوازي. وسوؾ نتطرق إلى شرحهما فً هذا الفصل. فولتٌة الخرج منظم مجهز قدرة ؼٌر منظمة فولتٌة فولتٌة الخط شكل 1-4مخطط ٌوضح الفكرة االساسٌة لتنظٌم الفولتٌة 1-2-4منظمات التوالً ) (Series Regulator وهً اكثر انواع منظمات الفولتٌة استخداما ،والشكل (ٌ )2-4وضح دا برة منظم فولتٌة توالً، فولتٌة الحمل ( ) VLهً نفس قٌمة فولتٌة الزنٌر داٌود ( ) VZمطروح منها هبوط الفولتٌة عبر الترانزستور ( )Tمن القاعدة إلى الباعث ( )VBEحٌث ان: (......)1-4 VL=VZ – VBE أما تٌار الحمل ( ) ILفهو نفس تٌار الباعث ( )IEفً الترانزستور ،والذي ؼالبا ما ٌسمى بترانزستور االمرار ( )Pass Transistorوبنا ًء على ذلك فان: (......)2-4 39 IL = IE = (1 + β) IB وبذلك ٌكون التٌار عبر المقاومة ( )R1كاآلتً: Vin – Vz (......)3-4 R1 = IR = IZ + IB تبدا قٌمة تٌار الزنٌر داٌود ( )IZع ند حدود مدى التٌار االعتٌادي له ،فعندما تقل فولتٌة الحمل ( )VLوحسب المعادلة (ٌ ،)1-4جب ازدٌاد تٌار الحمل ( ،)ILوبذلك ٌقل تٌار الزنٌر داٌود ( )IZبنفس المقدار .وٌكون مدى تٌار الحمل ( )ILا لذي ٌمكن ا ن ٌنظم معتمدا على مدى تٌار الزنٌر داٌود (،)IZ وعلى محددات تٌار الترانزستور (.)T طالما ٌكون الزنٌر داٌود فً حالة أنحٌاز عكسًٌ ،مكن ان ٌكون التؽٌٌر فً تٌار الحمل أكبر ( )ILمع التؽٌٌر ا لمسموح به لتٌار الزنٌر داٌود ( ،)IZوٌحدد التؽٌر فً تٌار الحمل ( )ILمن قبل تٌار الباعث ( )IEالمسموح به. شكل 2-4دائرة منظم فولتٌة توالً 2-2-4منظمات التوازي )(Parallel Regulator ٌستخدم الترانز ستور بربطه على التوازي مع الزنٌر دا ٌود لتنظٌم ا لفولتٌدة وكمدا موضدح بالشدكل ( ،)3-4ان اي زٌددادة أو نقصددا ن فددً فولتٌددة الحمددل ( )VLتقابلدده زٌددادة أو نقصددان فددً ا لفولتٌددة عبددر الترانزستور ( )Tمن القاعدة إلى الباعث ( ،)VEعلما ان فولتٌة الزنٌر داٌود ( )VZاعتبرت ثابتة .فلدو فرضنا ان فولتٌة الحمل ( )VLازدادت ،فان الفولتٌة ( )VBEسوؾ تزداد اٌضا وحسب االتً: (...........)4-4 VL α VBE وبذلك سدوؾ تدزداد قٌمدة تٌدار القاعددة ( ،)IBوهدذا ٌدؤدي إلدى ا ن قٌمدة تٌدار الجدامع ( )ICسدوؾ تدزداد اٌضا وحسب المعادلة اآلتٌة: IC = β × IB (..........)5-4 وكذلك فان فولتٌة المقاومة ( )VRتزدا د وبذلك تقل فولتٌة الحمل ( )VLوحسب المعادلة اآلتٌة: (...….…)6-4 40 VL = Vin – VR شكل ٌ 3-4وضح دا ئرة منظم فولتٌة توازي 3-4الترانزستور كمفتاح الكترونً ) (Transistor as a switch لدراسة الترا نزستور كمفتاح ا لكترونً ٌجب تحلٌل الترانزستور كدا برة تحوٌل للقطع ()OFF والتشبع ( ،)ONووصؾ الشروط التً تؤدي إلى حالة القطع ( ،)OFFووصؾ الشروط التً تؤدي للتشبع( :التوصٌل) (.)ON الترا نزستور فً منطقة القطع ( ،)OFFالن وصلة (القاعدة – البا عث) لٌست فً حالة أنحٌاز أمامً ،وتمثل هذه الحالة بمفتاح فً حالة فتح ( ،)OFFكما موضح بالشكل (()4-4أ) .وفً الجــــــــ زء (ب) الترا نزستور ٌعمل فً منطقة التشبع ( ،)ONالن وصلة (القاعدة – البا عث) ووصلة (القاعدة – الجامع) فً حالة أنحٌاز أمامً ،وتٌار القاعدة (ٌ )IBكون عالٌا بما ٌكفً لوصول تٌار الجامع ( )Icإلى ا لتشبع وتمثل هذه الحالة بمفتاح مؽلق ( ،)ONوكما موضح بالشكل شكل (.)4 - 4 شكل 4-4الترانزستور كمفتاح الكترونً 41 1-3–4شروط القطع )(Conditions in Cut off كمدددددا نعلدددددم ان الترانز سدددددتور ٌصدددددل إلدددددى منطقدددددة القطدددددع ( ،)OFFعنددددددما ٌكدددددون وصدددددلة (القاعدة – البا عث) فً حالة أنحٌاز عكسً ،وباجمال تٌار التسرب فدا ن جمٌدع التٌدارات تسداوي صدفرا وفولتٌة ) (VCEتساوي فولتٌة المصدر ).(VCC (........)7-4 VCE (cut off) = VCC 2-3-4شروط التشبع )(Conditions in Saturation ان الترانزستور ٌصل إلى منطقدة التشدبع ( )ONاذا كا ندت وصدلة (القاعددة – البا عدث) فدً حالدة أنحٌاز أمامً وقٌمة تٌار القاعدة ( )IBعالٌة بما ٌكفً لمرور تٌار الجامع ( )Icإلدى ا علدى قٌمدة ،وتٌدار التشبع ٌحسب وفقا لالتً: (VCC – VCE)sat = )Ic (sat ).......(8-4 RC * ان قٌمة الفولتٌة ) VCC (satتكون صؽٌرة جدا بالمقا رنة مع قٌمة فولتٌة المصدر ( )VCCوؼالبا ما ٌتم اهمالها .والقٌمة الصؽرى لتٌار القاعدة ) IB (minا لتً ٌندتج عنددها التشد بع ٌمكدن حسدابها بالعالقدة اآلتٌة: )……...(9-4 (IC )sat βdc = )IB(min للتاكد من الوصول إلى منطقة التشبع ) (Saturation Regionالبد ان ٌكون تٌار القاعدة ) (IBأكبر من القٌمة الصؽرى لتٌار القاعدة ).IB (min مثال ( )1-4للدابرة الموضحة فً الشكل ( ) 5-4احسب: أ -قٌمة VCEعندما تكون فولتٌة الدخل ( )Vin =ovتساوي صفرا. ب -القٌمة الصؽرى لتٌار القاعدة ) ،IB (minالمطلوبة لتشبع الترانزستور عندما ٌكون = βdc 200مع اهمال قٌمة ).VCE (sat الشكل 5-4دائرة المثال ()1-4 42 الحل: ا– عندما تكون ٌ Vin = oVصبح الترانز سدتور فدً منطقدة القطدع ) (OFFوبالتدالً ٌعمدل كانده مفتداح مفتوح اي ان: VCE = VCC = 10V ب – حٌث ان ) VCE(satمهملة اي تساوي صفرا فان: 𝒗𝟎𝟏 𝒄𝒄𝑽= (IC)sat 𝟎𝟎𝟎𝟏 = 𝑨𝟏𝟎 𝟎 = 𝒄𝑹 𝟏𝟎 𝟎 )𝒕𝒂𝒔(𝒄𝑰=(IB)min = 𝑨𝝁𝟎𝟓 = 𝒄𝒅𝜷 𝟎𝟎𝟐 4-4مكبرات الترانزستور لالشارة الصغٌرة( (Transistor Small-signal Amplifiers ان الترانزستور ا لمستخدم فً مكبرات االشارة ا لصؽٌرة ٌطلق علٌه اسم ترانزستور االشارة الصؽٌرة ) ،(Small Signal Transistorوكاسا س له ٌكون تبدٌد القدرة اقل من نصؾ واط. فً دوا بر تكبٌر االشارة ا لصؽٌرة تكون سعة االشارة المراد تكبٌرها صؽٌرة مقارنة مع فولتٌات تٌارات األنحٌاز (فولتٌات تؽذٌة الترانزستور المستمرة) ،وٌمكن تعرٌؾ االشارة بانها اإلشارة التً تقل سعتها عن ) ،(10mvوتستخدم مكبرات االشارة الصؽٌرة عادة فً المراحل األولى للمستقبالت وفً أجهزة القٌاس .ان دراسة المكبرات معتمدة نوعا ما; الن تٌارا مستمرا ) (DCوتٌارا متنأوبا )ٌ (ACوجدا ن فً نفس الدا برة وفً نفس الوقت. 1-4-4مكبر الباعث المشترك ) (Common – Emitter Amplifier فددً الشددكل ( )6-4دا بددرة مكبددر الباعددث المشددترك ،حٌددث الباعددث ( ) Eمشددترك بددٌن اشدارة الدددخل ( )Vinواشارة الخرج ( .)Voutوان المتسعة ( ) C1تعمل لمنع مرور التٌار المستمر ( )VBBإلى مصدر االشارة ،ولكن تسمح له بدالمرور إلدى قاعددة الترانزسدتور .المتسدعة ( ) C2تمندع مدرور التٌدار المسدتمر ( )VCCمع اشارة الخرج .المتسعة ( ) C3فهً متسعة التسرٌب من الباعث إلى االرضً. شكل 6-4دائرة مكبر الباعث المشترك 43 ان المقاومة ( )RBهً التً تحدد تٌار األنحٌاز األمامً بٌن الباعث والقاعدة وان خصابص دابرة مكبر الباعث المشترك هً-: .1مقاومة الداخل كبٌرة. .2مقاومة الخرج صؽٌرة. .3ربح الفولتٌة كبٌر ،وهو نسبة الفولتٌة الخارجة ( )Voutإلى فولتٌة الدخل (.)Vin .4ربح التٌار كبٌر ،وٌساوي قٌمة (.)βdc .5زاوٌة فرق الطور بٌن اشارة الخرج واشارة الدخل زاوٌة مقدارها ( ،)180ºاي متعاكسان. ولحساب ربح ا لفولتٌة نستخدم المعادلة اآلتٌة-: Vout = AV (.......)10-4 Vin حٌث ان: ربح (كسب) الفولتٌة AV: فولتٌة الخرجVout : فولتٌة الدخلVin : ولحساب ربح التٌار فان: IC = AI = β (.......)11-4 IB حٌث ان: ربح التٌارAI : نسبة تٌار الجامع إلى تٌار القاعدة ،وهً أكبر بكثٌر من تٌار القاعدة وتتراوج قٌمتها ()20-200 تٌار الجامعIC : تٌار القاعدةIB : 2-4-4مكبر الجامع المشترك )(Common–Collector Amplifier فدددً الشدددكل ( )7-4دا بدددرة مكبدددر الجدددامع المشدددترك ،وٌسدددمى عدددادة بأسدددم (تدددابع الباعدددث ،)Follower-Emitterحٌددث ان الجددامع مشددترك بددٌن اشدارة الدددخل واشدارة الخددرج ،ان إشدارة الدخل عبر المتسعة ) (C1على القاعدة ) ،(Bواشارة ا لخرج عن طرٌق الباعث ).(E شكل 7-4دائرة مكبر الجامع المشترك (تابع الباعث) 44 ٌمتاز مكبر الجامع المشترك بالخصابص اآلتٌة: .1مقاومة ا لدخل كبٌر جدا. .2مقاومة الخرج صؽٌرة. .3ربح الفولتٌة ٌساوي واحد تقرٌبا ،اذا ما ا هملت قٌمة ان: VBEفهً تساوي 0.7Vللسدلٌكون حٌدث Vin = VBE + Vout .4كسب التٌار كبٌر جدا وٌساوي . βdc .5زاوٌة فرق الطور بدٌن اشدارة الدداخل واشدارة الخدارج تسداوي صدفرا ،اي االشدارتٌن فدً نفدس زاوٌة الطور. 3-4-4مكبر القاعدة المشتركة )(Common –Base Amplifier الشكل (ٌ )8-4وضح دا برة مكبر القاعدة المشتركة ،حٌث القا عدة هً الطرؾ المشترك بٌن اشارة الداخل واشارة الخرج .وان المصدر للتٌار المستمر )ٌ (VEEعمل لألنحٌاز األمامً بٌن (الباعث إلى القا عدة) وبذلك ٌكون الباعث سالب قٌاسا إلى القاعدة ،ومصدر التٌار المستمر )ٌ (VCCعمل لألنحٌاز العكسً بٌن (الجامع إلى القاعدة) ،وبذلك ٌكون الجامع موجبا قٌاسا إلى القاعدة .ان المتسعة ) (Cتمنع مرور التٌار المستمر مع اشارة الخرج. شكل 8-4دائرة مكبر القاعدة المشتركة من خصائص مكبر القاعدة المشتركة: .1مقاومة الدخل صؽٌرة. .2مقاومة الخرج كبٌرة. .3ربح الفولتٌة كبٌر. .4ربح التٌار اقل من واحد وٌساوي ).(αdc .5زاوٌة فرق الطور بٌن اشارة الدخل واشارة الخرج تساوي صفر ،اي ال ٌحدث تؽٌٌر. وبنفس الطرٌقة ٌحسب ربح الفولتٌة اي: )…….(12-4 45 𝐭𝐮𝐨𝐕 𝐧𝐢𝐕 = 𝐯𝐀 ولحساب ربح التٌار فان: Ai = α dc (..........)13-4 IC (.........)14-4 IE = Ai حٌث ان :α وهً نسبة تٌار الجامع إلى تٌار الباعث ،وتكون اقل من واحد وتتراوج قٌمتها ).(0.95-0.99 تٌار الجامعIC : تٌار الباعثIE : مثال ()2-4 احسددب مقدددار ربددح الفولتٌددة وربددح التٌدار لدددا برة مكبددر با عددث مشددترك ،اذا علمددت ا ن قٌمددة فولتٌددة الدخل ) (2Vوفولتٌة الخرج ) (40Vوتٌار الجامع ) (60 mAوتٌار القاعدة ).(1mA الحل: ربح الفولتٌة ()AV ربح التٌار ()Ai = 60 60mA 1 mA = IC = Ai = βdc IB 5-4طرق ربط مراحل الترانزستور كالمكبرات سوؾ نوضح ثال ثدة موضدوعات ربٌسدة ،ننداقش فٌهدا طدرق ربدط مراحدل الترانزسدتور ،متضدمنا الربط المباشر والربط بالمتسعة ،والمقاومة ،والثالث الربط بالمحولة. 1-5-4ربط مقاومة – متسعة )(Resistance-Capacitance (RC) Coupling ٌوضح الشكل ( )9-4ربط (مقاومة – متسعة) ،وهً الطرٌقة األوسع انتشارا فدً الددوابر المنفصدلة بهذه الطرٌقة تقرن االشارة عبر مقاوم الجامع ) (RCفً كل مرحلة إلى قاعدة المرحلة اآلتٌة ) . (Bبدذلك تكبددر المراحددل المتسلسددلة -واحدددة تلددو االخددرى -االشددارة .ال دربح الكلددً ٌسدداوي حاصددل ضددرب ربددح المراحل كافة. 46 شكل 9-4مكبر ذو ربط مقاومة – متسعة )(R-C متسعات الربط تمرر التٌار المتناوب ) )ACلكنها تحجر التٌار المستمر ) .(DCفتنعزل مرحلة عن اخرى اذا اخذنا التٌار المستمر بنظدر االعتبدار ،وهدذا مهدم لمندع تدداخل التٌدار المسدتمر ،ولكدن مدن عٌوب هذه ا لطرٌقة هو تحدٌد التردد الدواطا ا لمفدروض مدن قبدل متسدعات الدربط ،ومتسدعة الدربط هدً المتسعة التً تمرر االشارة المتناوبة من نقطة ؼٌر مؤرخة إلى نقطة اخرى اٌضا ؼٌر مؤرخة ،وٌجب ان تكون ذات رادة سعوٌة ) (XCصؽٌرة جدا .واٌضا نحتاج إلى متسعات االمرار الن بدونها سٌضدٌع ربح الفولتٌة ) (AVفً كل مرحلة. لو اردنا تكبٌر اشارات يزُبٔثخ ذات تردد أكبر من ) ،(10Hzفمكبر الربط مقاومة – متسدعة )(R-C هو الطرٌق األم ثل لذلك .وٌعتبر بناء مكبر متعدد المراحل احسن الطرق المالبمدة ،واقلهدا ثمندا بالنسدبة للدوابر المنفصلة. 2-5-4الربط المباشر )(Direct Coupling ان كل المكبرات التً نوقشت لحد االن كا نت مقرنة بمتسعة وسعة امرار ،وهذه تؤدي إلى تحدٌد استجابة التردد الواطا ،وبمعنى اخرٌ ،قل كسب المكبدرات عندد التدرددات الواطبدة ،والطرٌقدة الوحٌددة لتجنب هذا هو بالربط المباشر ،وهذا ٌعنً تأم ٌن طرٌق لمرور التٌار المستمر اٌضا بٌن المراحل. فتحت ) (10Hzتصدبح متسدعات الدربط واالمدرار كبٌدرة جددا كهربابٌدا وفٌزٌابٌدا ،ولكدن حداجز الترددات الواطبة تستطٌع ان تعود إلى الربط المباشدر ،وبدذلك ٌدربط التٌدار المسدتمر ) (DCكمدا ٌقدرن التٌار المتناوب ) ،(ACوبهذه الطرٌقدة ال ٌوجدد حدد ادندى للتدرددات الواطبدة ،فدالمكبر ٌكبدر االشدارات بؽض النظر عن تردداتهدا وبضدنها ) (DCم أو التدردد صدفر ،والشدكل (ٌ )10-4وضدح مكبدر ذو ربدط مباشر شكل 10-4مكبر ذو ربط مباشر 47 3-5-4الربط بالمحول )(Transformer Coupling ٌبدددٌن الشدددكل ( )11-4الدددربط بدددالمحول .فباألمكدددان دفدددع مقاومدددات الحمدددل ) (ACالصدددؽٌرة إلدددى مستوٌات ممانعدة اعلدى .وهدذا ٌدؤدي إلدى تحسدٌن كسدب الفولتٌدة وزٌدا دة علدى ذلدك بمدا ا نده لدٌس هنداك ضٌا ع فً قدرة االشارة فً مقاومة الجامع ) ،(RCفان كل القدرة المتناوبة تجهز إلى الحمل النهابً. وكان الربط بالمحولة فٌما مضى شابعا عند الترددات الصوتٌة ) ،(20kHz-20Hzلكن الكلفدة والحجدم الكبٌر للمحوالت ا لتً تعمل عند الترددات الصوتٌة كان عابقا كبٌرا لهذا االستخدام. ان احددد المج داالت التددً بقددً فٌه دا الددربط ب دالمحول مسددتخدما هددو مكبددرات التددرددات الالسددلكٌة ) .(RFوالترددات الال سلكٌة هً تلك الترددات التً تكون أكبر من ) . (20kHzوفً مستقبالت الرادٌو )ٌ ،(AMكددون مدددى التددرددات الالسددلكٌة مددن 550إلددى ( .(1600kHzوفددً التلفزٌددون ) (TVتكددون الترددات الالسلكٌة من 54إلى ) .)216kHzوما زال الربط با لمحولدة ٌسدتخدم فدً مكبدرات التدرددات الالسلكٌة ،وذلك الن المحوالت تكون اصؽر بكثٌر ،واقل كلفة من المحوالت الصوتٌة. شكل 11-4الربط بالمحول 48 اسئلة الفصل الرابع - 1ضع عألمة ( √) أمأم االجابة الصحٌحة وضع عألمة (×) أمأم االجابة الخاطبة ،ثم صدحح الخطدا ان وجد: اٌ :سمى الترانزستور ا لمستخدم فً منظمات التوالً بترانزستور القطع. ب :الترا نزسدتور ٌصددل إلددى منطقددة القطدع ) (OFFعندددما تكددون وصددلة (القاعددة-البا عددث) فددً حالددة أنحٌاز أمامً. جـ :البد ا ن ٌكون تٌار القاعدة ) (IBأكبر من القٌمة الصؽرى لتٌار القاعددة ) (IBminحتدى ٌصدل إلدى منطقة التشبع. د :من خصا بص مكبر الباعث المشترك ربح تٌا ر وفولتٌة كبٌرٌن. هـ :من خصا بص مكبر الجامع المشترك ربح الفولتٌة كبٌر. و :كلفة الربط بالمحول قلٌلة. - 2ما خصا بص مكبر القاعدة المشترك؟ -3عدد طرق ربط المكبرات و وضح بأٌجاز كل نوع . -4ما المقصود بالربط المباشر؟ وضح باٌجاز. - 5أشرح باٌجاز الربط بمقاومة – متسعة. - 6عدد انواع المكبرات؟ وأشرح باٌجاز عن كل منها. - 7ارسم دا برة مكبر الباعث المشترك. - 8ارسم دا برة مكبر الجامع المشترك. - 9وضح بالرسم منظم التوازي. - 10أشرح موضحا ذلك بالرسم مبدا عمل الترا نزستور كمفتاح الكترونً. .- 11احسب قٌمة ( ) VCEللدابرة الموضحة فً شكل ( )12- 4عندما تكون فولتٌة الددخل )،(Vin=0 وما القٌمة الصؽرى لتٌار القاعدة ) IB(minالمطلوبة لٌصل الترا نزستور لحالة التشبع اذا علمت ان قٌمة ) (βdc=150مع اهمال قٌمة )VCE(sat؟ شكل 12- 4 - 12جد قٌمة ) ،IC(satاذا علمت ان قٌمة VCC=5Vوان قٌمة .RC=500Ω - 13احسب قٌمة ) (βdcلترانزستور ،قٌمة تٌار الجامع ) (500mAوتٌار القاعدة ).(5mA -14احسب ربح الفولتٌة والتٌار لترانزستور اذا علمت ان فولتٌة الخرج ) (80Vوفولتٌة الدخل )(2V وتٌار الجامع ) (250mAوتٌار القاعدة ).(2mA 49 الفصل الخامس ترانزستور تاثير المجال االهداف: اىهذف اىؼبًٌ :هدؾ الفصل الخامس إلى التعرؾ على ترانزستور تاثٌر المجال. االهداف الخاصة :بعد اكمال هذا ا لفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان: ٌ – 1عرؾ انواع ترانزستور تاثٌر المجال (.)FET ٌ – 2فهم تركٌب ترانزستورات تاثٌر المجال ()FET ٌ - 3عرؾ كٌؾ ٌعمل ترانزستور تاثٌر المجال نوع االتصالً. ٌ – 4قارن بٌن الترانزستور العادي وترانزستور تاثٌر المجال (.)FET 50 الفصل الخامس ترانزستور تاثٌر المجال ( )Field Effect Transistor 1–5ترانزستور تاثٌر المجال تعمل الترانزستورات ثنابٌة القطب NPNو PNPعلى تٌار الفجوات االلكترونٌة وتٌار األلكترونات لذلك تسمى بترانزستورات ثنابٌة القطب ،بٌنما تعمل ترانزستورات تاثٌر المجال على سرٌان تٌار األلكترونات ،أو سرٌان تٌار الفجوات لهذا تسمى بترانزستورات احادٌة القطبٌ .رمز لترانزستور تاثٌر المجال بالرمز ( .)FETوتعد هذه الترانزستورات البدٌلة لترانزستورات ثنابٌة القطب ،فهً تستعمل فً معظم الدوابر الحدٌثة وخصوصا فً الدوابر المتكاملة والرقمٌة ،لما تتمٌز به من سرعة االداء خصوصا عند استخدامها كمفاتٌح .شكل (ٌ )1 – 5وضح نماذج ترانزستور تاثٌر المجال. شكل 1–5نماذج من ترانزستور تاثٌر المجال ٌتمٌز ترانزستور تاثٌر المجال عن ترا نزستور ثنابً القطب (االعتٌادي) باالتً: – 1حجم ( )FETاصؽر من ترانزستور ثنابٌة القطب. ٌ – 2عمل ( )FETبجهد تشؽٌل منخفض. – 3اشارات الضوضاء ( )noiseفً ( )FETتكون قلٌلة عند استخدام ه فً تكبٌر الترددات العالٌة. – 4ال ٌتاثر ( )FETباالشعاعات الكهرومؽناطٌسٌة الخارجٌة. – 5المقاومة الداخلٌة لترانزستور( ،)FETعالٌة وتصل إلى حوالً ( ،)100 MΩبٌنما تصل حوالً ( )2KΩللترانزستور االعتٌادي. – 6ومن مساوئ ( )FETان ربحه اقل من ترانزستور االعتٌادي ومعرض اكثر للتلؾ. 51 2–5انواع ترانزستور تاثٌر المجال ()FET ٌوجد نوعان ربٌسان من ترانزستور تاثٌر المجال هما: ا -ترانزستور تاثٌر المجال االتصالً (.)JFET ب -ترانزستور تاثٌر المجال السلٌكونً المعدنً ( )MOS FETأو (ترا نزستور ذو البوابة المعزولة). 1–2–5ترانزستور تاثٌر المجال االتصالً ()JFET ٌتكون ترا نزستور ( ) JFETمن نوعٌن هما: ا -ترا نزستور ذو القناة السالبة ( :)N–channelوفً هذا النوع تكون الؽالبٌة العظمى هً األلكترونات الحرة (اي الشحنات السالبة) واالقلٌة هً الفجوات الحرة (اي الشحنات الموجبة). ب -ترا نزستور ذو القناة الموجبة ( :)p–channelوفً هذا النوع تكون الؽالبٌة العظمى هً الفجوات الحرة (اي الشحنات الموجبة) واالقلٌة هً األلكترونات الحرة (اي الشحنات السالبة). شكل (ٌ ) 2–5وضح نوعً الترا نزستور حٌث تتكون قناة الترا نزستور من شرٌحة مادة شبه موصلة شكل 2 –5رمز نوعً الترانزستور المجال االتصالً ٌتصل بها قطبٌن ٌمثل األول طرؾ المصدر( )S- Sourceوالثا نً ٌمثل طرؾ المصرؾ ( .)D-Drainتحٌط القناة مادة شبه موصلة مؽاٌرة للمادة ا لشبه موصلة للقناة ،وتكون على شكل لقة ٌتصل بها طرؾ البوابة ( .)G-Gateشكل (ٌ )3 –5وضح رمز كل من نوعً الترانزستور. شكل 3–5رمز كل من نوعً ترانزستور االتصالً ()JFET 52 ندرج ادنا ه نظرٌة عمل الترانزستور االتصالً وكما ٌاتً: شكل (ٌ )a-b ،4–5وضح دابرة ترا نزستور ذي القناة – ،Nفً حا لة تطبٌق فولتٌة بٌن المصدر والبوابة ( ،)VGSوعندما تكون الفولتٌة الخلفٌة (العكسٌة) بٌن البوابة والمصدر ( )VGSتساوي صفر، فانه ٌمر تٌار ٌسمى بتٌار المصرؾ ( .)IDوكلما زادت الفولتٌة ( )VDDزاد تٌار المصرؾ إلى حد معٌن حٌث ٌصبح ( )IDثابتا .عند وضع فولتٌة عكسٌة ( )VGSفا نه ٌتولد مجال كهربابً ٌقلل التٌار المار بٌن المصرؾ والمصدر( ،)IDوتكون منطقة مرور التٌار ضٌقة وخالٌة من حأمالت الشحنة، وبزٌادة هذه ا لفولتٌة ٌنقطع مرور التٌار .اي ٌمكن السٌطرة على التٌار المار بٌن المصدر والمصرؾ بواسطة فولتٌة األنحٌاز العكسٌة للبوابة .شكل (ٌ )5–5وضح خواص الترانزستور ذي تاثٌر المجال االتصال ً لعدة قٌم من الفولتٌة العكسٌة للبوابة. ()b شكل a-b ،4–5دائرة ترانزستور ذو القناة – N 53 الشكل ٌ 5 –5وضح خواص الترانزستور ذي القناة – N 2–2–5ترانزستور تاثٌر المجال السلٌكونً ا لمعدنً ذو البوابة المعزولة ))Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ( MOS FET فً هذا النوع من الترانزستورات ٌتم فٌه عزل البوابة عن القناة بطبقة رقٌقة من مادة عازلة، وؼالبا ما تستخدم مادة ثانً اكسٌد السٌلكون ( .)sio2لذا ٌسمى اٌضا بترا نزستور ذي البوابة المعزولة. ٌوجد نوعٌن من هذه الترانزستورات هما: ا -ترانزستور تاثٌر المجال ذو البوابة المعزولة نسق األستنزاف( :Depletion(MOS FET عندما تطبق فولتٌة سالبة ( )VGSعلى قناة الترانزس تور ٌعمل الترانزستور بهذا النسق. كما ٌمكن لنفس هذا الترانزستور ا ن ٌعمل بنسق ا لتعزٌز عند تطبٌق فولتٌة موجبة ( )VGSعلى البوابة .ان لهذا الترانزستور اٌضا قسمٌن هما :ذو القناة السالبة ( )N– channelوذو القناة الموجبة ( .)P– channelالشكل (ٌ )6 –5وضح رمزي القسمٌن. الشكل ٌ 6–5وضح رمزي ترانزستور ذي البوابة المعزولة نسق األستنزاف 54 شكل (ٌ )7-5وضح دابرة ترا نزستور نسق األستنزاؾ ذي القناة السالبة ،حٌث ٌمكن التحكم بمقدار تٌار المصرؾ ( )IDعن طرٌق التحكم بمقدار فولتٌة البوابة العكسٌة ( ،)VGSفكلما زادت فولتٌة البوابة قل تٌار المصرؾ. شكل 7-5دائرة ترا نزستور نسق األستنزاف ذو القناة السالبة ب -ترانزستور تاثٌر المجال السلٌكونً المعدنً ذو البوابة المعزولة الذي ٌعمل بنسق التعزٌز فقط ( ):)Enhancement Mod (MOS FET ٌتكون من نفس تركٌب ترا نزستور نوع نسق األستنزاؾ اال ان طبقة القاعدة ( )pتمتد إلى ان تصل طبقة أوكسٌد السٌلكون ( ،)sio2اي عدم وجود قناة بٌن المصدر والمصرؾ .حٌث ال ٌعمل هذا الترانزستور اال اذا طبقت فولتٌة موجبة على البوابة .شكل (ٌ )8 – 5وضح الرمز المنطقً لقسمً الترانزستور. ا لشكل 8–5الرمز ا لمنطقً لقسمً ترانزستور نسق التعزٌز فقط 55 اسئلة الفصل الخامس – 1عدد انواع ترا نزستور تاثٌر المجال (.)FET – 2كٌؾ ٌعمل ترا نزستور تاثٌر المجال ( )FETنوع االتصالً؟ – 3وضح كٌؾ ٌمكن التحكم بتٌار المصرؾ لترانزستور تاثٌر المجال نسق األستنزاؾ؟ - 4قارن بٌن االنواع الثالثة لترانزستور تاثٌر المجال (.)FET – 5قارن بٌن الترا نزستور العادي وترانزستور تاثٌر المجال (.)FET -6علل ٌسمى ترانزستور تاثٌر المجال السٌلٌكونً المعدنً )) MOS FET بذو البوابة المعزولة ؟ 56 الفصل السادس مكبرات (مضخمات) القدرة )(Power Amplifiers االهداف: الهدف العامٌ -:هدؾ الفصل السادس الى ا لتعرؾ على مكبرات القدرة. االهداف الخاصة -:بعد اكمال هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان: ٌ .1تعرؾ على مبدا عمل مكبرات القدرة. ٌ .2تعرؾ على انواع مكبرات القدرة. ٌ .3رسم كل نوع وخصابصه. 57 الفصل السادس مكبرات القدرة )(Power Amplifiers 1-6رَهيذ إلرسال اشارة السلكٌة عن طرٌق هوابً إلى مسافات طوٌلة ،فاننا نحتاج إلى تكبٌر قدرتها حتى نستطٌع قطع هذه المسافة .فكلما زادت القدرة زادت المسافة التً نقطعها .فعلى سبٌل المثال ،المحطات االرضٌة التً تتصل باالقمار االصطناعٌة .لذلك فاننا نحتاج إلى مكبرات قدرة مناسدبة كمرحلدة اخٌدرة قبل الهوابً فً دوابر االرسال .تصنؾ مكبرات ا لقدرة حسب نسبة الموجة الداخلة والتً ٌعمدل خاللهدا ا لمكبر بصورة خطٌة. 2-6مكبرات القدرة الصنف )(Class "A" power amplifier) (A ٌعمل هذا المكبر فً الحالة الخطٌدة خدالل جمٌدع فتدرات الموجدة الداخلدة كمدا فدً الشدكل (،)1-5 لذلك ٌسمى بمكبر القدرة صنؾ ).(A شكل 1-6شكل االشارة الداخلة ) (Vinواالشارة الخارجة ) (Voutلمكبر صنف )(A فددً هددذا الصددنؾ نختدار نقطددة ا لتشددؽٌل فددً منتصددؾ خددط الحمددل تقرٌبدا كمدا فددً الشددكل (،)2-6 وتكددون اش دارة الدددخل ) (Vinصددؽٌرة بحٌددث ال تددؤدي الدخ دال الترانز سددتور لمنطقددة القطددع ،أو منطقددة التشبع فً منحنً خواص الخرج. شكل 2-6خط الحمل للتٌار المستمر ) (DCوموقع نقطة ا لتشغٌل لمكبر صنف ()A الشكل (ٌ ) 3-6وضح عدم تشوه االشارة الخارجدة ) (Voutاذا كا ندت نقطدة التشدؽٌل ) (Qفدً وسدط خدط الحمل للتٌار المتناوب )ٌ .(acوضح اٌضا هذا الشكل أكبر اشارة خارجة ٌمكن الحصول علٌها. 58 شكل 3-6خط الحمل للتٌار المتناوب ( )ACلمكبر صنف )(A ان ا هم مٌزة لمكبر القدرة صنؾ ) (Aهً انه ال ٌ وجد تشدوه فدً اشدارة الخدرج تقرٌبدا ،فأمدا مدن عٌوبه فاننا نحتاج دابما لقدرة كهربا بٌدة لتشدؽٌل المكبدر ،وهدذه القددرة تدا تً مدن مصددر فولتٌدة مباشدر، وتسدتخدم فددً تحدٌددد نقطدة التشددؽٌل وال ٌظهددر منهدا اال جدزء محدددود فددً اشدارة الخددرج ،وٌظددل المكبددر الصنؾ ) (Aمحتاجا لقدرة كهربابٌة طوال فترة تشؽٌله ،وهو لذلك ؼٌر مناسب لتكبٌر االشارات عندما تحتداج لقدددرة عالٌدة مددن المكبدر ،وتكددون الطاقدة المهدددورة عالٌدة جدددا فدً هددذه الحالدة ٌ .كبددر هدذا النددوع االشارة لكل 360درجة من طور االشارة .وكمثا ل لمكبر قدرة صنؾ ) ،(Aهو مكبر الباعث المشترك الذي سبق دراسته فً الفصل الرابع ،وكما موضح بالشكل (.)4-6 شكل 4-6دائرة مكبر باعث مشترك وهً دا ئرة مكبر قدرة صنف )(A 59 لحساب كسب القدرة فان: (............)1-6 ) Rin ( Ap=Av Rout حٌث ان: ربح القدرةAp : ربح الفولتٌةAv : مقاومة الداخلRin : مقاومة الخارجRout : 3-6مكبرات القدرة صنف )(Class "B" Power amplifiers) (B ان مكبددرات ا لقدددرة صددنؾ ) (Bهددو اكثددر كفداءة ،وفددً هددذا النددوع مددن المكبددرات تسددتهلك الطاقددة الكهربا بٌة فقط عند حالة التوصٌل ( 180ºدرجة من طور االشارة الداخلة) .أما فً النصؾ االخدر مدن االشارة فٌكون الترانزستور فً حالة قطع ،وٌكون الخارج عبا رة عن نصؾ موجة جٌبٌة .ا ن خرج هذا المكبر ٌؤدي إلى تشوه كبٌر فً االشارة الخارجة بالنسبة لالشارة الداخلة ،حٌث ٌختفً نصدؾ االشدارة الخارجة وكما موضح فً الشكل ( ،)5-6حٌث شكل االشدارة الداخلدة واالشدارة الخارجدة لمكبدر صدنؾ ).(B شكل 5-6االشارة الداخلة ) (Vinواالشارة الخارجة ) (Voutلمكبر قدرة صنف ()B شكل 6-6خط حمل التٌار المستمر ) ،(DCوموقع نقطة التشغٌل ) (Qلمكبر قدرة صنف )(B ان هذا ا لنوع تكون نقطة تشؽٌله على حافة منطقة القطع تماما ،وكما موضح فً شكل (.)6-6 60 ان الشكل (ٌ )7-6وضح دا برة مكبر قدرة صنؾ ) ،(Bوهً عبارة عن دا برة مكبر عبيع مشترك. شكل 7-6دائرة مكبر قدرة صنف ) (Bوهً دائرة مكبر جبٍغ مشترك 4-6مكبرات الدفع والسحب (مكبرات صنف )(Push-pull Amplifier) (A-B لقد درسنا فً مكبرات القدرة صنؾ ) (Bان نصؾ اشارة ا لدخل فقط تدم تكبٌرهدا ،فدإذا اردندا ان ٌكبر النصؾ االخر من االشارة الداخلة ،فاننا نضدٌؾ مكبدرا ا خدر مدن نفدس الندوع ،وٌسدمى هدذا الندوع بمكبر الدفع والسحب أو مكبر صنؾ ) (A-Bكما موضح فً الشكل (.)8-6 شكل 8-6دائرة مكبر الدفع والسحب وهً دائرة صنف )(A-B 61 ٌقوم الترانزستور ) (T1بالعمل (التوصٌل) خالل النصؾ الموجدب ،والترانزسدتور ) (T2بالعمدل (التوصٌل) خالل النصؾ السالب من اشارة الدخل ،وتستخدم الداٌودان ( ) D1 ،D2والمقاومتان (،R2 )R1ألنحٌاز الترانزستور .وتكون قٌم المقاومتٌن متساوٌة ،ولحساب مقدار تكبٌر القدرة نتبع ما االتً: (...........)2-6 1 I c(sat) Vcc = Pout 4 علما ان: 0.5VCC (...........)3-6 RL وبا لتعوٌض عن قٌمة ) Ic(satفً قانون القدرة ،فان: (............)4-6 2 0.5 VCC RL × 1 = )Ic(sat = Pout 4 مثال ()1-6 احسب قٌمة قدرة الخرج لدا برة مكبدر قددرة صدنؾ ) (A-Bاذا علمدت ان ،Vcc=20Vوقٌمدة مقاومدة الحمل .8Ω الحل: 2 1 0.5 VCC = Pout × . RL 4 0.5)20(2 = 6.25w 4×8 = Pout 5-6مكبر القدرة الصنف )(Class C power amplifier) (C النددوع االخٌددر مددن المكبددرات ،هددو صددنؾ ) ،(class C) (Cوفددً هددذا النددوع نكبددر اقددل مددن 90º درجة من االشارة الداخلة .الن الترانز ستور ٌكون فً حالة قطع معظم الوقت ممدا ٌدوفر طاقدة التشدؽٌل وبرفع كفاءة المكبر .ان الخرج الناتج من هذا الصنؾ من مكبرات ا لقدرة ٌكون مشوها جددا ،ولكدن فدً بعض التطبٌقدات فدان هدذا الندوع مدن المكبدرات مفٌدد جددا ،حٌث ٌسدتخدم فدً تكبٌدر التدرددات الرادٌوٌدة وكذلك فً دوابر المحدددات .الشدكل (ٌ )9-6وضدح شدكل كدل مدن االشدارة الداخلدة ،واالشدارة الخارجدة لمكبر صنؾ ).(C 62 شكل 9-6اشارة الدخل واشارة الخرج لمكبر صنف )(C وٌمكن حساب قٌمة تكبٌر القدرة كاآلتً: 0.5VCC2 (..........)5-6 Rout =Pout مثال ()3-6 احسدددب قٌمدددة قددددرة الخارجدددة لمكبدددر صدددنؾ ) (Cاذا علمدددت ان Vcc=24Vوقٌمدددة مقاومدددة الخدددرج (.)100Ω الحل: 0.5VCC 2 0.5× )24(2 = Pout = = 2.88w Rout 100 63 اسئلة الفصل السادس - 1اٌن تختار نقطة ا لتشؽٌل فً مكبرات القدرة الصنؾ ) (A؟ وضح ذلك مستعٌنا بالرسم. - 2مدا اهددم ممٌددزا ت وعٌددوب مكبددر القدددرة الصددنؾ )(A؟ وا ي نددوع مددن المكبددرات التددً درسددناها فددً الفصل الرا بع هً مكبر القدرة صنؾ )(A؟ - 3وضح مع الرسم االشارة الداخلة ) (Vinواالشارة الخارجة ) (Voutلمكبر القدرة صنؾ ).(B - 4اي نوع من المكبرات التً درسناها فً الفصل الرا بع هً مكبر قدرة صنؾ )(B؟ - 5ما ا لفرق بٌن نقطة التشؽٌل لمكبر القدرة صنؾ ) (Aوصنؾ )(B؟ - 6لماذا ٌستخدم مكبر الدفع والسحب (صنؾ ) A-Bوضح ذلك مع الرسم؟ - 7م دا الفا بدددة مددن اسددتخدام مكبددر القدددرة الصددنؾ ) ،(Cأشددرح ذلددك مسددتعٌنا بشددكل االش دارة الداخل دة والخارجة؟ - 8احسددب ) (Vccاذا علمددت ا ن قٌمددة قدددرة ا لخددرج لمكبددر للقدددرة صددنؾ ) (Pout=3w) (Cومقاوم دة الخارج .Rout =50 Ω - 9احسددب قٌمددة مقاوم دة الحمددل ) (RLلمكبددر قدددرة صددنؾ ) (A-Bاذا علمددت ان ، Vcc =25Vوان قٌمة قدرة الخرج ).(Pout = 7w 64 الفصل السابع استجابة المكبر التردد والمكبرات المنغمة االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل إلى التعرؾ على استجابة المكبرر التردد والمكبرات المنؽمة. االهداف الخاصة: بعد اكمال هذا ا لفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان-: ٌ – 1عرؾ تاثٌر متسعات الربط والتمرٌر على معامل ربح المكبر. ٌ - 2عرؾ تاثٌر المتسعات الداخلٌة على معامل ربح المكب. ٌ – 3عرؾ تاثٌر التردد على معامل ربح المكبر المنؽم. ٌ – 4عرؾ انواع المكبرات المنؽمة. 65 الفصل السابع أستجابة المكبر للتردد والمكبرات المنغمة 1-7أستجابة المكبر للتردد ( )Amplifier Frequency Response استجابة ا لمكبر للتردد هً التؽٌر الحاصل فً ربح ا لمكبر عند مدى معٌن من ترددات االشارة الداخلة .حٌث تتاثر استجابة المكبر فً الترددات الواطبة والترددات العالٌة. 2-7أستجابة التردد الواطئ شكل (ٌ )1-7وضح دابرة مك بر مربوطة بطرٌقة الباعث المشترك .حٌث ان ربح المكبر ٌعتمد على الفولتٌة الخارجة كما فً العالقة اآلتٌة: حٌث ان AV:ربح فولتٌة المكبر شكل 1-7دائرة مكبر الباعث المشترك لذا فان اي هبوط فً فولتٌة االشارة ٌسبب انخفا ً ض ا فً ربح فولتٌة المكبر .حٌث ان كال من متسعة الربط ( )C1ومتسعة التمرٌر ( )CEتسبب ه بوط فً فولتٌة االشارة الخارجة .ان ممانعة اٌة متسعة تتناسب عكسٌا مع التردد كما فً العالقة اآلتٌة: = X لذلك فان ( )XCتزداد كلما زاد تردد االشارة ،مما ٌسبب هبوط فً ا لفولتٌة على طرفً المتسعة ( (C1والمتسعة ( .)CEحٌث تقل الفولتٌة الخارجة ( )VOutعلى طرفً المقاومة ( ،)RLوبالتالً ٌقل ربح المكبر .الشكل (ٌ ) 2 -7وضح منحنً أستجابة المكبر حٌث العالقة بٌن التردد وربح المكبر. 66 اذ ٌالحظ ان ربح ا لمكبر ٌنخفض عند الترددات الواطبة بسبب ممانعة متسعة الربط وممانعة متسعة التمرٌر. شكل 2-7منحنً استجابة المكبر 3-7استجابة التردد العالً فدددً التدددرددات العا لٌدددة وحسدددب نظرٌدددة مٌلدددر ( ) Millerتظهدددر علدددى اطدددراؾ المكبر(اقطددداب الترا نزستور) متسعات تسمى بالمتسعات الداخلٌة (القطبٌة) كما موضح فً الشكل (.)3-7 شكل 3-7المتسعات الداخلٌة لمكبر الترانزستور حٌث ٌكون للمتسعتٌن ( )C bc،Cbeتا ثٌر على ربح فولتٌة المكبر ،حٌث فكلما زاد تردد االشارة المراد تكبٌرها قل ربح فولتٌة المكبر .كما ان تاثٌر المتسعات الداخلٌة ال ٌظهر فً الترددات الواطبة; الن قٌم سعاتها تكون قلٌلة عند هذه الترددات.كما فً شكل ( )2-7منحنً استجابة المكبر ،حٌث ٌنخفض ربح المكبر عند الترددات العالٌة بسبب تاثٌر المتسعات الداخلٌة. 4-7تردد القطع ()Cutoff Frequency تردد القطع هو التردد الذي تهبط عنده ا على قٌمة لربح المكبر( )AVإلى( .)0.707 AVفمثال اذا كانت ا على قٌمة لربح المكبر ( )AV =2تصبح قٌمتها ( )0.707×2 = 1.414عند تردد القطعٌ .رمز لتردد القطع بالرمز ( )fcحٌث ان: 67 :fc1قٌمة اقل تردد قطع fc2 ،قٌمة ا على تردد قطع 𝐴 × 𝐹 = 0 707 قانون تردد القطع : شكل ٌ 4-7وضح ترددي القطع 5-7عرض الحزمة ( )Band Width عرض الحزمة ( )BWهو التردد المحصور بٌن ا على تردد قطع ،وا قل تردد قطع ٌمكن ان ٌكبر فً دابرة المكبر كما فً الشكل (.)4 -7 𝒇− 𝒇=𝑾 6-7أستجابة المكبرات المنغمة ( )Tuned Amplifiers المكبر المنؽم هو المكبر ا لذي ٌحتدوي علدى دا بدرة رندٌن تدوازي واحددة أو اكثدر ،وتكدون بمثابدة ممانعة حمل المكبر .شكل (ٌ )5 -7وضدح دا بدرة مكبدر مدنؽم .حٌدث ٌدتم اختٌدار تدردد الدرنٌن المطلدوب بواس طة تنظٌم قٌم عناصر دابرة الرنٌن ،فا ن تردد الرنٌن كما فً المعادلة اآلتٌة: √ 68 = 𝒇 L1 شكل 5 -7دا ئرة مكبر منغم مرحلة واحدة 7-7انواع المكبرات المنغمة ٌتم تصنٌؾ هذه المكبرات إلى عدة انواع تبعا لما ٌأتً: – 1مكبرات الحزمة العرٌضة ا– عرض الحزمة : – 2مكبرات الحزمة الضٌقة ب– القدرة الخارجة: – 1مكبرات االشارة الصؽٌرة - 2مكبرات االشارة الكبٌرة ﺠ– عدد مراحل التكبٌر: – 1مكبر منؽم ذو مرحلة واحدة -2مكبر منؽم ذو مرحلتٌن -3مكبر منؽم ذو عدة مراحل 8-7مكبرات الحزمة العرٌضة المنغمة ( )Broadband uned Amplifiers فً الشكل (ٌ ) 6 -7وضح منحنً االستجابة المثا لً لمكبر حزمة عرٌضة ،وفٌه ٌكون معامل ربح المكبر منخفضا وعرض حزمة كبٌراٌ .كثر استعمال هذه المكبرات فً مراحل التردد الوسٌط لجهازي الرادٌو والتلفزٌون. 69 شكل 6-7منحنً االستجابة المثا لً لمكبر حزمة عرٌضة 9-7مكبرات الحزمة الضٌقة المنغمة ((Narrowband Tuned Amplifiers شكل (ٌ )7-7وضح منحنً استجابة مكبر حزمة ضٌقة .حٌث ٌستجٌب هذا ا لمكبر لحزمة ضٌقة من الترددات ا لمحصورة بٌن ترددي القطع .تكون ممانعة حمل المكبر عالٌة جدا مقارنة بممانعة حمل مكبر الحزمة العرٌضة ،لذا فان معامل ربح هذا المكبر تكون عالٌةٌ .مكن زٌادة معامل ربح الفولتٌة وزٌادة عرض حزمة المكبر المنؽم باستعمال ا كثر من مرحلة لمكبر منؽمٌ .كثر استعمال هذه المكبرات فً جهاز الرادٌو لتكبٌر التردد الرادٌوي المطلوب. شكل 7-7منحنً استجابة مكبر حزمة ضٌقة 70 اسئلة الفصل السابع – 1ما تاثٌر متسعات الربط ومتسعات التمرٌر على معامل ربح المكبر؟ – 2وضح مع الرسم تاثٌر المتسعات الداخلٌة لمكبر الترا نزستور على معامل الربح. -3عرؾ ما ٌلً :تردد القطع ،عرض الحزمة ،منحنً استجابة المكبر. – 4ما المقصود بالمكبر المنؽم؟ –5عدد انواع المكبرات المنؽمة. –6قارن بٌن مكبر الحزمة العرٌضة ،ومكبر الحزمة الضٌقة. 71 الفصل الثامن المذبذبات االهذاف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل الى التعرؾ على المذبذبات. االهداف الخاصة :بعد ان اكمال هذا ا لفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان: ٌ .1عرؾ انواع المذبذبات. ٌ .2عرؾ التؽذٌة ا لعكسٌة وشروط عملٌة التذبذب. ٌ .3عرؾ تركٌب ونظرٌة عمل مذبذبات الموجة الجٌبٌة ،والمذبذبات ؼٌر الجٌبٌة. ٌ .4عرؾ قوانٌن المذبذبات ،وحساب تردد رنٌن المذبذبات. ٌ .5حل جمٌع االسبلة فً نهاٌة الفصل. 72 الفصل الثامن المذبذبات )(Oscillators 1-8تمهٌد تسمى الدابرة االلكترونٌة ا لتً تقوم بتولٌد اشارة كهربا بٌة متؽٌرة بالمذبذب ،وٌمكن تقسٌم المذبذبات إلى قسمٌن اساسٌٌن هما- : ا -المذبذبات الجٌبٌة )(Sinusoidal Oscillators ب -المذبذبات ؼٌر الجٌبٌة ))Non- Sinusoidal Oscillators ان كال ا لنوعٌن ٌعتمد على مبدا التؽذٌة العكسٌة ) ،(Feedbackوا لذي سنتطرق له فٌما ٌاتً باختصار. 2-8التغذٌة العكسٌة ))Feedback هً اخذ جزء من االشارة الخارجة من المكبر واعادتها إلى الدا خل بحٌث تتحد االشارة الراجعة مع الداخل االساسٌة ،وتحدث تؽٌر ؼٌر عادي فً اداء النظام وخواصه. ٌمكن تقسٌم دوابر التؽذٌة العكسٌة إلى نوعٌن هما-: ا -تؽذٌة عكسٌة سالبة ))Negative Feed back ٌكون طور االشارة الخارجة المؽذاة عكسٌا مضاد لطور االشارة الداخلة ،ا ي ٌوجد فرق فً الطور ٌساوي °180بٌن االشارة الراجعة واشارة الدخل. ب – تؽذٌة عكسٌة موجبة ))Positive Feedback ٌكون طوراالشارة الخارجة المؽذاة عكسٌا متفقا مع طور االشارة الداخلة لذلك فان التكبٌر ٌزداد فً المكبر بعد التؽذٌة العكسٌة الموجبة ،واالستعمال ا لربٌس للتؽذٌة العكسٌة الموجبة هو فً المذبذبات. الشكل (ٌ ) 1-8وضح مخطط التؽذٌة العكسٌة ا لموجبة ،حٌث ( )Aكسب المكبر و( )Bكسب دابرة التؽذٌة العكسٌة. شكل 1 –8مخطط التغذٌة العكسٌة الموجبة 73 ًٔٚكٍ ؽسبة انشثؼ انكه ٙنهذائشح ( )Afيٍ انقبٌَٕ االر:ٙ = 𝑓𝐴 ) ………………..(1-8 ؽٛش : Afانشثؼ ثعذ انزغزٚخ انعكسٛخ ٔ :Aانشثؼ قجم انزغزٚخ انعكسٛخ ٔ :Bانشثؼ َسجخ انزغزٚخ انعكسٛخ 3-8مبدا عمل المذبذب ان الفكرة ا لربٌسة عن كٌفٌة قٌأم ا لمذبذب لتولٌد اشارة خارجة بدون اشارة داخلة خارجٌة ،هً فكرة استخدام تؽذٌة عكسٌة موجبة من ،اجل تزوٌد اشارة للمدخل بدال من اشارة الداخل ،ومن المعلوم ان المذبذب ال ٌولد طاقة ،وانما هو ٌحول طاقة ( )DCإلى (.)AC 1-3-8شروط حدوث التذبذب ))Conditions for Oscillation سنوضح ونشرح االن كٌفٌة الحصول على اشارة خارج أو تولٌد ذبذبة كهربابٌة وبدون اشارة داخل خارجٌه باستخدام مكبر التؽذٌة العكسٌة الموجبة (مبدا عمل ا لمذبذب) .من خالل الشكل ()2-8 ٌوضح مخطط التؽذٌة العكسٌة الموجبة وبدون اشارة داخل خارجٌة. X V A B Y V Vf الشكل 2-8مخطط التغذٌة العكسٌة الموجبة بدون إ شارة داخل خارجٌة نالحظ من الشكل ( )2-8اننا قبل توصٌل النقطتٌن ( Xو )Yفاننا نحتاج إلى اشارة داخلة للحصول على اشارة خارجة ولكن بعد توصٌل النقطتٌن ( Xو )Yفان اشارة التؽذٌة العكسٌة تؽذي المكبر وفً هذه الحالة تنتفً الحاجة إلى اشارة داخلة ،اي تتحول الدا برة من مكبر إلى مذبذب ،فٌقوم بتجهٌز اشارة خارجة دون الحاجة إلى اشارة داخلة. توجد ثالثة احتماالت للمذبذبات وهً: .1اذا كان ) (AB > 1من المعادلة ( )1فان جهد االشارة الخـارجة سٌتزاٌد كما مبـٌن فً الشـكل( 3-8أ). .2اذا كان ) (AB =1من المعادلة ( )1فان جهد االشارة الخارجة ٌكون مستقرا كما مبٌن الشكل( 3-8بـ) . 74 فً .3اذا كان ) (AB <1من المعادلة ( ) 1فان جهد االشارة الخارجة سٌتخامد كما مبٌن فً (3 -8جـ). الشـكل ( أ ) تزاٌد (ب) استقرار (جـ) إخماد الشكلٌ 3-8وضح االحتماالت الثالث للمذبذب 4-8مذبذبات الموجة الجٌبٌة تقسم مذبذبات الموجة الجٌبٌة إلى قسمٌن وفقا لعنا صر تحدٌد تردد المذبذب هما: ا -مذبذبات المقاومة – المتسعة ))RC Oscillators تستخدم هذه المذبذبات فً تولٌد االشارات ذات الترددات الصؽٌرة نسبٌا ،والترددات السمعٌة وهً على انواع. نذكر منها المذبذب ا لمزحزح للطور ) (Phase shift Oscillatorوالمبٌن فً الشكل (.)4 -8 شكل 4-8مذبذب ازاحة الطور 75 للمكبر ازاحة طور مقدارها ،°180الن االشارة تؽذي اإلدخال القالب .اخراج المكبر ٌؽذي خلفٌا إلى ثالث مراحل من دابرة ( )RCالن اقصى زاوٌة انحراؾ بالطور تعطٌنا دابرة ()RCهً ( )90°معتمدة بذلك على ا لتردد .لذلك تكون ازاحة الطور الكلٌة للمراحل الثالث من دابرة ) )RCهً ( ،)180°ونتٌجة لذلك تكون ازاحة الطور حول الدابرة كلها( )360°والتً تكافىء °0بتحلٌل مباشر- لكنه معقد -للمراحل الثالث لدابرة ٌ RCمكن ا ن نحصل على الصٌؽة اآلتٌة لحساب التردد. (............)2-8 1 2RC 6 F0 مثال ()1-8 فً الدابرة المبٌنة فً الشكل( )4 -8اذا كا نت سعة كل من المتسعات الثالثة تساوي( )C=68pf وقٌم المقاومات الثالثة تساوي ( )R=1MΩاحسب تردد االشارة ا لمتولدة من هذا المذبذب. 1 2RC 6 956Hz F0 1 2 10 68 10 12 6 6 F0 ب -مذبذبات الملؾ – المتسعة (:)LC تستعمل مذبذبات ) (LCفً تولٌد االشارات ذات الترددات العالٌة ،وفٌها تكون دا برة تحدٌد التردد عبا رة عن ملؾ ومتسعة( :دا برة رنٌن) وهً شابعة االستخدام فً اجهزة االتصاالت وذات انوا ع عدٌدة منها: -1مذبذب هارتلً ))Hartley Oscillator سمً هذا المذبذب باسم مخترعه العالم هارتلً وهو موضح فً الشكل ()5-8 C4 C3 C2 شكل 5-8مذبذب هارتلً 76 فً هذا ا لمذبذب تتكون دابرة ا لرنٌن من ملؾ ٌحتوي على نقطة وسطٌة ومتسعة .ا ن كل ملؾ ٌحتوي على نقطة وسطٌة تتكون على طرفٌه فولتٌتان مختلفتان بالطور بزاوٌة مقدارها .180°ان االشارة الخارجة من الملؾ L1والتً ٌتم من خاللها التؽذٌة ال عكسٌة تتحد مع طور اشارة القاعدة، وبذلك تحقق شرط فرق الطور ،360°وٌحسب تردد االشارة المتولدة بهذا المذبذب بالقانون االتً: 1 2 L1 L2 C (..........)3-8 F0 مثال ()2-8 احسب التردد المتولد بدا برة مذبذب هارتلً المبٌنة فً الشكل ( ،)5-8اذا كان معامل الحث الذاتً للملؾ ) (L1=L2=1mHوسعة المتسعة )(0.01 μƒ 1 2 L1 L2 C الحـــــــــــل: = 35606.178 HZ = 35.606 KHZ 1 1 1103 0.01106 2 F0 F0 -2مذبذب كولبتس ( )Colpitts Oscillator تم اكتشاؾ هذا المذبذب -ألول مرة -من قبل العالم كولبتس ،وٌعتمد مبدا التؽذٌة العكسٌة الموجبة على تارٌض النقطة ا لوسطٌة بٌن متسعتٌن بجعل طور فولتٌة كل منهما ٌختلؾ عن االخرى بزاوٌة مقدارها .°180الشكل (ٌ )6 -8وضح دا برة مذبذب كولبتس. شكل 6-8مذبذب كولبتس ٌستعمل هذا ا لمذبذب بكثرة فً مولدات االشارة التجارٌة ا لتً تزٌد على ( )1MHzوٌعتمد هذا النوع من المذبذبات على التفرع السعوي بدال من التفرع الحثً ،وٌستعمل الفولتٌه عبر C2لسوق القا عدة بتولٌؾ المتسعتٌن معاٌ .حسب تردد هذا المذبذب بالقانون االتً: 1 (.......(4-4 77 C1C2 C1 C2 F0 2 L مثال ()3-8 احسب تردد مذبذب كولبتس المبٌن فً الشكل ( )6 -8اذا كا نت قٌم كل من ( )C1 ،C2تساوي μƒ 0.05ومعامل الحث الذاتً للملؾ .L =(500) μH 1 C1C2 C1 C2 4503.86Hz 4.5KHz F0 2 L 1 6 6 0.05 10 0.05 10 0.05 0.05106 F0 2 500 10 6 -3المذبذب البلوري ))Crystal Oscillator تظهر بعض البلورات الموجودة فً الطبٌعة خاصٌة االهتزاز المٌكانٌكً ،عندما تسلط فولتٌة يزُبٔثخ عبرها ،تهتز بتردد الفولتٌة المسلطة وبالعكس ،لو اجبرتها على االهتزاز فانها تولد فولتٌه يزُبٔثخ .ومن هذه البلورات بلورة الكوارتز( (Quartizوأمالح روشٌل )،)Rocheile Salts والتورمالٌن ) .(Tourmalineألمالح روشٌل النشاط األكبر فً خاصٌة الكهرومٌكانٌكٌة ،ففً فولتٌة يزُبٔثخ معٌنة تهتز اكثر من الكوارتز والتورمالٌن ،أما مٌكانٌكٌا فهً اال ضعؾ وتنكسر بسهولة .ولقد استعملت أمال ح روشٌل فً صناعة الالقطات وسماعات االذن ٌظهر التورمالٌن اقل نشاط كهرومٌكانٌكً لكنه أمتن من الثال ثة وكذلك هو اؼلى ،وٌستعمل احٌانا فً الترددات العالٌة جدا. الكوارتز هو الحل الوسط بٌن نشاط أمالح روشٌل ومتانة التورمالٌن ولعدم ؼالء ثمنه ووفرته فً ا لطبٌعة ٌستعمل الكوا رتز بكثرة فً الترددات الرادٌوٌة والمرشحات. عند استعمال البلورة فً الدوابر اال لكترونٌة ٌجب ان توضع شرٌحة الكوا رتز بٌن لوحٌن معدنٌٌن كما فً الشكل ( 7-8ا) وان الدابرة المكافبة للبلورة كما فً الشكل ( 7-8ب) مكونة من دابرة توالً تحتوي على ملؾ ومتسعة ومقاومة ومربوطة معها على التوازي متسعة ( )Cتمثل متسعة اطراؾ ا لتوصٌل للبلورة. شكل( ) 7 -8رمز البلورة والدابرة المكافبة لها الشكل 7-8الدائرة المكافئة للبلورة ورمزها 78 فً هذه الدا برة ٌعتمد مقدار اهتزاز ا لبلورة على تردد الفولتٌه ا لمسلطة بتؽٌٌر التردد .نستطٌع الحصول على ترددا ت رنٌن حٌث تكون االهتزازات فً اقصاها .عند تردد رنٌن التوالً لكل من ) (C1,Lتعمل البلورة كدابرة رنٌن توالً وتكون مقاومتها قلٌلة ،فٌهمل تا ثٌر متسعة اطراؾ التوصٌل ) ،(C2ولكن عند تردد ا على من تردد رنٌن التوالً لدابرة )ٌ (C1,Lؽلب تاثٌر الملؾ ) (Lفً دابرة التوا لً فٌكون مع متسعة االطراؾ ) (C2دا برة رنٌن توازي .وٌمكن الحصول على استقرار تردد عال عند استخدام البلورات عوضا عن دوابر الرنٌن ،وذلك الن تردد رنٌن ا لبلورة ٌتحدد بحجمها ،ولٌس بالمؤثرات الخارجٌة كمقاومة الحمل ودرجة الحرارة وجهد المصدر. وتعمل البلورات أما فً الشكل المتوالً أو الشكل المتوازي ،معتمدة على تصمٌم الدابرة. وٌبٌن الشـكل ( )8-8الرسومات لمذبذبٌن بلورٌٌن القاعدة ا لمشتركة ،ففً الشكل ( 8 -8أ) تعمل البلورة فً الشكل المتوازي لتحل محل دابرة خزان Lcحٌث التؽذٌة العكسٌة معطاة بالمكثؾ .وفً مذبذب هارتلً فً الشكل ( 8 -8ب) عمل البلورة فً الشكل المتوالً. C R C R الشكل 8-8مذبذب بلوري قاعدة مشتركة 5-8مذبذبات الموجات غٌر الجٌبٌة من المعلوم ان اكثر االجهزة االلكترونٌة تتعامل مع االشارات الجٌبٌة ،ولكن هنالك اجهزة اخرى تتعامل مع اشارات ؼٌر جٌبٌه ،مثل االشارة المربعة ،واالشارة المثلثة ،واشارة سن المنشار....الخ 6-8المذبذب المتعدد ٌوضح الشكل ( )9-8الصورة الشابعة لدابرة المذبذب ا لمتعددٌ .وصل عبيع الترانزستور ()TR1 إلى قاعدة الترانزستور ( )TR2عن طرٌق المتسعة ) ،(C1كذلك ٌوصل عبيع ( )TR2إلى قاعدة ) (TR1عن طرٌق المتسعة ).(C2 شكل 9-8المذبذب المتعدد 79 ونتٌجة الختالؾ خواص الترا نزستورٌن فان احدهما ٌكون فً حالة قطع ) (Offواالخر حالة توصٌل ) (ONعند لحظة تجهٌز الدا برة بفولتٌه مستمرة. عندما ٌتشبع الترانزستور ( )TR1فان الترانزستور (ٌ )TR2صبح فً حالة قطع ،والعكس با لعكس .وفترة قطع الترانزستور ( )TR1تساوي فترة توصٌل( )TR2وتساوي إلى درجة كبٌرة جدا ( (0.7R2C2وتساوي ( .)0.7R1C1وهكذا تتكرر العملٌة بحٌث ان الترا نزستورٌن ٌوصالن وٌقطعان بالتنأوب. 80 اسئيخ اىفظو اىثبٍن -1كٌؾ ٌتم تقسٌم المذبذبات؟ -2ما المقصود بالتؽذٌة العكسٌة؟ وما انواعها؟ -3ما نوع التؽذٌة العكسٌة المستخدمة فً المذبذبات؟ وضح ذلك بالرسم. -4متى تستخدم مذبذبات المقاومة المتسعة ،مذبذبات الملؾ المتسعة؟ -5احسب تردد مذبذب مزحزح ا لطور فٌه قٌمة المقاومات الثالثة ) (R = 2MΩوسعة كل متسعة من المتسعات الثالثة ).(C = 100 Pf -6احسب تردد االشارة الخا رجة من مذبذب هارتلً اذا علمت ان ،L1=L2=300 μHوسعة المتسعة ).(C = 0.03 μf -7ارسم مذبذب كولبتس موضحا كٌؾ تتم التؽذٌة العكسٌة الموجبة فٌه؟ -8ما البلورة؟ وما الدابرة المكافبة لها؟ -9وضح كٌؾ ٌتم عمل المذبذب المتعدد؟ -10ما أنواع البلورات المستخدمة لتولٌد ترددات عالٌة ؟ 81 الفصل التاسع الدوائر المتكاملة )(Integrated Circuits االهذاف: اىهذف اىؼبًٚ :زعشف انطبنت فْ ٙزا انفصم عهٗ انذٔائش انًزكبيهخ. االهذاف اىخبطخ: بعد اكمال هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان-: -1 -2 -3 -4 -5 ٌدرك الدوابر المتكاملة. ٌتعرؾ على كٌفٌة تصنٌع الدوابر المتكاملة. ٌعدد خواص الدوابر المتكاملة ومزاٌاها وعٌوبها. ٌصنؾ الدوابر المتكاملة. ٌعرؾ انواع الدوابر المتكاملة. 82 الفصل التاسع الدوائر المتكاملة )(Integrated Circuits 1-9تمهٌد الدابرة المتكاملة هً قطعة ا لكترونٌة تضم مجموعة من العناصر االلكترونٌة مثل الداٌود، والترانزستور ،والمقاومة وؼٌرها بحٌث تعمل عمل دابرة الكترونٌة وا حدة معٌنة لها مجموعة نهاٌات شكل (ٌ )1-9وضح اشكال من الدوابر المتكاملة .تستخدم الدوابر المتكاملة على نطاق واسع فً الدوابر االلكت رونٌة بسبب صؽر حجمها ورخص ثمنها ،ووثوق تشؽٌلها. شكل ٌ 1-9وضح اشكال من الدوائر المتكاملة 2-9انواع الدوائر االلكترونٌة ٌنتج ا لمصنعون نوعٌن من الدوابر االلكترونٌة -1دوا بر تقلٌدٌة -2دوابر متكاملة. -1الدوابر التقلٌدٌة: تتكون من مكونات ا لكترونٌة منفصلة ،متصلة بعضها ببعض باسالك ،ومثبتة على قاعدة. وفً معظم الحاالت ٌثبت المصنعون المكونات على لوحة دوا بر مطبوعة ،وهً قطعة رقٌقة من مادة بالستٌكٌة ،أو ؼٌرها ،تطبع علٌها "االسالك" النحا سٌة بعملٌة كٌمٌا بٌة عند صنعها .وفً الحاسب اال لكترونً توصل كل االجزاء االلكترونٌة للدابرة ا لربٌسة على لوحة دوابر مطبوعة. -2الدوابر المتكاملة: تحتوي على مكونات وموصالت توضع داخل رقاقة وفوقها ،والرقا قة قطعة صؽٌرة من مادة شبه موصلة ،تصنع عادة من السلٌكون .وشبه الموصل مادة توصل التٌار الكهربابً افضل من العازل، ولكن لٌس بمستوى جودة توصٌل الموصل .وال تؤدي الرقاقة وظٌفة القا عدة فحسب ،ولكنها اٌضا جزء اساسً من الدابرة .ال ٌتعدى احجأم معظم الرقاقات حجم ظفر االصبع كما فً الشكل( .(a-3- 9تكون الدوابر المتكاملة فً العادة جزءا من مكونات الدوابر التقلٌدٌة. 83 3-9صناعة الدائرة المتكاملة ٌتم تشكٌل الدابرة المتكاملة على شرٌحة سلٌكون منتظمة سالبة أو موجبة ،بعد ان تشوب هذه الشرٌحة بالشوابب الالزمة ،وتحدد درجة الحرارة ،والزمن ،والعمق الذي ٌجب ان تصل الٌه الشوابب ضمن الشرٌحة .باستخدام التقنٌة الكٌمٌاوٌة ا لضوبٌة وبوضع ؼطاء من أوكسٌد عازل ،نستطٌع تحدٌد أماكن توزع الشوابب على الشرٌحة .تفتح مساحات من ؼطاء األو كسٌد لتشكٌل اسالك التوصٌل الداخلٌة بٌن اقسبو الدابرة المتكاملة ،كما ٌقوم األوكسٌد بوظٌفة المادة العازلة عند صنا عة وتشكٌل المتسعات (المكثفات) على الشرٌحة .بعد تشكٌل الدابرة المتكاملة ،توضع ضمن ؼالؾ له عدد من االطراؾ ،توصل إلى مختلؾ عناصر الدابرة الخارجٌة .تقسم الرقاقة إلى مساحات كالتً فً الشكل ) ،(2-9وكل مساحة من هذه المساحات تكون ما ٌسمى بالشرٌحة ) (Chipوتكون منفصلة بعد تقطٌع الرقاقة. شكل 2-9قطع الرقاقة إلى شرائح ولصنع الدابرة المتكاملة ٌعد التقنً تصمٌما ربٌسا كبٌرا للدابرة بمساعدة حاسوب .وباستخدام التصوٌر الضوبً ٌقلل التصمٌم الربٌس إلى حجم مجهري .وٌعالج مصنعو الرقابق ا لسلٌكون ،لتؽٌر خواصه التوصٌلٌة ،باضافة كمٌات صؽٌرة من مواد تسمى شوابب مثل (البورون والفسفور). ومثال للدوابر المتكاملة (االلكترونٌة) الدابرة المستخدمة فً الساعة الرقمٌة كما فً الشكل )(c-3-9 )(a )(c )(b شكل 3-9مثال لتصنٌع الدوائر فً الساعات الرقمٌة 84 فداخل السا عة تثبت الدابرة المتكاملة خلؾ مربع صؽٌر من البالستٌك كما فً الشكل )،(b-3-9 وتستخدم بلورة بمثا بة نبضة توقٌت فً الساعة ،وتحفظ الدابرة المتكاملة التً تستمد القدرة من بطارٌة، البلورة فً حالة تذبذب ،وهً تقوم بترجمة الذبذبات إلى نبضات كهربابٌة ،وتحتوي هذه النبضات على معلومات الوقت والتارٌخ ،وتقوم بتنشٌط بلورات سابلة ،تصبح مربٌة كارقام وحروؾ داكنة. 4-9خواص الدائرة المتكاملة لكل نوع من الدوابر المتكاملة خواص خاصة بها ،وذلك زٌادة على الخواص العامة وهً: -1صؽر الحجم. -2االحتواء على اعداد من القطع االلكترونٌة. -3خفة الوزن. -4قلٌل الثمن. 5-9مزاٌا الدوائر المتكاملة -1تحتاج إلى فولتٌة تشؽٌل منخفضة ،وتستهلك قدرا قلٌال من الطاقة. -2العناصر الموجودة داخل الدابرة معزولة كهربابٌا. -3لها سرعة فتح واؼالق عالٌة. 6-9تصنٌف الدوائر المتكاملة الرقمٌة تصنؾ الدابرة المتكاملة إلى عده مجموعات بحٌث ٌكون لكل منها مٌزاتها الخاصة التً تحدد مجاالت استخداماتها ،ومن هذه الدوابر االتً: أ -عا بلة منطق ترانزستور -مقاومة)Resistor – Transistor Logic (R T L ب -عا بلة منطق ترا نزستور ثنابً )Diod – Transistor Logic (D T L ﺠ -عابلة منطق ترانزستور–ترانزستور)Transistor–Transistor Logic (T T L د -عابلة منطق الباعث المرتبط )Emetter Couple Logic (E C L ه-عابلة شبه الوصل ذي االكسٌد المعدنً )Metal –Oid Semiconductor (MOS و-عابلة شبه الموصل ذي االكسٌد المتمم )(CMOS ذ -عابلة منطق الحقن المتكامل )Integrated Injcetion Logic (I I L 7-9انواع الدوائر االلكترونٌة هناك نوعٌن من الدوابر المتكاملة: -1الدوابر المتكاملة الخطٌة ).(Integrated Circuit Linear -2الدوابر المتكاملة المنطقٌة ).(Logic Integrated Circuit Digital الدوابر المتكاملة الخطٌة تتعامل مع التٌار المتؽٌر ،اي مع االشارات المتؽٌرة ،وتقوم بتكبٌرها لتقدمها بعد ذلك إلى مرحلة ال حقة كصورة من نفس االشارة الداخلة الٌها ولكنها أكبر من االشارة الداخلة ،وفً الشكل( )4-9احدى الدوابر المتكاملة الخطٌة. 85 شكل 4-9دائرة متكاملة خطٌة أما الدوابر المتكاملة المنطقٌة ،فهً دوابر منطقٌة اي تتعامل بالمنطق فأما ان ٌكون اخراجها نعم أو ٌكون اخراجها ال ) .(0,1فً الشكل ) (5-9احدى الدوابر المتكاملة المنطقٌة. شكل 5-9دائرة متكاملة منطقٌة 1-7-9استخدامات الدوائر المتكاملة الخطٌة ان الدوابر المتكاملة الخطٌة وظٌفتها األولى ان تتعامل مع االشارات المتؽٌرة ،وتقوم بتكبٌرها، وه ً تتكون من عدد من العناصر ممكن ان تصل إلى 100عنصر أو اكثر حسب التصمٌم ،وهذه الدوا بر تمٌز برخص سعرها جدا اذا ما قورنت بتجمٌعها متفرقة كذلك صؽر حجمها جدا اٌضا اذا ما قورنت بتجمٌعها متفرقة ،وذلك النك لو نظرت إلى ترانزٌستور مثال من الداخل ستجد ان شرٌحة السٌلكون ال تتعدى %10من مساحة الترانزستور فً دابرة متكاملة. 86 2-7-9استخدامات الدوائر المتكاملة المنطقٌة معظم هذه الدوا بر ٌكون منطق نعم عندها معبرا عنه بـ ) (3.3فولت ،أما منطق ال فٌكون معبرا عنه ) (0.2فولت تقرٌبا ،لذلك هذه الدوابر ال تستخدم كمكبرات لالشارة ،وهذا ال ٌعنً انها ال تستخدم اطالقا فً االجهزة الكهربابٌة ،فلها استخدامات كثٌرة ومهمة اٌضا فهً تعمل كمفتاح اتوماتٌكً للتنقل بٌن نظامً بال وسٌكأم فً هندسة التلفزٌون الملون ،وكذلك نظام االزرار التً تعمل باللمس، والعدادات الرقمٌة الموجودة فً الفٌدٌو كاسٌت ،لذلك فان الدوابر المنطقٌة فً االجهزة الكهربابٌة تستخدم ؼالبا فً اعمال العد واتخاذ القرار ).(Counting and Decision 8-9ممٌزات الدوائر المتكاملة -1تتمٌز الدوابر المتكاملة بالدقة المتنا هٌة عن مثٌالتها ا لتً جمعت متفرقة ،وذلك النه ٌرعى فً تصمٌمها التوافق التام بالممانعات .نظرا لصؽر حجمها فانه ال ٌوجد مجال لحدوث سعات شاردة )(Stray Capacitance -2نحصل على كسب ) (gainعا لً وحٌز تردد اعلى )(Higher Gain with Wider Band Width فمع صؽر الحجم ،وقلة التكالٌؾ ،والدقة الكبٌرة كان لها الؽلبة واالنتشار فً السوق العالمٌة. وهناك دوابر تقوم باكثر من وظٌفة واحدة ،فهناك مثال ) (an7213المستخدمة فً اجهزة التلفزٌون الملون ،تقوم بوظا بؾ مكبر للتردد العالً ومازج ومذبذب كما فً الشكل ).(6-9 شكل 6-9دائرة متكاملة تقوم اكثر من وظٌفة 9-9عٌوب الدوائر المتكاملة -1اننا ال نستطٌع عمل ملؾ ( )Coilبجودة عالٌة وقٌمة كبٌرة ،ولكننا نستطٌع عمل دابرة مكافبة باستخدام المكثفات والمقاومات. -2ال ٌمكن فصل مكوناتها عن بعضها بعد تصنٌعها. -3الٌمكن اصالحها اذا تعطلت. 87 10-9انواع الدوائر المتكاملة حسب عدد المكونات الت ً تحوٌها -1 -2 -3 -4 -5 الدوابر المتكاملة ذات المقٌاس الصؽٌر ) Small-Scale-Integration(SSIهً الدوابر المتكاملة ا لتً تحتوي على عدد من العناصر االلكترونٌة التً تقل عن ) (12عنصر الكترونً. الدوابر المتكاملة ذات المقٌاس المتوسط ) (Medium Scale Integration) (MSIتشمل الدوابر المتكاملة ا لتً تحتوي على عناصر ا لكترونٌة بٌن ( )12إلى ( )100عنصر ا لكترونً لكل شرٌحة. الدوابر المتكاملة ذات المقٌاس الكبٌر ) (Large Scale Integration) (LSIتشمل الدوابر المتكاملة ا لتً تحتوي على عناصر ا لكترونٌة بٌن ( )100إلى ( )1000عنصر الكترونً لكل شرٌحة. الدوابر المتكاملة ذات المقٌاس الكبٌر جدا ) (Very Large Scale Integration) (VLSIتشمل الدوابر المتكاملة ا لتً تمتلك بٌن ( )1000إلى ( )10000عنصر ا لكترونً لكل شرٌحة. الدوابر المتكاملة ذات المقٌاس الفابق الكبر )(Super Large Scale Integration) (SLSI تشمل الدوابر المتكاملة التً تمتلك ( )10000إلى ( )100000عنصر ا لكترونً لكل شرٌحة. اسئيخ اىفظو اىزبسغ -1عرؾ االتً: أ -الدوابر التقلٌدٌة ج -الدوابر المتكاملة الخطٌة ب -الدوابر المتكاملة د -الدوابر المتكاملة المنطقٌة -2ما خواص الدوابر المتكاملة؟ -3ما مزاٌا الدوابر المتكاملة؟ -4ما تصنٌفات الدوابر المتكاملة حسب مٌزاتها الخاصة؟ -5ما عٌوب الدوابر المتكاملة؟ -6ما انواع الدوابر المتكاملة حسب عدد المكونات؟ 88 اىفظو اىؼبشر المكبرات الكهروحٌاتٌة ))Bio-Potential Amplifiers االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل إلى دراسة انواع المكبرات ،ومن ضمنها مكبرات االجهزة الطبٌة والتعرؾ على نظم االجهزة الطبٌة. االهداف الخاصة: بعد اكمال هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان-: ٌ -1تعرؾ على االنوع المختلفة من المكبرات. ٌ -2قارن بٌن االنواع المختلفة من المكبرات. ٌ -3عدد خواص المكبرات المستخدمة فً االجهزة الطبٌة. ٌ -4كتب قوانٌن ا لكسب لكل مكبر من هذه المكبرات. ٌ -5عرؾ نظام االجهزة الطبٌة وٌعدد وٌشرح كل عنصر فٌه. ٌ - 6حل جمٌع االسبلة الموجودة فً نهاٌة الفصل. 89 اىفظو اىؼبشر المكبرات الكهروحٌاتٌة ( ) Bioelectric Amplifiers 1-10رَهيذ ان المكبرات المستخدمة فً االجهزة الطبٌة لمعالجة وتكبٌر الجهود الحٌاتٌة ()Bio Potentials الجسم اعضاء لمختلؾ ()Bioactivity الحٌوٌة الفعالٌات من الناتجة (القلب،العضالت،الدماغ......،الخ) تسمى المكبرات الكهروحٌاتٌة ،وتشمل اعدا د كبٌرة ومختلفة من المكبراتٌ ،مكن تقسٌمها اعتمادا على الربح ( )Gainإلى-: ا -مكبرات واطبة الربح ( )Low Gain Amp.بقوة تكبٌر من ()X10-X1حٌث X1تستخدم فً العزل (تابع ا لفولتٌة) وكمصد ( )Bufferبٌن ممانعة الدخل ومما نعة خرج المكبر. ب -مكبرات متوسطة الربح ( )Medium Gain Amp.بقوة تكبٌر من ()X1000-X10وتستخدم فً اجهزة تخطٌط القلب والعضالت (.(EMG-ECG ج -مكبرات عالٌة الربح ( ) High Gain Ampبقوة تكبٌر من( )X1000000-X1000وتستخدم فً اجهزة تخطٌط الدماغ ( )EEGذات السعة الواطبة. ٍ 2-10نجر اىؼَييبد ( )Operational Amplifier معظم االجهزة ا لطبٌة تستخدم مكبر العملٌات ،وأول ما استخدم فً الحاسبات الجراء العملٌات الحسابٌة من جمع وطرح ،ومن هنا جاء اسمه باالضافة إلى استخدامه فً مكبرات الصوت والصورة، فً الكترونٌات االتصاالت ،وفً المرشحات ،والمذبذبات ،وفً دوا بر تنظٌم الجهد .لذا ٌمكن القول بانها اصبحت تستخدم فً كل فروع األلكترونات التناظرٌة (التماثلٌة) ،والرقمٌة باالضافة إلى االجهزة الطبٌة .لمكبر العملٌات دخالن للتؽذٌة هما ( V1و )V2وخرج وا حد فقط هو( ،)Voوعادة ٌحتاج إلى مصدري جهد للتؽذٌة المستمرة احدهما موجب ( ،)+15Vواالخر سالب ( .)-15Vالشكل ()1-10 ٌوضح رمز مكبر العملٌات. شكل 1-10رمز مكبر العملٌات ()Op.Amp. حٌث تدل االشارة الموجبة ( )+إلى الدخل ؼٌر العاكس ،وٌعنً عدم وجود اختالؾ بزاوٌتً طور اشارتً الدخل والخرج (ازاحه قدرها صفر درجة) واالشارة السالبة ( )-إلى الدخل العاكس وٌعنً وجود زاوٌة طور (ازاحه) بٌن اشارتً الدخل والخرج قٌمتها ( )180درجة ،وٌرمز لخرج المكبر ( .)Voالشكل (ٌ )2-10وضح اطراؾ التوصٌل الثمانٌة لشرٌحة المكبر ( )741التً ٌستخدم منها عادة خمسة اطراؾ هً: 90 شكل 2-10مخطط شرٌحة مكبر العملٌات توضح مواقع اطرافه الثمانٌة -2الدخل العاكس ( -3.(-الدخل ؼٌر العاكس ( -4 .)+الجهد التشؽٌلً السالب ( -7 .)-VCCالجهد التشؽٌلً الموجب ( -6 .)+VCCالجهد الخارج ( .)VOوالطرفان ( )5 ,1لربط مقاومة التوازن والطرؾ (ٌ )8همل. وٌوضح اٌضا منظر علوي لشرٌحة مكبر العملٌات ( )741النوع البالستٌكً .أما الشكل ()3-10 ٌوضح صورة لنفس المكبر النوع المعدنً باالضافة إلى رمز الثنٌن من المكبرات فً حافظة معدنٌة. شكل 3-10صورة المكبر( )741ورمز الثنٌن من المكبرات فً علبة معدنٌة واحدة 3-10اىخىاص اىَثبىيخ ىيَنجر -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 مما نعة دخل ( )Ziعالٌة جدا (∞ = ) Ziتسمح بتطبٌق اي اشارة دخل ( )Viبدون توهٌن. مما نعة خرج ( )Zoواطبة جدا ( )Zo=0تسمح بقدرة خرج عالٌة جدا. ربح فولتٌة عالً جدا ( ∞ =.)Av=Vo/Vi حزمة امرار عرٌضة تمرر جمٌع الترددات من ( )0وإلى (∞). فولتٌة خرج تساوي صفرا ( )Vo=oعند فولتٌة دخل تساوي صفرا (.)Vi=0 ال تتؽٌر خوا صه مع تؽٌر درجة الحرارة. نسبة ضوضاء داخلٌة واطبة جدا (.)Noise=0 91 4-10رطجيقبد ٍنجر اىؼَييبد ادناه بعض االستخدامات المهمة لمكبر العملٌات فً االجهزة الطبٌة-: ٌ - 1ستخدم كمكبر خطً ( )Linearواٌضا ؼٌر خطً (.)Non Linear -2كمقارن (.)Comparator -3مرشح فعال (.)Active Filter -4تطبٌقات لوؼارتمٌة ( .)Logarithmic Application -5مذبذب متعدد (.)Multi-Vibrator -6تولٌد وتشكٌل الموجة. -7منظم فولتٌة (.)Voltage Regulator 5-10االنىاع اىَخزيفخ ىرثظ ٍنجر اىؼَييبد ادناه اهم انوا ع ربط مكبر العملٌات كهربابٌا للتحكم بخوا صه للحصول على اشارات خارجة مختلفة حسب الحاجة وذلك بتوصٌل عناصر خارجٌة ؼٌر فعالة مثل ( مقاومات ،متسعات، داٌودات......الخ). 1-5-10دائرة المكبر العاكس ( )Inverting Amplifier الشكل (ٌ )4-10وضح طرٌقة ربط المكبر العاكس ،حٌث تؽذى االشارة ( )Viإلى الطرؾ العاكس ( )-وٌتصل الطرؾ ؼٌر العاكس بالرضً ،وتوصل مقاومه ( ) Rfبٌن خرج ودخل المكبر وتسمى التؽذٌة العكسٌة (.)Feed Back الشكل 4-10دائرة المكبر العاكس ٌكون ربح الفولتٌة ( )AVكما فً المعادله اآلتٌة: = − )..............(1-10 𝐴 =− VO=Av ×Vin نالحظ ان معامل ا لتكبٌر ٌعتمد على حاصل قسمة مقاومة التؽذٌة العكسٌة (الخرج) (،)Rf ومقاومة الدخل ( .)Rinاالشارة السالبة تعنً وجود فرق بالطور قٌمته ) )180درجة .الحظ اشارتً الداخل والخارج فً الشكل. 92 2-5-10المكبر غٌر العاكس ( )Non-Inverting Amplifier الشكل (ٌ )5-10وضح دابرة المكبر ؼٌر العاكس حٌث تكون اشارتا الدخل والخرج بنفس الطور. 6 3 2 شكل 5-10دائرة المكبر غٌر العاكس ٌحسب كسب الجهد ( )AVمن المعادلة اآلتٌة: ( )……………..(2-10 (=1+ =Av VO=AV ×Vi حٌث ان ( :)R2مقاومة التؽذٌة العكسٌة (مقاومة الخرج) ،كذلك ٌرمز لها بالرمز (.)Rf مثال()1-10 جد قٌمة الربح ) )Avلمكبر عاكس ،وؼٌر عاكس ،اذا كانت مقاومة الدخل تساوي ،R1=5KΩ ومقاومة الخرج تساوي R2 =10kΩ الحل: للمكبر العاكس = -2 ( =3 وللمكبر ؼٌر العاكس =(=1+ = AvAv=1+ 3-5-10مكبر العزل (تابع الفولتٌة( ()Voltage Follower-Unity Amp. هو الحالة الخاصة من المكبر ؼٌر العاكسٌ ،ربط خرج المكبر مباشرة إلى نقطة الدخل العاكس(ٌ )-ستخدم ا لمكبر كمصد ( ،)Bufferأو مكبر العزل ( ،)Isolationأو كممانعة توافق ( )Matchingبٌن المصدر العالً الممانعة ،دابرة الدخل قلٌلة الممانعة ،والشكل (ٌ )6-11وضح دابرة Av=1اذن Vi =Vo مكبر العزل .لما بان الكسب )ٌ (Avساوي واحد اي- : 93 6 3 شكل 6-10المكبر العازل مثال ()2-10 احسب ربح الفولتٌة ( )Avلمكبر ؼٌر عاكس اذا كانت R1=2.2kΩوالمقاومة Rf=100kΩ (=1+ (= 1+ 45.454 = 46.454 Av=1+ 4-5-10المكبر الجامع ()Adder Amp. ٌستخدم هذا المكبر عدة مداخل ،وٌمكن معاملة كل مدخل على حدة على انه مكبر عاكس مستقل. ان الفولتٌة الخارجة تتناسب مع مجموع التٌارات الداخلة والشكل (ٌ ) 7-10وضح مكبر عبيع بثالث فولتٌات تؽذٌة V3،V2،V1وباستخدام قوانٌن كٌ رشوؾ نحصل على الفولتٌة الخارجة ،حٌث ان- : ) )……………..(3- 10 اذا كانت + + ( 𝑅𝑉 = − R= R3= R2= R1عندها ) 𝑉 (𝑉 + 𝑉 + )…..……(4-10 فً حالة Rf =R :عندها Vo =− )V0= -( V1+V2+V3 V V 94 = A شكل 7-10المكبر الجامع بثالثة مداخل مثال((3-10 جد الفولتٌة الخارجة وربح مكبر الجامع الموضح فً الشكل ( ،)7-10اذا كانت 20kΩو V1=V2=V3=1Vفً حالة: اأ ، Rf =100kΩ -ب Rf =20kΩ - الحل :أ- =R1=R2=R3 Rf =100k ) 𝑉 (𝑉 + 𝑉 + )(1 + 1 + 1 𝑓𝑅 𝑅 Vo=− Vo =− Vo =−5 ∗ 3 = −15v V = A V = −5 ب- -15 3 = Av Rf = R = 20k ) 𝑉 (𝑉 + 𝑉 + )(1 + 1 + 1 𝑓𝑅 𝑅 Vo=− Vo =− Vo =−3v = Vi V = A V = −3 95 -3 = Av تمرٌن: اعد المثال اعاله باستخدام اربعة مقاومات دخل قٌمة كل منها تساوي ( )10kΩوفولتٌة كل منها 1.5V 5-5-10المكبر التفاضلً (الطارح) ()Subtractor ()Differential Amp. الفولتٌة الخارجة لهذا المكبر ( )Voتتناسب مع الفرق بٌن الفولتٌتن الداخلتٌن للمكبر ()V2،V1 كما موضح فً الشكل ( )8-10الذي ٌبٌن ابسط انواع المكبرات التفاضلٌة ،وتكون معادلة الدابرة الكهربابٌة كاآلتً-: ) 𝑉 (𝑉 − )…………(5-10 = Vo AV= − طرؾ عاكس وعندها فان ربح الفولتٌة: +1 )…………(6-10 طرؾ ؼٌرعاكس (للطارح) = AV =AV ٌستخدم هذا النوع من المكبرات فً الدوابر التً تكون ممانعة المصدر واطبه كما فً قنطره وتستون وتعطً ربح بحدود ( .)X100هذا النوع من المكبرات ٌفضل فً االجهزة الطبٌة ،الن الفرق بٌن دخلً المكبر تحذؾ الكثٌر من الضوضاء ( )Noiseوالتداخالت الكهربابٌة ،والمقاومات ،ولكن من اهم مساوبه التحدٌد فً التكبٌر (الربح) العتمادها على ممانعة الدخل ( ،)R1والخرج ( )Rfولزٌادة الربح صممت مكبرات االجهزة الطبٌة. شكل 8-10مكبر تفاضلً ()Differential Amp. مثال ()4-10 جد قٌمة ،Voاذا كانت R1=10KΩو ،Rf=20KΩوفولتٌة الدخل.V1=3V =2 96 = = AV ٍ 6-10نجراد االجهسح اىطجيخ ( )Instrumentation Amplifiers االشارات الحٌوٌة لالنسان ،وخاصة االشارة الدماؼٌة ذات سعة قلٌلة جدا ،وبسبب تحدٌد مقاومة الدخل والتكبٌر فً المكبرات التً سبق شرحها العتمادها فً الربح على مقاومة الدخل والخرج ()R1 و) (R2لذا فان الحل هو مكبر االجهزة الطبٌة الذي ٌبنى من ثالث مكبرات ( )A1و ( )A2و ()A3 كما فً الشكل ( )9-10المكبران( )A1و ( )A2متصالن بطرٌقة الؽٌر عاكس (،)Non Inverting والمكبر الثالث ( (A3مرتبط معها بطرٌقة المكبر المستمر التفاضلً ( D.C differential )amplifierوبهذه الطرٌقة ٌمكن الحصول على مقاومة داخل عالٌة وربح عالً اٌضا. فضال عن رفضها للضوضاء ( ،)Low noiseوٌكون ربح الفولتٌة لمكبر االجهزة الطبٌة ٌ Avساوي: ) )…….(7-10 ( )+ 1 ( = 𝑣𝐴 عندما: ) R2=R3 (R1 = RGو R1=R4و R4=R6و R5=R7 وٌمكن ا لحصول على شرٌحة ( )Chipلمكبر ا جهزة طبٌة مبنً فً داخلها وهو(،)AD620 والرسم التخطٌطً له موضح بالشكل ( ،)10-8وٌمكن السٌطرة على الربح لؽاٌة ( (1000مرة من خالل تؽٌٌر المقاومة على دخل الشرٌحة ( )RGوتسمى مقاومة الربح. شكل 9-10مكبر االجهزة الطبٌة 97 الشكل (ٌ )10 -10وضح نظرة فوقٌة لشرٌحة االجهزة ا لطبٌة مع رمز مكبر الشرٌحة مرتبط به مقاومة ) ،)RGنقطتً التوصٌل ( )8,1لربط مقاومة الربح ( ،)RGوالنقطتٌن ( )3,2لتوصٌل فولتٌتً الدخل السالبة والموجبة و( )7,4لتؽذٌة الشرٌحة ،النقطة ( )5ارضً و( )6فولتٌة الخرج ()Vo R1 = RG شكل 10-10رمز ونظرة فوقٌة لمكبر االجهزة ()AD620 مثال)(5-10 جد ربح مكبر االجهزة الطبٌة فً الشكل ( )10-7عندما: R7=100kΩ،R6=10kΩ،R4=0.5kΩ R3=10kΩ R2=R3و R1=R4و R4=R6و R5=R7 ) ) = (40 + 1)(10) = 410 ( × )+ 1 ( )+ 1 ( = 𝑣𝐴 × (= 𝐴 مثال)(6-10 جد ربح (قوة تكبٌر) ،Avوممٌزات المكبر فً الشكل ( ،)11-10مع بٌان صالحٌته لالستخدام كمكبر ابتدابً ( (preamplifierفً اجهزة تخطٌط الدماغ. شكل 11-10مكبر العملٌات الغٌر العاكس 98 الحل: = 501 V =1+ 𝐴 =1+ المناقشة :المكبر ال ٌصلح الجهزة تخطٌط الدماغ بسبب-: أ -ممانعة الدخل الواطبة ( ،)1kΩونحتاج بحدود ( )10MΩالجهزة تخطٌط الدماغ لمكبر ابتدابً. ب -للمكبر نقطة دخل واحدة،لذا فان ا لتكبٌر سٌكون مصاحبا لكثٌر من الضوضاء ،وربما تكون أكبر من االشارة الخارجة من الدماغ. ٍ 7-10ىاطفبد (ٍَيساد) اىَنجراد اىنهروحيبريخ ))Properties Of Bioelectric Amplifier من المواصفات التً ٌرؼب دابما ان تتوفر فً المكبرات الكهروحٌا تٌة لتتمكن من تكبٌر االشارة الحٌاتٌة هً-: -1نقطتا دخل تفاضلٌة فرق ونقطة خرج مفرده. -2ممانعة عالٌة للضوضاء. -3ممانعة دخل عالٌة جدا. -4ربح عالً (ٌ )High Gainمكن تؽٌره ()Variable Gain -5استجابة ترددٌة مناسبة حسب التطبٌق من خالل مفتاح تؽٌر. - 6ممانعة خرج واطبة. مثال )(7-10 جد ربح (قوة تكبٌر) Avمكبر االجهزة الطبٌة فً الشكل ( ،)12-10مع بٌان صالحٌته لالستخدام كمكبر ابتدابً ( (Preamplifierفً ا جهزة تخطٌط الدماغ. شكل 12-10مكبر االجهزة الطبٌة 99 الحل: ) = 510 () × )=(1+2 ( )+1 (= A ا لمكبر ٌصلح لمكبر ابتدابً بسبب مقاومة الدخل العالٌة ( ،)10MΩونقطتً ا لدخل وقوة تكبٌر عالٌة. 8-10مكبرات معالجة االشارة ) )Signal Processing Amplifiers انواع عدٌدة من مكبرات العملٌات تستخدم فً االجهزة الطبٌة ،والؼراض خاصة ،وذلك باضافة عناصر مثل المتسعات ،والترانزستور إلى مكبر العملٌات للحصول على اٌة دالة تحوٌل .ومن هذه المكبرات المستخدمة لمعا لجة مختلؾ انواع االشارات الحٌوٌة هً: -1المكامالت ( )Integrator -2المفاضالت ( )Differentiator 1-8-10المكبر المكامل (التكامل) Integral Amplifier التكامل هو عملٌة رٌاضٌة الٌجاد المساحة اسفل المنحنى .الدابرة فً الشكل ( )13-10توضح مكبر تكاملً ،حٌث ٌستخدم تكامل فولتٌة ا لدخل للحصول على الفولتٌة الخارجة ،وٌكون التحكم بمقدار التردد الخارج عن طرٌق التحكم بقٌمة المتسعة ،C1وان ربح الفولتٌة () Avهو: =− )……………..(8-10 أ – دائرة المكبر المكامل ب – رسم فولتٌة الدخل والخرج شكل 13-11المكبر المكامل مع موجات الدخل والخرج 100 =Av 2-8-10المكبر المفاضل ))Differentiator Amplifier فً هذا النوع من المكبرا ت تعطً فولتٌة خرج تتنا سب مع معدل تؽٌر الزمن ( )dtلفولتٌة الدخل، والتفاضل هو عكس التكامل والدابرة مشابهة لدابرة التكامل عدا تؽٌر المتسعة C1مع المقاومة. الشكل (ٌ ) 14-10وضح ذلك ،والعالقة بٌن الفولتٌة الخارجة ( )Voوالفولتٌة الداخلة ( )Viكما فً المعادلة-: Vo = −R C )…………..(9-10 أ -دائرة المكبر المفاضل ب -رسم فولتٌة الدخل والخرج شكل 14-10المكبر المفاضل مع موجات الدخل والخرج مثال))7-10 جد الفولتٌة الخارجة للمكبر المفاضل اذا كانت R1=100KΩو C1=0.5µFاذا كان معدل تؽٌر الفولتٌة الداخلة بالنسبة إلى الزمن (.)Vi=400v/s dvi dt الحل: Vo = −R C Vo = - 20V 101 مثال ))8-10 مكبر مكامل فٌه R1=1MΩو.C1=0.2µFأوجد فولتٌة المكبر الخارجة بعد ثانٌة واحدة من تؽذٌته بفولتٌة ثابتة قٌمتها (.) 0.5v الحل :حٌث ان: =− × Vo= - 2.5 V × × × =− × =Av Vo=- 9-10نظام االجهزة الطبٌة ))System of Medical Instrumentation القٌاسات ا لتً نحصل علٌها من خالل معرفة فعالٌات الفسلجة فً جسم االنسان تقسم إلى قسمٌن ربٌسٌن هما ،القٌاسات المختبرٌة ( (In Vitro Measurementsالتً تجرى خارج الجسم مثل ،اخذ عٌنات الدم وفحصها ،أو قٌاس درجة الحرارة .أما النوع الثانً وا لذي نحن بصدده ودراسته هو القٌاسات الحٌاتٌة ( )In Vitro Measurementsالتً تجرى على المرٌض مباشرة باستخدام مختلؾ انواع االجهزة الطبٌة ( )Medical Instrumentationباستخدام نظام االنسان الجهاز الطبً(Man- ٌ .)Instrumentمكن توضٌح هذه العالقة من المخطط فً الشكل ( ،)15-10وٌمثل العناصر الربسة لهذا النظام ،وهدفه المرٌض وتسلسله كاآلتً: المرٌض ،المحفزات ،محوالت الطاقة ،تكٌٌؾ االشارة ،اجهزة العرض ،اجهزة التسجٌل ومعالجة البٌانات واالرسال ثم اجهزة السٌطرة .الحظ الشكل ).)15-10 -1المرٌض ( :)subjectوٌمثل هدؾ االجهزة الطبٌة والتً ستربط به الجراء القٌاسات والفحوصات مباشرة للحصول على التشخٌص الدقٌق ثم المعالجة. -2الحافز(المنبه) ( :)Stimulus فً عدد من القٌاسات تحتاج إلى معرفة الفعالٌات الحٌاتٌة للجسم من خالل محفزات خارجٌة، ومقدار االستجابة لها متزأمنة مع اخذ القٌاسات ،وٌمكن ان تكون هذه المحفزات ضوبٌة أو صوتٌة أو نبضات كهربابٌة ،كما فً اجهزة تخطٌط العضالت وتخطٌط الدماغ. -3محوالت الطاقة ):)Transducers تقوم بتحوٌل الطاقة فً الجسم (الجهد الحٌاتً) إلى طاقة كهربا بٌة لتوظٌفها فً تشؽٌل االجهزة االلكترونٌة المختلفة التً هً جزء مهم من الجهاز الطبً. -4اجهزة تكٌٌؾ االشارة ):(Signal- Conditioning Equipment وهً االجهزة التً تستلم االشارة الحٌاٌتة من محوالت الطاقة ،ومعالجتها وجعلها قا بلة لتشؽٌل االجهزة الملحقة .من اهم هذه االجهزة هً المكبرات والمرشحات ( )Amplifiers and filtersأو تحوٌل بٌانات تمثٌله إلى رقمٌه والعكس (.)Analog-to-Digital -5اجهزة العرض ( :)Display Equipment تقوم بتحوٌل االشارات بعد تكٌفها إلى اشارات خرج لعرضها ،أو سمعها ،أو تسجٌلها وتشمل-: أ -مقٌاس مدرج (.)Manometer ب -مقا ٌٌس رقمٌه أو تمثٌلٌه (.)Meters, Digital or Analog. 102 ﺠ -ورق بٌانً (.)Graphical Display د -اشاره فدٌوٌة ()Monitor or Oscilloscope ه -طباعة حاسب الً ()Printed Computer Recording -6اجهزة التسجٌل ومعالجة البٌانات واالرسال: ))- Data processing and Transmission من المهم بالنسبة للبٌانات ا لتً نحصل علٌها ان تعالج وتحفظ ،ثم تحلل من قبل شخص جٌد أو حاسب الً ،وٌمكن فً نفس الوقت ارسالها اي بثها إلى اطباء اختصاص لتشخٌص الحالة ،والحصول على التشخٌص النهابً. -7اجهزة السٌطرة ( :)Control Devices تحوي هذه االجهزة على دوابر تؽذٌة عكسٌة ( )Feed Backتا خذ من معلومات الخرج ،أو مكٌؾ االشارة ،أو اجهزة ا لعرض للسٌطرة على نظام االجهزة الطبٌة ،وعلى جمٌع العملٌات فً النظام للحصول على افضل النتابج وادقها الحظ الشكل (.)15-10 ))The man – instrument system شكل 15-10مخطط كتلً لنظام االجهزة الطبٌة 103 اسئيخ اىفظو اىؼبشر -1احسب قٌمة الربح ( (Avلمكبر تفاضلً اذا كانت قٌمة مقاومة التؽذٌة ( ،)R2=160kΩومقاومة الدخل تساوي (.)R1=5kΩ -2جد قٌمة ربح مكبر االجهزة الطبٌة اذا كانت المقاومات المستخدمة هً-: .R7=100kΩ ،R6 = 10kΩ ،R4=500Ω ،R3=10kΩ -3جد فولتٌة الخرج Voلمكبر تفاضلً ( ،)Differentiatorاذا كانت ،C1=0.5µF ،R1=100kΩ و.Vi=400v/s -4مكبر تكاملً ( ٌ )Integralستخدم مقاومة قٌمتها ( )1MΩومتسعة ( .)0.2µFجد فولتٌة الخرج Voبعد ثانٌة واحدا علما بان .Vi=0.5v -5ماذا نعنً بالقٌاسات المختبرٌة والقٌاسات الحٌاتٌة؟ اعطً مثاال لكل نوع؟ -6عدد مواصفات المكبرات الكهروحٌاتٌة. -7عدد مراحل نظام االجهزة الطبٌة مع شرح اثنٌن منها. -8عدد انواع المكبرات الكهروحٌاتٌة. -9عدد مواصفات المكبرات الكهروحٌاتٌة ،ثم وضح سبب تفضٌلها لقٌاس االشارات الكهروحٌاتٌة. -10لماذا ٌستخدم دابما المكبرات التفاضلٌة لقٌاس االشارات الحٌاتٌة؟ 104 اىفظو اىيبدي اىؼبشر المرشحات الفعالة االهداف: الهدف العام :فً الفصل الحا دي عشر سوؾ ٌتعلم الطالب المرشحات الفعالة. االهداف الخاصة: بعد اكمال هذا ا لفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان-: ٌ – 1عرؾ انواع وممٌزات المرشحات الفعالة. ٌ – 2عرؾ مكونات المرشحات الفعالة وؼٌر الفعالة. ٌ – 3عرؾ استخدامات المرشحات. ٌ – 4عرؾ قوانٌن المرشحات وان ٌحسب القٌم ا لمجهولة لكل نوع. 105 الفصل الحادي العاشر المرشحات الفعالة ()Active Filters 1–11المرشحات ()Filters المرشح هو دابرة ا لكترونٌة مصممة لتمرٌر ترددات معٌنة مرؼوب فٌها ومنع ترددات اخرى، تستعمل المرشحات بكثرة فً دوابر االتصاالت ،ودوابر توحٌد الموجة كما ذكرت سابقا فً الفصل األول.تقسم المرشحات إلى عدة انواع ،ومنها المرشحات الؽٌر فعالة ( )Passive Filtersحٌث تستخدم دوابرها االلكترونٌة على مقاومات ،متسعات .ال ٌفضل استعمالها فً بعض التطبٌقات حٌث انها تضعؾ فولتٌة االشارة ،كما ان للملؾ بعض المساوئ بسبب حجمه الكبٌر ،ثمنه المرتفع ،وتاثٌر مجاله المؽناطٌسً على االشارة. 2–11المرشحات الفعالة المرشح الفعال :هو مرشح ٌستخدم عنصر فعال (مكبر عملٌات) وعناصر ؼٌر فعالة (مقاومات، متسعات) ،الشكل (ٌ )1 – 11وضح دا برة مرشح ؼٌر فعال. أ -مرشح فعا ل ب – مرشح غٌر فعال شكل 1 – 11المرشحات ممٌزات استعمال المرشح الفعال هً اآلتً: ٌ – 1مكن ا لتحكم فً ربح فولتٌة المكبر. - 2صؽٌر الحجم. – 3رخٌص الثمن. - 4مما نعة خرج مكبر(العملٌات) تكون واطبة،األمر الذي ٌجعل المرشح ال ٌتاثر بالحمل. ٌ – 5مكن تنظٌم بسهولة مدى تردد واسع بدون تؽٌر فً االستجابة المطلوبة. حٌث ان مفاعلة المتسعة تكون: ).............(1-11 𝒇 106 = 𝑿 حسب المعادلة ) ،(1-11تتناسب الممانعة ( )XCتناسبا عكسٌا مع ا لتردد ،فتكون قٌمتها صؽٌرة جدا عند الترددات العالٌة ،أما عند الترددات المنخفضة فان قٌمة ( )XCتكون عالٌة جدا .لذا فان طرٌقة ربط المتسعة فً دابرة المرشح ٌحدد نوع المرشح الفعال. 3–11انواع المرشحات الفعالة تصنؾ المرشحات الفعالة إلى عدة انواع ،ومن هذه االنواع اآلتً: -1مرشح امرار تردد منخفض)Active Low Pass Filter (LPF ( : هو مرشح ٌمرر الترددات المنخفضة االقل من تردد القطع ( )Cut-Off frequencyوٌمنع مرور الترددات العالٌة فوق تردد القطع .الشكل (ٌ )2- 11وضح منحنً استجابة مرشح امرار تردد منخفض .وكما مر سابقا فً الفصل السابع فان تردد القطع ،هو التردد الذي تهبط عنده ا على قٌمة لربح المكبر ( )AVإلى ( .)0.707 AVحٌث ان: :fالتردد : fc ،تردد القطع شكل 2-11منحنً استجابة مرشح امرار تردد منخفض الشكل (ٌ )3-11وضح دابرة هدذا المرشدح ،حٌدث تكدون ممانعدة المتسدعة ( ) XCمنخفضدة عندد الترددات العالٌة ،وتكدون الفولتٌدة الخارجدة منخفضدة ،بٌنمدا فدً التدرددات المنخفضدة فدا ن قٌمدة () XC تكون عالٌة ،وتكون الفولتٌة الخارجة مرتفعة. 107 شكل 3-11دائرة مرشح تردد منخفض ٌتم حساب تردد القطع كما فً المعادلة اآلتٌة: 𝟏 𝟏𝑪 𝟏𝑹 𝝅𝟐 )......................... (2-11 = 𝑪𝒇 كما ان مقدار ربح الفولتٌة تحسب كما فً المعادلة اآلتٌة: 𝟐𝑹 𝟑𝑹 )……………… (3-11 𝑨𝑽 = 𝟏 + مثال ()1 -11 احسب تردد ا لقطع لمرشح تردد منخفض كما فً شكل ( )3-11حٌث ان: R1= 1.2 KΩ C1= 0.02 µF = 6 63 kHz × ) 108 () × ( = = 𝑓 - 2مرشح امرار تردد عال ()High Pass Filter- HPF هو مرشح ٌمرر الترددات العالٌة فوق تردد القطع ( )Cut-OFF Frecuncyوٌمنع مرور الترددات االقل من تردد القطع ،الشكل (ٌ ) 4-11وضح منحنً استجابة هذا المرشح. شكل 4-11منحنً استجابة مرشح تردد عال الشكل (ٌ )5-11وضح دابرة هذا المرشح ،حٌث تكون ممانعة المتسعة ( )XCمنخفضة عند الترددات العالٌة ،وتكون الفولتٌة الخارجة مرتفعة ،وٌسمح لها بالمرور ،بٌنما تكون ( ) XCعالٌة جدا عند الترددات ا لمنخفضة وتكون الفولتٌة الخارجة منخفضة لذلك ال ٌسمح لها بالمرور. شكل 5 -11دائرة مرشح امرار تردد عال ٌتم حساب تردد القطع كما فً المعادلة اآلتٌة: )…………..(4-11 109 = 𝒇 كما ان مقدار ربح ا لفولتٌة تحسب كما فً المعادلة اآلتٌة: + )………………. (5-11 = 𝑽 مثال ()2 -11 احسب ربح الفولتٌة ،وتردد القطع لمرشح امرار تردد عال الشكل ( )5 -11حٌث ان-: R1=R2= 2.1 kΩ C1= 0.05 µF R3=10 kΩ R2=50 kΩ =6 =1+ 1 1 = = 1 5 kHz 𝐶 𝑅 𝜋2 ) 2𝜋 (2 1 × 10 )(0 05 × 10 𝐴 =1+ = 𝑓 -3مرشح نطا ق (حزمة) محدد ( )Band Pass Filter BPF هو مرشح ٌمرر نطاق محدد من الترددات ا لمحصورة بٌن ترددي القطع ( )fc1و( )fc2وٌمنع مرور بقٌة الترددات .الشكل (ٌ )6-11وضح منحنً استجابة هذا المرشح. شكل 6-11منحنً استجابة هذا المرشح 110 تتكون دابرة هذا ا لمرشح مدن مرشدحٌن مربدوطٌن ببعضدهما ،همدا مرشدح تدردد عدال ٌحددد تدردد القطددع األول ( ،)fc1ومرشددح تددردد مددنخفض ٌحدددد تددردد القطددع الثدانً( .)fc2الشددكل ( ٌ )7-11وضددح دا برة مرشح نطاق محدد. شكل 7-11دا ئرة مرشح نطاق محدد ٌتم حساب تردد القطع األول كما فً المعادلة اآلتٌة: = )………………. (6-11 𝒇 وحساب تردد القطع االثانً كما فً المعادلة اآلتٌة: = )………………. (7-11 وحساب تردد الوسط ( )foكما فً المعادلة اآلتٌة: )………………. (8-11 𝒇 𝒇 𝒇 𝒇 مثال ()3-11 احسب ترددات القطع لمرشح امرار نطاق محدد كما موضح فً الشكل ( )7-11حٌث ان: R1=R2= 10 kΩ C1= 0.1 µF, C2= 0.02 µF = 159 23 Hz = 796 17Hz × ) × ) () () × × ( ( = = 𝒇 = = 𝒇 𝒇 𝒇 𝒇 𝒇 (159 23)(796 17) = 126.774KHZ 111 –4مرشح قطع نطاق محدد ))Band Stop Filter BSF هو مرشح ٌمنع مرور ترددات محددة فً مدى معٌن محصور بٌن تردد القطع األول ( ،)fc1وتردد القطع الثانً ( ،) fc2وٌمرر باقً الترددات .الشكل (ٌ ) 8-11وضح منحنً استجابة هذا المرشح .حٌث ٌتكون المرشح من حاصل جمع مرشح تردد منخفض ،ومرشح تردد عال. شكل 8-11استجابة هذا المرشح الشكل (ٌ )8-11وضح دابرة مرشح قطع نطاق محدد .من تطبٌقات هذا المرشح هو استخدامه فً بعض االجهزة ،كجهاز الرادٌو لمنع ا لتشوٌش من تردد المصدر ( ،)50Hzوفً هذه الحالة ٌكون-: fc1 = fc2 R1 = R2 =R C1=C2=C ٌحسب تردد الوسط ( )foكما فً المعادلة اآلتٌة: )………………. (9-11 شكل 9-11دائرة مرشح قطع نطاق محدد 112 = 𝒇 اسئيخ اىفظو اىيبدي ػشر – 1عرؾ اآلتً -:المرشح ،المرشح الؽٌر فعال ،المرشح الفعال. – 2ما ممٌزات المرشح الفعال؟ – 3عدد انواع المرشحات الفعالة. - 3ما ا لمقصود بمرشح امرار تردد منخفض وضح ذلك مع رسم منحنً استجابة المرشح؟ - 4وضح عمل دا برة مرشح امرار تردد عال مع رسم دابرة هذا المرشح. –5احسب تردد القطع لمرشح امرار تردد عال الموضح فً الشكل ( ) 5-11حٌث ان: R1=18kΩ , R2 = R3 =50 kΩ , C1 = 0.0022 µF -6ما ا لمقصود بمرشح امرار حزمة محددة وضح ذلك مع رسم منحنً استجابة المرشح؟ – 7احسب تردد الوسط لمرشح امرار حزمة محددة ،اذا علمت ان: fc1 =1.59 kHz fc2 = 15.9 kHz – 8ما ا لمقصود بمرشح قطع حزمة محددة وضح ذلك مع رسم منحنً استجابة المرشح؟ – 9احسب قٌمة كل من ( )R2 ،R1الالزمة لمنع التردد ( ) 50Hzلمرشح قطع حزمة محددة الموضح فً الشكل ( ،)9-11حٌث ان ()C1 =C2 = 0.318 µF؟ 113 الفصل الثانً عشر التضمٌن وازالة التضمٌن ()Modulation and Demodulation االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل الى دراسة التضمٌن وازالة التضمٌن وتطبٌقاته فً االجهزة الطبٌة. االهداف الخاصة: بعد اكمال هذا ا لفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان: ٌ -1ع رؾ التضمٌن وازالة التضمٌن. ٌ -2عدد انواع التضمٌن وٌقارن بٌنهم. ٌ -3رسم المخططات الكتلٌة للتضمٌن السعوي والترددي. ٌ -4رسم وٌشرح الدوابر الكهربا بٌة للمرسلة والمستقبلة. ٌ -5عدد وٌشرح استخدامات التضمٌن فً االجهزة الطبٌة. ٌ -6حل جمٌع االسبلة فً نهاٌة الفصل. 114 الفصل الثانً عشر التضمٌن وازالة التضمٌن ()Modulation and Demodulation 1-12رَهيذ لتبددث اشدارة صددوتٌة ( )Audioأو فدٌوٌددة ) )Videoأو اشدارة معلومدات عبددر الفضداء مددن مكدان تولٌدددها إلددى مك دان أسددتالمها ،وا لددذي قددد ٌبعددد الالؾ الكٌلددومترات ٌجددب اسددتخدام األم دواج الرادٌوٌددة ) )Radio Waves-RWكحامل لالشارة ( ،)Carrierومن خالل عملٌتٌن هما-: -1التضمٌن ( .)Modulation -2ازالة التضمٌن ( )Demodulationأو الكشؾ(.)Detection األو لى تتم فً محطة االرسال وٌتم ارسال بواسطة مرسله ) (Transmitterبعد ان تقطع االؾ ا لكٌلددددددددددومترات ،أو ربمددددددددددا تبددددددددددث مددددددددددن االقمددددددددددار اال صددددددددددطنا عٌة لتسددددددددددتلم مددددددددددن قبددددددددددل المستقبلة()Receiverالستخالص االشارة المعلوما تٌة من صوت ،أو صورة من الموجدة الرادٌوٌدة الحاملة ذات الترددات العالٌة. 2-12اىزضَين ()Modulation ا لتضمٌن هو عملٌة دمج اشارة ذات ترددات واطبة سمعٌة أو فدٌوٌة ( Audio )Frequency.AFمع موجة رادٌوٌة حاملة ذات ترددات عالٌة .تسمى الموجة الحاملة ( Carrier )Waveوتسمى الموجة الناتجة من التضمٌن بالموجة المضمنة ( ،)Modulated Waveوالموجة ا لمحولة تسمى بموجة التضمٌن ).(Modulating Wave الشكل ( )1-12مخطط ٌوضح عملٌة ا لتضمٌن وذلك بدمج الموجة الحاملة مع االشارة الصوتٌة ) (AFللحصول على موجة مضمنة بواسطة المضمن(.)Modulator الشكل 1-12مخطط ٌوضح عملٌة التضمٌن 115 3-12ازاىخ ا ىزضَين أو اىنشف ()Demodulation or Detection هً عكس عملٌة التضمٌن ،اي فصل أو كشؾ االشارة المعلوماتٌة من صوت أو صورة أو اشارة طبٌة من الموجة الحاملة (.)Carrier Wave الموجة الحاملة ))Carrier Wave هً موجة را دٌوٌة ؼٌر مخمدة ( )Un Dampedذات ترددات عا لٌة ٌتم تولٌدها بواسطة المذبذبات الرادٌوٌة ( )Oscillatorsالشكل ( ) 2-12مخطط كتلً ٌوضح تسلسل تولٌدها من مذبذب الراد ٌوي تم تكبٌرها بوا سطة مكبر قدرة ،وترسل إلى الفضاء من خالل الهوابً (.)Antenna والموجات الرادٌوٌة هذه ذات سعة ثابتة وتسٌر بسرعة الضوء ،ولكنها ؼٌر مسموعة أو مربٌة عند أستالمها ; النها ال تحمل اٌة اشارة معلوماتٌة الن عملها ٌنحصر فً نقل االشارة من محطة االرسال إلى محطة االستقبال. الشكل 2-12مخطط كتلً لتولٌد وارسال الموجة الحاملة 4-12انىاع اىزضَين ()Kinds of Modulation بما ان ا لتضمٌن هو دمج اشارة صوتٌة ( )AFمع موجة رادٌوٌدة حاملدة ( ،)RFلدذا فدان بعدض خواص الموجة الحاملة تتؽٌر مع الزمن بسبب االشارة المضمنة ،عنددما تنددمجان معدا لدذا تتولدد اندواع مختلفة من ا لتضمٌن حسب طرٌقة تولٌدها .من اهم هذه الطرق واالنواع-: -1التضمٌن السعوي ()Amplitude Modulation-AM فً هذا النوع من التضمٌن نجد ان االشارة ( )AFتؽٌر أو تتحكم بسعة الموجة الحاملة (،)RF والشكل (ٌ ) 3-12وضح ذلك ،حٌث-: أ -تمثل موجة االشارة الصوتٌة ذات سعة )(B ب -الموجة الحاملة ذات السعة()A ت -الموجة المضمنة ذا ت سعة متؽٌرة حسب االشارة ( ،)aنالحظ زٌادة سعتها عند القٌم ث -الموجبة ا لعظمى ،وتقل سعتهاعند القٌم السالبة العظمى. 116 الشكل 3-12مخطط توضٌحً للتضمٌن السعوي ( )aاالشارة الصوتٌة ()AF ( )bالموجة الحاملة ()RF ( )Cالموجة النا تجة من دمج الموجتٌن ( aو )bالموجة المضمنة -2التضمٌن الترددي ()Frequency Modulation-FM فدددً هدددذا الندددوع مدددن التضدددمٌن فدددان االشدددارة ( )AFتؽٌدددر تدددردد الموجدددة الحاملدددة (.)RF والشددددكل(ٌ ) 3-12وضددددح ذلددددك حٌددددث ٌددددزداد تددددردد الموجددددة الحاملددددة عنددددد زٌددددادة سددددعة االشددددارة ( ،)MODULATING SIGNALوٌقددددددل تددددددردد الموجددددددة الحاملددددددة ( )Carrierعنددددددد انخفدددددداض سدددعة االشدددارة النقددداط ( .)Hتمثدددل ا علدددى تدددردد للموجدددة ا لمضدددمنة عنددددما تكدددون االشدددارة فدددً قٌمتهدددا الموجبدددة الكبدددرى .والنقددداط ( )Lللقدددٌم الددددنٌا للتدددردد عنددددما تكدددون سدددعة االشدددارة فدددً قٌمتهدددا الكبدددرى السدددالبة .أمدددا ) (foفهدددو تدددردد الموجدددة الحاملدددة الطبٌعدددً عنددددما تكدددون سدددعة االشدددارة صدددفرا .الحدددظ الشكل (.)4-12 -3التضمٌن الطوري ()Phase Modulation –P.M حٌث تتحكم االشارة ( )AFبطور الموجة الحاملة(.)RF -4التضمٌن النبضً ()Pulse Modulation فً هذا النوع من التضمٌن تتحكم االشارة الصوتٌة ( )AFبسعة نبضات الموجة الحاملة أومدتها ،الن الموجة الحاملة تكون على شكل نبضات. ان اكثر االنواع استخداما وشٌوعا هما التضمٌن السعوي ،والتضمٌن الترددي ،لذا سنقوم بشرح عملٌة ارسال وأستالم الموجة المضمنة با لتفصٌل للنوع السعوي (.)AM 117 الشكل 4-12مخطط لتضمٌن ترددي ()FM 5-12مرسلة التضمٌن السعوي ()A.M Transmitter نحصل على الموجة الرادٌوٌة الحاملة ( ) Carrierمن مذبذب بلوري ()Crystal Oscillator ثم إلى مكبر مصد (عزل) ( )Buffer amp.وإلى مكبر رادٌوي ( .)RF Amp.الشكل ()5-12 ٌوضح مخطط كتلً لمرسلة نموذجٌة ،حٌث االشارة الصوتٌة ( )AFالخارجة من المذٌاع ( ) Microphoneتكبر من خال ل مكبر صوتً ثم مكبر قدرة ،وبعدها تدمج الموجة الرادٌوٌة مع االشارة ا لصوتٌة لتولٌد الموجة المضمنة ( )Modulated Waveوالتً تبث بالفضاء من خالل هوابً المرسلة. الشكل 5-12مخطط كتلً لمرسلة نموذجٌة 6-12دائرة مكبر التضمٌن ( )Modulation Amplifier الشكل (ٌ )6-12وضح دا برة مكبر التضمٌن حٌث الموجة الحاملة ( )Carrier Signalتقترن ( )Coupledإلى قاعدة الترانزستور Qمن خالل الملؾ ،T1واالشارة الصوتٌة ( )AFتقترن اٌضا بقاعدة الترا نزستور من خالل المتسعة ( ) C1المقاومتان ( R1و ،) R2هما مقسم فولتٌة لألنحٌاز األمامً من خالل Vccللترانزستور .أما المتسعتان ( C2و ) C3فانهما متسعتً امرار ()Bypass 118 تمرر المركبة المتناوبة إلى االرض ان سعة الموجة الرادٌوٌة الخارجة من الترا نزستور تتؽٌر تبعا لالشارة الصوتٌة ،وتنؽم دابرة ) ) L1C4حسب تردد الموجة الحاملة .والتٌار فً الملؾ L1لموجة ( )RFتولد تٌارا محتثا متشابها فً الملؾ L2والمرتبط بالهوابً الذي ٌبث الموجات المضمنة سعوٌا. شكل 6-12دائرة مكبر تضمٌن باستخدام الترانزستور 7-12ازالة التضمٌن الكشف ()Demodulation عند بث الموجة ا لمضمنة عن طرٌق الهوابً فانها تسٌر فدً الفضدا ء ثدم تسدتلم مدن خدالل هدوابً المستقبلة ،وتكون االشارة المحتثة ا لمتولدة ضعٌفة الفولتٌة والتٌدار ،لدذا مدن المهدم اسدتخالص أو كشدؾ االشارة ا لصوتٌة عن طرٌق ازالة التضمٌن اي ازالة الموجة الرادٌوٌة ( ) RFوتدتم مدن خدالل عملٌتدٌن هما-: -1التقوٌم ( )Rectification -2ازالة الموجة الرادٌوٌة ()RF علما بان ازالة التضمٌن ا لترددي تشمل ثالث عملٌات أو مراحل .فقبل المرحلتٌن اعاله ٌتم تحوٌل التؽٌر الترددي فً االشارة المضمنة إلى تؽٌر سعوي ثم نتابع العملٌتٌن اعالهٌ .مكن ازالة التضمٌن أو الكشؾ عن طرٌق دابرتٌن ،أما باستخدام الداٌود الكاشؾ ) (Detectorأو عن طرٌق استخدام الترانزستور الكاشؾ والمكبر. أ -الثنائً (الداٌود) الكاشف الشارة التضمٌن السعوي )Diode Detector(AM الشكل (ٌ ) 7-12وضح عملٌة ازالة التضمٌن باستخدام الداٌود الكا شؾ وتتم حسب المراحل ادناه: -1اختٌار الموجات المضمنة من الهوابً التً لها نفس تردد رنٌن دابرة المؤلفة ( LC )Tuningمن خالل المتسعة المتؽٌرة ( )Cوٌمكن الحصول على اٌة اشارة رادٌوٌة مرؼوبة من خالل تؽٌٌر تردد رنٌن دابرة المؤلفة ( .)LCوتتم اٌضا المؤلفة بسبب الحث الكهرومؽناطٌسً بٌن الملفٌن(L1و .)L2 -2تقدددددددددوٌم االشدددددددددارة المختدددددددددارة خدددددددددالل الدددددددددداٌود الكاشدددددددددؾ ( ،)Dثدددددددددم دا بدددددددددرة ا لترشدددددددددٌح الددددددواطً ) Low- Pass Filter(RC1للددددددتخلص مددددددن الموجددددددة الحاملددددددة () RFعبددددددر مما نعددددددة المتسعة القلٌلة ( ،)C1وا لتً تسمى متسعة امرار الموجات الرادٌوٌة. 119 -3المركبة المستمرة ( )D.Cالمتبقٌة فً االشارة الصوتٌة ( )AFتعبر خالل المقاومة الموازٌة ()R للتخلص منها. -4أما االشارة ( )AFذات التردد الواطا ،فانها تعبر بسهولة خالل المتسعة ( ،)CBوعندها ٌمكن سماعها من خالل السماعة أو المجهر(.)Head Phone or Loud Speaker من مساوئ دابرة الداٌود الكاشؾ عدم قدرتها على تكبٌر االشارة الصوتٌة الضعٌفة لذا تستخدم طرٌقة الترانزستور الكاشؾ. شكل 7-12دائرة ازالة التضمٌن باستخدام الداٌود الكاشف ب -الترانزستورالكاشف الشارة التضمٌن السعوي)(Transistor Detectors for AM Signal الدابرة فً الشكل ( )8-12توضح عملٌة التقوٌم( )Rectificationوالتكبٌر( )Amplification باستخدام الترا نزستور وكما ٌأتً: االشارة المضمنة القادمة من الهوابً إلى الملؾ ( ،)L1ثم بالحث إلى الملؾ ( )L2تؽذي إلى دابرة (القاعدة -الباعث) حٌث ٌتم تقوٌمها بعدها ٌكبر الجزء الموجب (المقوم) من االشـارة فً دابرة (الباعث – الجامع) .المتسعة ( )C2تؤرض المركبة المتناوبة ( )a.cللمقاومة .)Bypass( R3 المقاومتان ( R2و ) R1تعمل كمتسعة فولتٌة لتجهٌز الترانزستور ،وسوقه فً الجزء ا لموجب للموجة المضمنة ( .)RFاالشارة المقومة وا لمكبره ستظهر على مجموعة المقاومة والمتسعة ( )C3-RCحٌث المتسعة ( )C3تحذؾ الموجات الرادٌوٌة .أما االشارة الصوتٌة ( ) RFفتظهر كفرق جهد على المقاومة ( ) RCوتعبر من خالل المتسعة ( )C4إلى المجهر لسماعها،وفً نفس الوقت فان ( ) C4تمنع المركبة المستمرة من المرور. 120 شكل ( )8-12دائرة ازالة التضمٌن والتكبٌر باستخدام الترانزستور الكاشف 8-12تطبٌقات ا لتضمٌن فً االجهزة الطبٌة 1-8-12تمهٌد لقٌاس المتؽٌرات الباٌلوجٌة ( )Biological Variablesفً جسم االنسان ٌستخدم نظام القٌاس الحٌاتً عن بعد ( )Biotelemetryلمراقبة االشارات القلبٌة ،أو الدماؼٌة أو قٌاس ضؽط الدم ودرجة الحرارة ،فضال عن الٌة عزل المرٌض كلٌا عن التؽدٌة المتناوبة ( )a.cلالجهزة الطبٌة المرتبطة به، لمنع الصعقة الكهربابٌة ( ،)Electric Shockأو الصعقة الماٌكروٌة ( )Micro Shockلذا ٌجب استخدام االرسال الرادٌوي ( .)Radio Transmissionو بنفس طرٌقة التضمٌن ا لذي تم شرحه حٌث االشارة المعلوماتٌة هً االشارات الطبٌة التً ٌتم نقلها من مكان تولٌدها إلى الجهة التً نختارها، تعتمد الموجة الحاملة فً تولٌدها على الوسط الذي ستنقل خالله والمسافة التً ستقطعها للوصول إلى الجهة المطلوبة. 2-8-12المرسلة والمستقبلة فً التضمٌن وازالة التضمٌن ) (Transmitter and Receiver لفهم نظام التضمٌن فً االجهزة الطبٌة نددرس المخططدٌن فدً الشدكلٌن ( )9-12ا لدذي ٌمثدل مبددا عمل المرسلة( )Transmitterوالشكل ( )10-12الذي ٌمثل المستقبلة (.)Receiver تاخددددذ االشددددارة ا لفسددددلجٌة وتمثددددل الجهددددد الحٌدددداتً ( )Physiological signalمددددن المددددرٌض ( )Subjectبواسطة محول الطاقة ( )Transducerأو مباشرة حسب نوع االشارة وتؽدذى إلدى مرحلدة التكبٌدددر( )Amplifierثدددم معالجتهدددا وتكٌٌفهدددا مدددن خدددالل المعدددالج ( ،)Processorثدددم إلدددى المرحلدددة التضمٌن .وحسب االنواع التً تم شرحها تبث االشارة خالل الهوابً ( .)Antennaتستلم االشدارة مدن خالل الهوا بً للمستقبلة فً الشكل ( )10-12وٌحدد ترددهدا مدن خدالل المولدؾ ( )Tunerحٌدث هنداك اعداد ال حصر لها من الموجات ذات الترددات المختلفة .تفصل الموجة الحاملدة () Carrierمدن موجدة المعلومات من خالل مزٌدل التضدمٌن ( ،)Demodulatorوٌمكدن تسدجٌل وحفدظ االشدارة وسدماعها أو عرضها على شاشة راسم االشارة ( أوسٌلٌسكوب ) أو تسجٌلها على ورق بٌانً. 121 الشكل 9-12مخطط كتلً لمرسلة ()Transmitter شكل 10-12مخطط كتلً لمستقبلة ()Receiver 9-12أستخدام التضمٌن فً العزل الكهربائً للمرٌض ) (Floating Earth ٌمكن استخدام تقنٌة التضمٌن وازالة ا لتصمٌن فً عزل ا لمرٌض عن تؽذٌة االجهزة الطبٌة ،وهو ما ٌطلق علٌه العزل العابم ).(floating earth 122 الشكل (ٌ )11-12وضح احدى مكبرات العزل ( ،)Carrier Isolation amplifierحٌث ان الخطوط المنقطة فً الشكل معزولة عن الطاقة الكهربابٌة المتناوبة ( ،)a.cوٌتم العزل باستخدام اثنٌن من المحوالت (T2و ،)T1حٌث صممت لالشتؽال بالترددات العالٌة ( ) 25KHz-20KHzوممانعة لترددات المصدر المتناوب ( 50Hzأو .)60Hz قسددددددم مددددددن قدددددددرة المحولددددددة ( ،) T1ومددددددن ملفهددددددا الثددددددا نوي ٌددددددذهب إلددددددى مرحلددددددة التضددددددمٌن مباشدددددددرة ،والبدددددددا قً ٌقدددددددوم و ٌرشدددددددح وٌسدددددددتخدم لقددددددددرة مسدددددددتمرة معزولدددددددة لتؽذٌدددددددة المكبدددددددرات والمضمن (.)Amplifier and Modulator تكبر االشارة الباٌولوجٌة القادمة من المرٌض بواسطة المكبر( ،)A1ثم مرحلة التضمٌن السعوٌة ،أما بقٌة اجزاء الدا برة ؼٌر المعز ولة فتؽدى من مصدر الطاقة مباشرة. شكل 11-12لعزل نوع الموجة الحاملة ()Carrier Type Isolation الشكل (ٌ )12-12وضح ازالة التضمٌن باستخدام الترانزستور( Q1و )Q2لمقوم موجة كاملة بما خذ وسطً مع مرشح امرار واطا كما سبق وتم شرحه فً التضمٌن الرادٌوي ،حٌث ٌربط ( Q1و )Q2بطرٌقة الدفع سحب ()Push-Pullعندها نحصل على موجة مقومة تقوٌم كأمل على المقاومة ( ،)R4وعند ترشٌحها من المتسعة ) (C2تكون هناك فولتٌة مستمرة فً الخرج تتناسب مع سعة اشارة الدخل القادمة من المرٌض ،ونكون قد عزلنا المرٌض عزال تأما ( )Floating Earthعن مصدر الطاقة المتناوبة. شكل ( ) 12-12ازالة التضمٌن التزامنً 123 اسئيخ اىفظو اىثبني ػشر -1عرؾ كل مما ٌاتً مع المخططات ان وجدت-: ا) التضمٌن ب) ازالة التضمٌن ج) العزل العابم -2عدد انواع ا لتضمٌن مع شرح احد االنواع بالتفصٌل؟ -5أرسم المخطط الكتلً مع الشرح والتاشٌر لدابرة ارسال ).(Transmitter -4أرسم المخطط الكتلً لدابرة أستالم الموجة المضمنة ( )Receiverمع الشرح. -5ارسم دا برة كهربابٌة بسٌطة لمستقبل رادٌوي الزالة التضمٌن مع الشرح؟ وأذكر فا بدة كل عنصر فً الدابرة. -6كٌؾ تتحكم اشارة المعلومات بالموجة الحاملة فً التضمٌن السعوي؟ -7عدد انواع ازالة ا لتضمٌن مع رسم وشرح احد االنواع. -8ما أسم العنصر الذي ٌحول الموجة العلوٌة فً الشكل ادناه إلى شكل الموجة السفلٌة وفً اٌة دابرة كهربابٌة؟ 124 الفصل الثالث عشر الكترونٌات القدرة االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل الى التعرؾ على الكترونٌات القدرة وعملها وخواصها وتطبٌقاتها. االهداف الخاصة :بعد اكمال هذا ا لفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان-: ٌ – 1عرؾ اهم انواع الكترونٌات القدرة. ٌ – 2عرؾ تركٌب وعمل الكترونٌات القدرة. ٌ – 3درك خواص الكترونٌات القدرة. ٌ – 4فهم تطبٌقات الكترونٌات القدرة. ٌ – 5حل اسبلة الفصل. 125 الفصل الثالث عشر الكترونٌات القدرة 1–13الكترونٌات القدرة الكترونٌات القدرة هً عناصر ا لكترونٌة تصنع من اشباه الموصالت ،وتستخدم فً دوابر التحكم بالقدرة كمفاتٌح الكترونٌة ،لفصل وتوصٌل الدوابر االلكترونٌة .سنتطرق فً هذا الفصل إلى اهم العناصر المستخدمة فً الدوابر االلكترونٌة. 2–13الثاٌرستور Thyristor ٌتكون الثاٌرستور من اربع طبقات ( )PNPNوله ثالثة اطراؾ :االنود ( ،)Aالكاثود ()K والبوابة ( )Gالشكل (ٌ )1-13وضح ا -تركٌب ب -رمز الثاٌرستور. شكل 1-13تركٌب ورمز الثاٌرستور ٌسمى الثاٌرستور اٌضا بالتقوٌم السلٌكونً المسٌطر(Silicon Controlled –SCR ) )Rectifierحٌث ٌستخدم الثا ٌرستور كمفتا ح للسٌطرة على توصٌل القدرة ( ،)ACوفً دوابر السٌطرة على االنارة ،وعلى سرعة المحركات الكهربابٌة.حٌث نالحظ ان رمز الثا ٌستور ٌشبه رمز الثنابً (الدا ٌود) ولكن مع اضافة طرؾ البوابة ،وعندما ٌكون الثا ٌرستور فً حالة توصٌل ()ON فان اتجاه مرور التٌار فٌه ٌكون بداللة السهم كما فً الرمز. 1-2-13خواص الثاٌرستور ا– الخواص فً األنحٌاز األمامً ()Forward biased عندما ٌكون جهد االنود موجبا وجهد الكاثود سالبا ٌصبح الثا ٌرستور فً األنحٌاز األمامً حٌث تكون كل من الوصلة ( )J1والوصلة ( )J3فً األنحٌاز األمامً ،بٌنما تكون الوصلة ( )J2فدً األنحٌداز العكسددً ممدا تجعددل مقاومدة الثاٌرسددتور عالٌددة جدددا ،لددذلك ٌمددر تٌدار صددؽٌر جدددا ٌسددمى بتٌدار التسددرب األمددامً ( )Leakage Currentوٌكددون الثا ٌرسددتور فددً حالددة قطددع ( . )Offعنددد زٌ دادة ا لفولتٌددة بددٌن االنددود والك داثود إلددى قٌمددة كبٌددرة جدددا ٌحدددث أنهٌ دار أمددامً للثا ٌرسددتور وتسددمى هددذه ا لفولتٌددة بفولتٌددة االنهٌار األمدامً ،حٌدث تنهدار الوصدلة ( )J2وٌحصدل انخفداض مفداجا فدً مقاومدة الثاٌرسدتور ،وٌمدر تٌار من االنود إلى الكاثود ،وبذلك نحصل علدى حالدة التوصدٌل األمدامً كمدا موضدح فدً الشدكل (-13 ٌ .)2مكددن ا لددتحكم بقٌمددة فولتٌددة االنهٌ دار عددن طرٌددق تطبٌددق نبضددة علددى البوابددة و تسددمى هددذه العملٌددة باالشعال أو قدح الثاٌرسدتور .كلمدا زاد تٌدار البوابدة كلمدا قلدت فولتٌدة االنهٌدار ،لدذلك فدان تٌدار صدؽٌر 126 ٌؽذي البوابة ٌحول الثا ٌرستور من حالدة قطدع إلدى حا لدة توصدٌل .بعدد ان ٌكدون الثا ٌرسدتور فدً حالدة توصٌل ال تكون للبوا بة سٌطرة على عمله حتى فً حالة فصل البوابة .والٌقاؾ الثا ٌرستور عدن العمدل (ٌ ) Offتم ذلك بتقلٌل ا لفولتٌة على طرفٌه إلى قٌمة اقل من فولتٌة األمساك ،حٌث ٌقل تٌدار اال ندود عدن تٌار األمساك إلى قٌمة معٌنة اقل من تٌار األمساك (.Holding Current (IH شكل 2 –13منحنً خواص الثاٌرستور ب -الخواص فً األنحٌاز العكسً ()Reverse Biased عندما ٌكون االنود سالبا والكاثود موجبا ٌصبح الثا ٌرستور فً األنحٌاز العكسً عندبذ تكون الوصلة ( )J2فً األنحٌاز األمامً ،والوصلتان ( )J3( ،)J1فً األنحٌاز العكسً ،مما تجعال مقاومة الثاٌرستور عالٌة جدا وال ٌمر اال تٌار صؽٌر جدا ٌسمى بتٌار التسرب العكسً ،ولكن عند زٌادة فولتٌة الكاثود ا لموجبة نسبة إلى االنود ٌحدث انهٌار عكسً للثاٌرستور ،وتسمى هذه ا لفولتٌة بفولتٌة االنهٌار العكسً مما ٌؤدي إلى تلؾ الثاٌرستور. 2-2–13طرق اشعال الثاٌرستور ()Firing Thyristor أ -االشعال بالحرارة ان الزٌادة فً درجة حرارة القرص السلٌكونً تؤدي إلى زٌاد ة فً معدل تولٌد حأمالت الشحنات ،فإذا كانت هذه الزٌادة عا لٌة عن حد معٌن ،فانها ٌمكن تؤدي إلى تشؽٌل الثاٌرستور، وعادة هذا التشؽ ٌل ؼٌر مرؼوب فٌه لذلك ٌجب تجنبه. 127 ب – االشعال بالضوء لو سلطت حزمة ضوبٌة على الوصلة ( )J2لتولدت الكترونات وفجوات فً رقٌقة القرص السلٌكونً ،وتتولد حأمالت الشحنات ،وٌتم اشعال الثا ٌرستور بنفس االسلوب الحراري ،وبناء على تلك ا لفكرة تم تصنٌع ثا ٌرستور ٌعتمد اشعاله على الضوء ،وٌسمى بالمقوم المتحكم السلٌكونً المثار بالضوء. ﺠ -االشعال بالجهد الزائد علمنا انه اذا زاد الجهد األمامً عن جهد االنهٌار فان تٌار التسرب للثاٌرستور ( ٌ )Leakage Currentكون كافٌا لتحوٌل الثاٌرستور إلى حالة التوصٌل األمامً ،وهذه الطرٌقة لالشعال تدمر الثاٌرستور ،لذلك ٌجب تجنبها. د -االشعال بالجهد المسلط ()dv/dt من المفترض ان الجهد األمامً المسلط ٌزداد بالتدرج ،ولو سمح لهذا الجهد بالزٌادة المفاجبة فقد ٌؤدي إلى اشعال الثاٌرستور من دون تسلٌط اشارة على البوابة ،أو ٌؤدي إلى زٌادة الجهد األمامً ا كثر من مستوى االنهٌار ،ان هذا النوع ؼٌر المرؼوب من االشعال ٌمكن تجنبه. ه -االشعال بتٌار البوابة اذا سلطت اشارة موجبة على البوا بة بتوصٌل مصدر بٌن البوابة والكاثود فان التٌار المار بدابرة البوابة ٌؤدي إلى مرور فجوات من البوابة فتزداد حأمالت الشحنة الموجودة مما ٌساعد فً اشعال الثاٌرستور ،وعادة تكون االشارة ا لمسلطة فً شكل نبضة تستؽرق زمنا معٌنا كافٌا لتشؽٌل الثاٌرستور ،واذا وصل الثاٌرستور ٌستمر كذلك وال داعً البقاء تٌار البوابة. 3–2–13دوائر اشعال الثاٌرستور ()Firing Circuits of Thyristor تقسم دوابر االشعال المستعملة عادة لقدح الثاٌرستور إلى ثالث انواع هً: -1دوابر االشعال بالتٌار المستمر. - 2دوابر االشعال بالتٌار المتردد. -3دوابر االشعال بالنبضات. 4–2-13طرق اخماد الثاٌرستور ( (Turn Off- Thyristor ٌجب ان ٌقل تٌار الثاٌرستور إلى قٌمة اقل من تٌار األمساك ( )IHلمدة تكفً لتحوٌله إلى عدم التوصٌل .ان جعل الثا ٌرستور فً حا لة عدم توصٌل لٌ ست صعبة فً دوابر التٌار المتردد ،حٌث ٌنعكس ا لجهد كل نصؾ موجة .أما فً دوابر التٌار المستمر ٌمر التٌار باتجاه واحد ،فٌتطلب األمر استعمال دابرة اضافٌة الخماد الثاٌرستور ،كما ٌوجد نوع خاص من الثا ٌرستور ٌتم اخماده عن طرٌق البوابة ذاتها. 128 ا – االخماد الطبٌعً ٌمكن تقلٌل تٌار الثاٌرستور إلى الصفر بفتح مفتاح موصل على التوالً مع الثاٌرستور ،كما موضح فً الشكل ( ،)a-3-13أو بجعل مسار تحوٌلً للتٌار إلى الصفر بفتح مفتاح موصل على التوازي مع الثاٌرستور فً الشكل( .)b -3-13وٌجب اعادة المفتاح إلى حالته األولى فً كلتا الحالتٌن بعد اخماد الثاٌرستور ،اال انه تتولد ( ) dv/dtعالٌة عبر الثاٌرستور ،مما قد ٌتسبب معها فً اعادة تشؽٌل الثاٌرستور. ب -االخماد االجباري (القسري) فً هذه الطر ٌقة ٌسلط جهد عكسً عبر الثاٌرستور ،فٌجبر التٌار على الهبوط إلى الصفر، بل ٌمر باألتجاه ا لعكسً لمدة قصٌرة قبل ا ن ٌستعٌد الثاٌرستور قا بلٌته للتعوٌض األمامً ،وٌوضح الشكل ( )c -3-13دا برة مبسطة لهذا النوع من االخماد ،فعند ؼلق المفتاح (ٌ ) Sوصل المكثؾ المشحون مسبقا بالقطبٌة المبٌنة عبر الثاٌرستور ،فٌصبح منحازا وٌتحول إلى حالة عدم التوصٌل، ان هذا النوع من االخماد كثٌر االستعمال فً دوابر الثاٌرستور .تتبع دوابر التٌار المتردد التً ٌنعكس فٌها جهد الخط ذي االخماد القسري ،وٌسمى فً هذه الحالة باالخماد الطوري( (Commutated Line ()c-3-13 ()b-3-13 b c شكل 3–13طرق االخماد للثاٌرستور ()a-3-13 A 3–13اىزرايل Triac ٌتكون التراٌك من عدة طبقات وٌكافا ثا ٌرستورٌن موصلٌن على التوازي وبشكل متعاكس ،اي ان انود الثاٌرستور األول ٌكون موصال إلى كاثود الثاٌرستور الثانً ،وكاثود الثاٌرستور األول ٌكون موصال إلى انود الثا ٌرستور الثانً ،الشكل (ٌ )4 –13وضح - aتركٌب التراٌك – bرمز التراٌك. والشكل (ٌ )5 –13وضح الدابرة المكافبة للتراٌك. شكل 4 –13تركٌب ورمز التراٌك 129 شكل 5 -13الدائرة المكافئة للتراٌك ٌمكن جعل التراٌك فً حا لة توصٌل حٌث ٌكون مرور التٌار فً كال االتجاهٌن وكاآلتً: ا -مرور التٌار من الطرؾ ( )T1إلى الطرؾ ( )T2عندما ٌكون الطرؾ ( )T1موجبا بالنسبة إلى الطرؾ ( )T2وطبقت اشارة االشعال بٌن البوابة والطرؾ (.)T2 ب -مرور التٌار من الطرؾ ( )T1إلى الطرؾ ( )T2عندما ٌكون الطرؾ ( )T2موجبا بالنسبة إلى الطرؾ ( ،)T1وطبقت اشارة االشعال بٌن البوابة والطرؾ (.)T1 ٌمكن اشعال التراٌك اٌضا باشارة سالبة ،اال ان حساسٌته لالشارة الموجبة افضلٌ .ستخدم التراٌك فً عدة تطبٌقات ،كالتحكم فً سرعة المحركات الحثٌة ،وفً دوابر االنارة والتسخٌن الكهربابً. الشكل (ٌ )6–13وضح خواص الترا ٌك حٌث تشبه خواص الثا ٌرستور فً األنحٌاز األمامً. شكل 6 –13خواص التراٌك 130 4–13اىذايبك Diac ٌتكون الداٌاك من نفس مكونات التراٌك ولكن بدون بوابة .الشكل (ٌ )7–13وضح تركٌب ورمز الداٌاك أ- ب- شكل 7–13تركٌب ورمز الداٌاك ٌمر التٌار فً الداٌاك فً كال االتجاهٌن - 1 :من الطرؾ ( )T1إلى الطرؾ ( ،)T2عندما تكون فولتٌة الطرؾ ( )T1ا على من فولتٌة الطرؾ ( )T2إلى مقدار مسأوي إلى ا قل قٌمة لفولتٌة االنهٌار - 2من الطرؾ ( )T2إلى الطرؾ ( ،)T1عندما تكون فولتٌة الطرؾ ( )T2ا على من فولتٌة الطرؾ ( )T1إلى مقدار مسأويإلى اقل قٌمة لفولتٌة األنهٌار. الشكل (ٌ )8–13وضح خواص الداٌاك ،حٌث تشبه خواص التراٌك فً حالة الؽاء تٌار البوابة ٌ .ستعمل الداٌاك فً دوابر اشعال للثاٌرستور ،والتراٌك ،وفً دوابر الحماٌة من الفولتٌات المرتفعة. شكل 8–13خواص الداٌاك 131 5–13رطجيقبد اىنزرونيبد اىقذرح ٌستخدم التراٌك فً دوابر التٌار المتناوب للسٌطرة على قدرة الموجة من الصفر ،وإلى موجة كاملة وله استخدامات واسعة فً السٌطرة على الدوابر المتناوبة من دون الحاجة إلى عناصر اضافٌة عدا قدحه من خالل البوابة باستخدام الداٌك .لذا ٌستخدم فً دوابر االضاءة كخافت للضوء ،وفً السٌطرة على مصابح الفلورسنت ،وعلى سرعة المحرك الكهربابًٌ .ستخدم فً دوابر االضاءة كخافت للضوء ،وفً السٌطرة على مصباح الفلورسنت ،وعلى سرعة المحرك. الشكل(ٌ )9-13وضح دابرة بسٌطة من انواع دوابر السٌطرة على االضاءة ،أو سرعة المحرك بأستخدام الداٌاك والتراٌك مع شكل موجة الفولتٌة الداخلة ،وشكل موجة ا لفولتٌة على طرفً المتسعة، وتعتمد طرٌقة السٌطرة على كمٌة القدرة المجهزة للحمل. الشكل 9–13دا ئرة سٌطرة بسٌطة باستخدام الداٌاك والتراٌك عند توصٌل القدرة المتناوبة ( )Mains Inputللدابرة فً الشكل( )9-13فان الموجة تقل سعتها وٌتؽٌر طورها بزاوٌة تعتمد على قٌم المقاومة ( ،)Rوالمتسعة ( ،)Cكما موضح فً شكل ا لموجة فً منتصؾ الشكل ( .)9-13وعندما تنشحن المتسعة بالفولتٌة المناسبة ،فانها تفرغ شحنتها من خالل البوابة لقدح التراٌك ،فٌصبح بحالة توصٌل لما تبقى من نصؾ الموجة الموجبة،وعند وصول قٌمة ا لموجة للصفر ٌنقطع توصٌل الترا ٌك لفترة زمنٌة إلى ان تنشحن المتسعة بفولتٌة القدح باألتجاه المعاكس ،مما ٌعطً الداٌك القا بلٌة على قدح التراٌك لٌكون فً حالة توصٌل لما تبقى من نصؾ الموجة السالبة ،وٌكون شكل الموجة ا لمجهزة للحمل ( )Loadكما فً ٌمٌن الشكل ( ،)9-13واسفلها شكل نبضة قدح التراٌك الخارجة من الداٌاك ،علما بان قٌمة المقاومة المتؽٌرة هً التً تتحكم بزاوٌة الطور ،وبالتالً بمقدار كمٌة القدرة المجهزة للحمل ،حٌث التحكم بكمٌة الضوء ،أو سرعة المحرك. 132 اسئلة الفصل الثالث عشر - 1عرؾ اآلتً: الكترونٌات القدرة ،الثاٌرستور ،فولتٌة االنهٌار ،تٌار التسرب ،التراٌك ،الداٌاك ،االشعال. – 2ما تركٌب ورمز الثاٌرستور ،وضح ذلك مع الرسم وذكر استخداماته؟ – 3أشرح خواص الثاٌرستور باألتجاه األمامً والعكسً ،موضحا اجابتك مع الرسم. – 4اذكر طرق اشعال الثاٌرستور. – 5اذكر انواع دوابر اشعال الثاٌرستور. – 6وضح مع الرسم طرق اخماد الثاٌرستور. - 7ما تركٌب التراٌك والدابرة المكافبة له عزز اجابتك بالرسم وأذكر استخداماته؟ – 8وضح كٌؾ ٌمر التٌار فً الداٌاك فً كال األتجاهٌن. - 9ما تركٌب ورمز الداٌاك ،وضح ذلك مع الرسم ذاكراً اهم أستخداماته؟ - 10ما الفرق بٌن منحنً الخواص لكل من التراٌك و الداٌاك؟ -11وضح مع الرسم أستخدام التراٌك والداٌاك فً دوابر التٌار المتناوب للسٌطرة على إضاءة مصباح أو محرك كهربابً. 133 الفصل الرابع عشر الموجات الكهرومغناطٌسٌة وتطبٌقاتها االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل الى التعرؾ على الموجات الكهرومؽناطٌسٌة وتطبٌقاتها. االهداف الخاصة: بعد اكمال هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان-: ٌ - 1رسم وٌعرؾ الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً. ٌ - 2عرؾ صفات وخصابص الموجات الكهرومؽناطٌسٌة وأستعماالتها. ٌ -3حدد موقع الموجات الكهرومؽناطٌسٌة على الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً. ٌ - 4شرح طرٌقة تولٌد كل من االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجٌة. ٌ - 5عرؾ الظاهرة الكهروضوبٌة. ٌ -6عرؾ خصابص وتولٌد اشعة اللٌزر وأستعماالتها. ٌ -7عدد خطوات تشؽٌل جهاز االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجٌة. ٌ - 8حل جمٌع اسبلة الفصل. 134 الفصل الرابع عشر الموجات الكهرومغناطٌسٌة وتطبٌقاتها 1–14رَهيذ الموجات الكهرومؽناطٌسٌة هً االساس فً االتصاالت الالسلكٌة ،والتً فٌها ٌتم االتصال بٌن نقطتٌن أو اكثر بٌنهما مسافات شاسعة ،وال ت وجد بٌنهما خطوط نقل مباشرة .واالتصاالت الالسلكٌة لها تطبٌقات عدٌدة فً مجاالت االتصاالت الهاتفٌة ،والمراقبة الجوٌة ،واالقمار الصناعٌة ،واالجهزة الطبٌة. 2-14اىَىجبد اىنهروٍغنبطيسيخ )(Electromagnetic Waves ان الشحنة الكهربابٌة الساكنة تنتج مجاال كهربابٌا ٌحٌط بها ،وعندما تكون الشحنة فً حالة حركة ٌتكون حولها مجال مؽناطٌسً اضافة إلى مجالها الكهربابً .من المعلوم ان مجاال مؽناطٌسٌا متؽٌرا ٌولد قوة دافعة كهربا بٌة (ق.د.ك) محتثة ،وهذا ما ٌسمى بالحث الكهرومؽناطٌسًٌ ،نتج عن فرق فً ا لجهد ٌمثل معدل تؽٌر المجال الكهربا بً بٌن نقطتٌن .لذلك ٌكون المجال المؽناطٌسً المتؽٌر مكافبا فً تا ثٌره للمجال الكهربابً المتولد والعكس صحٌح ،اذ ان تاثٌر المجال الكهربابً المتولد المتؽٌر ٌكافىء المجال المؽناطٌسً المتولد. تمكن العالم (ماكسوٌل) من وضع نظرٌة تعتمد على المبداٌن االساسٌٌن اآلتٌٌن- : .1المجال الكهربابً المتؽٌر فً الفضاء ٌنتج مجاال مؽناطٌسٌا ٌكون عمودٌا علٌه ومتفقا معه فً الطور. .2المجال المؽناطٌسً المتؽٌر فً الفضاء ٌنتج مجاال كهربابٌا ٌكون عمودٌا علٌه ومتفقا معه فً الطور. وبناء على هذٌن المبدأٌن ،فان المجال الكهربابً والمجال المؽناطٌسً ٌنتشران فً الفضاء من نقطة إلى اخرى وهما متالزمان ومتفقان فً الطور ،وعمودٌان على خط انتشارهما مكونان ما ٌسمى بالموجة الكهرومؽناطٌسٌة كما فً الشكل (.)1-14 شكل ( ) 1-14موجة كهرومغناطٌسٌة 135 3–14خظبئض اىَىجبد اىنهروٍغنبطيسيخ ( (Electromagnetic Waves Characteristics تتصؾ الموجه باربع صفات اساسٌة هً: -1الطول الموجً ))Wavelength ٌحدد الطول الموجً (ג) بالمسافة بٌن قمتٌن متعاقبتٌن ،أو اٌة نقطتٌن متناظرتٌن ومتعاقبتٌن للموجةٌ .قاس الطول الموجً باجزاء المتر ،وتسمى النانومتر ( ،)nmوهذه تساوي ( 10 - 9من المتر) أو االنكستروم ( )Aوالذي ٌساوي 10 -10من المتر ،كما موضح فً الشكل(.)2-14 السعة الطول الموجً شكل ( )2-14شكل الموجة -2التردد ))Frequency ٌمثل التردد عدد الموجات المارة م ن نقطة معٌنة فً الثانٌة الواحدة ،وٌقاس بالذبذبة/الثانٌة أو الهٌرتز ( .)Hzاذا كانت متجهات المجال الكهربابً والمجال المؽناطٌسً تؤلفان اهتزازات توافقٌة ذات تردد ثابت ندع وه بتردد الموجة الكهرومؽناطٌسٌة. -3السرعة ))Velocity سرعة الموجة ثابتة فً الوسط المعٌن .وتوصل (ماكسوٌل) إلى ان سرعة انتشار الموجات الكهرومؽناطٌسٌة فً الفراغ هً نفسها سرعة انتشار الضوء فً الفراغ; اذ تبلػ 810x3متر/ثا مما ٌؤكد ان الضوء نفسه عبارة عن موجات كهرومؽناطٌسٌة. وٌرتبط التردد ،والطول الموجً ،والسرعة بالعالقة اآلتٌة: )……… (1-14 ؽٛش: –ƒانزشدد - انطٕل انًٕعٙ – vسشعخ انًٕعخ 136 =ƒ -4السعة )(Amplitude تمثل السعة اعلى ارتفا ع للموجة مقاسا من خط الصفر .وهناك خواص اخرى للموجات ٌجب ان تؤخذ بنظر االعتبار الهمٌتها وهً: أ -الطور))Phase الموجات ذات الطول الموجً الواحد ،تكون فً طور واحد عندما تقع قمم بعضها على بعض .فإذا ما التقت موجتان لهما الطول الموجً نفسه ،وكا نت قمة احدهما على قمة الثانٌة، نحصل على موجة واحدة ذات سعة مضاعفة ،ولها الطول ا لموجً للموجتٌن .أما اذا كانت بطور مختلؾ (قمة احداهما على قعر اال خرى) فسوؾ نحصل على موجة سعتها تساوي صفرا. ب-التماسك (الترابط) ))Coherency ٌتكون الضوء المتماسك من موجات ثابته مترا بطة لٌس بٌنها اختالؾ فً الطور فً اي مكان ،أو اي وقت .كما موضح فً الشكل ()3-14 شكل 3-14 4 -14خىاص اىَىجبد اىنهروٍغنبطيسيخ )(Properties of Electromagnetic Waves -1تنتقل الموجة الكهرومؽناطٌسٌـة فً الفراغ بسرعـة الضوء فً الفـراغ وتساوي( 3 10 8متر /ثا) أما سرعة انتقالها فً األوساط المادٌة ،فٌعتمد على الخواص الكهربابٌة والمؽناطٌسٌة لذلك الوسط. -2تنتشر بخطوط مستقٌمة وتخضع للخصابص الموجبه من حٌث الحٌود والتداخل. -3ال تتاثر بالمجاالت الكهربابٌة أو المؽناطٌسٌة. -4موجات مستعرضة قابلة لالستقطاب. -5طاقة الموجات الكهرومؽناطٌسٌة المنتشرة فً الفرا غ تتوزع بٌن مجالٌها الكهربابً والمؽناطٌسً بصورة متساوٌة. -6للطاقة الكهرومؽناطٌسٌة مظاهر متعددة (ضوبٌة ،حرارٌة ،كهربابٌة)..،وهذا ناتج عن اختالفها بالتردد أو (الطول الموجً). 137 5-14طيف اىَىجبد اىنهروٍغنبطيسيخ )(Alectromagnetic Waves Spectrum ان مدى اطوال الموجات الكهرومؽناطٌسٌة ٌمر من الموجات ذات الطول الموجً االطول (الموجات الرادٌوٌة) إلى الموجات ذات الطول الموجً االقصر (موجات كأما) ،كما ٌتضح ذلك من المخطط الذي نراه فً الشكل ()4-14 شكل 4-14مناطق الطٌف الكهرومغناطٌسً ٌنقسم طٌؾ الموجات الكهرومؽناطٌسٌة إلى: -1الموجات الرادٌوٌة ((Radio Waves -2الموجات الماٌكروٌة ))Microwaves -3االشعة تحت الحمراء ))Infrared rays -4الضوء المربً))Visible light -5االشعة فوق البنفسجٌة ( )Ultraviolet rays -6االشعة السٌنٌة ))X-rays -7اشعة كأما ))Gamma rays لكل منطقة من مناطق الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً خصابص تمٌزها عن بعضها البعض ،وبناء علٌه نجد تطبٌقات مختلفة لهذه االشعة. تجدر االشارة إلى ان الموجات الكهرومؽناطٌسٌة لها طاقة تعطى بالمعادلة اآلتٌة: E hf (..…………… )2-14 ؽٛش: -Eانطبقخ ثبنغٕل ()J -hصبثذ ثالَك =( J.S 34 ) 6.6 10 -fانزشدد ثبنٓشرض )(Hz ٔرسزخذو ٔؽذح اال نكزشٌٔ فٕنذ ( ) evنهزعجٛش عٍ طبقخ االشعخ انكٓشٔيغُبطٛسٛخ : (J 19 ) 1.ev 1.6 10 138 نستنتج من ذلك انه كلما زاد التردد ازدادت الطاقة وعلٌه فان طاقة ،اشعة كأما أكبر ما ٌمكن فً الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً .سنقوم بدرا سة كل منطقة من مناطق الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً على حدة لتوضٌح المزٌد من المعلومات عن تولدها واستخداماتها. 6-14اىَىجبد اىراديىيخ ) (Radio Waves 5 الطول الموجًٌ 3 10 nm :متد إلى بضعة كٌلومترات. التولٌدٌ :مكن تولٌدها باستعمال المذبذبات الكهربابٌة ( .)Oscillators االستخدام: أ) تستخدم فً نقل االصوات واشارة التلفزٌون والهاتؾ. ب) تستخدم لنقل معلومات عن دقات ا لقلب للمرٌض من بٌته إلى ا لمستشفى .وكذلك من سٌارة االسعاؾ إلى المستشفى التً سٌنقل الٌها المرٌض. ج) تستخدم فً المجاالت الصناعٌة فً االتصال بٌن المؤسسة وموظفٌها وتمكنهم من تبادل المعلومات من مواقع عملهم. د) تستخدم فً اجهزة ا لسٌطرة عن بعد للتحكم فً االجهزة. 7-14اىَىجبد اىَبينرويخ ))Microwaves الموجات الما ٌكروٌة جزء من الموجات الكهرومؽناطٌسٌة ذا ت طول موجً طوٌل ٌقاس بالسنتمتر فً المدى من 0.3إلى 30سمٌ .مكن تولٌدها بوساطة اجهزة الكترونٌة خاصة االستخدام: أ) انظمة البث االذاعً ،وفً التلفاز ،والرادار ،ومالحة الطٌران ،وانظمة االتصاالت. ب) تستخدم فً افران الماٌكروٌؾ ،اذ تؤمن عملٌات الطبخ ا لمنزلً بوقت قصٌر نسبٌا. 8-14اىضىء اىَرئي ))Visible light هو ذلك الجزء من الطٌؾ ا لذي ٌمكن للعٌن البشرٌة ان تكشفه .وٌتولد الضوء المربً من اعادة تركٌب األلكترونات فً الذرات والجزٌبات .وكما موضح فً الشكل( ،)4-14فان الضوء المربً هو جزء من الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً ،وهو الجزء الوحٌد فً هذا الطٌؾ ا لكبٌر تستطٌع العٌن البشرٌة رؤٌته ،وا لشمس تحوي جمٌع انواع االشعة و ( (90%من اشعتها تحوي الضوء المربً الذي ٌتكون من سبعة الوان تبدا باللون ا لبنفسجً بطول موجً ( ،)400nmوٌنتهً باللون االحمر بطول ( .)700nmكما موضح فً الشكل (.)5-14 شكل 5-14الطول الموجً للضوء المرئً بالوانه السبعة بوحدات (10-9m=)nm 139 9-14االشؼخ ريذ اىيَراء وفىق اىجنفسجيخ لفهم االشعة تحت الحمراء ( )IRوفوق البنفسجً ( )UVمن المهم ان نعرؾ شٌبا عن الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً ( )Electromagnetic Spectrumالموضح فً الشكل ( )4-14الذي ٌحوي على اطوال موجٌة من الصفر وإلى ما النهاٌة ،نتٌجة للتذبذب الثابت لاللكترونات فً مداراتها حول نواة الذرة .وان سرعة التذبذب (ا لتردد) ٌحدد مستوى طاقة االنواع المختلفة لالشعة فً الطٌؾ الكهرومؽناطٌسً ،أو تحدده اطوالها الموجٌة حٌث الموجة االقصر طوال تكون االكثر طاقة ،أو الموجة االعلى ترددا تكون االكثر طاقة. 1-9-14االشعة تحت الحمراء ()Infrared Radiation -IR االشعة تحت الحمراء ( )IRهً موجدات تقدع ضدمن الطٌدؾ الكهرومؽناطٌسدً كمدا موضدح فدً الشكل ()4-14وموقعها بٌن الضدوء المربدً ( )Visible lightوالموجدات الدقٌقدة (،)Microwaves واطوالها الموجٌة تبدا من ( )1μmوإلى ) )200μmوٌمكن تقسٌمها إلى ثالثدة مواقدع حسدب قربهدا ،أو بعدها من الضوء المربً كما موضح فً الشكل (.)6-14 شكل 6-14الطٌف الكهرومغناطٌسً واقسبً االشعة تحت الحمراء فاالشعة القرٌبة تسمى اشعة تحت الحمراء القرٌبة ( ،(Near Infrared –NIRثم المتوسطة البعد ( ،)MID-IRوبعدها االشعة تحت الحمراء البعٌدة ورمزها ( ،)FAR-Infraredواطوالها الموجٌة كما فً الشكل( .)6-14وٌسمى النوعان االشعة المتوسطة والبعٌدة باالشعة الحرارٌة لشعورنا بحرارتها عند التعرض للشمس ،أو النار ،أو المدافا الكهربابٌة ،وعامل طولها الموجً من ()5μm إلى ( .)200μmوا لتً تستخدم فً الطب للتشخٌص والعالج ،أما االشعة تحت الحمراء القرٌبة ،فهً لٌست حارة على االطالق وال نستطٌع االحساس بها وعادة ما تستخدم فً اجهزة التحكم عن بعد( ،)Remote Controlوبما ان العنصر الربٌسً فً الموجات تحت الحمراء هً الحرارة فان اي جسم له درجة حرارة ٌشع موجات تحت الحمراء حتى األجسام الباردة ،مثل مكعبات الثلج فعندما ٌكون الجسم ؼٌر حار بما فٌه الكفاٌة لٌشع االشعة المربٌة فانه ٌشع معظم طاقته على شكل اشعة تحت الحمراء ،وكمثال فان الفحم الحار قد الٌشع ضوءا ولكنه بالتاكٌد ٌشع اشعة تحت الحمراء ،واألجسام البشرٌة تشع أمواج تحت الحمراء بطول موجً ( ،)10μmوبسبب الطاقة التً تحوٌها فانها تستخدم فً الكثٌر من التطبٌقات العلمٌة ،والعملٌة ،وخاصة فً العالج الطبٌعً الزالة االلم والشد العضلً، والمساعدة على شفاء العضالت ،واألمراض الجلدٌة ،وتستخدم اٌضا فً دراسة التركٌب البلوري للمواد وفً المجال ا لعسكري تستخدم االشعة تحت الحمرا ء فً تصوٌب وتوجٌه القذابؾ .والشكل (ٌ )7-14وضح مصابٌح تحت الحمراء متعددة االحجأم ،واالشكال ،والطاقات والمستخدمة فً العالج 140 شكل 7-14مجامٌع من مصابٌح االشعة تحت الحمراء 2-9-14االشعة فوق البنفسجٌة ()Ultra Violet Radiation -UV االشعة فوق بنفسجٌة ( )UVهً موجات كهرومؽنا طٌسٌة بطول موجً اقصر من الضوء، ولكنها اطول من االشعة السٌنٌة ،وعامل مداها من ( )10nmوإلى ،(400nmوعلى الرؼم من عدم استطاعة العٌن البشرٌة رؤٌتها فانها تحمل من الطاقة مما ٌؤدي إلى تلؾ باٌولجً عند اختراقها خالٌا الجلد ،أو ا لعٌن لذلك ٌجب ارتداء النظارات الخاصة عند التعامل معها ،والشكل (ٌ )8-14وضح احد انواع النظارات. شكل 8-14نظارة خاصة لالشعة الفوق بنفسجٌة تقسم االشعة فوق البنفسجٌة إلى ثالث مناطق هً ،المنطقة ( ،)Aاالشعة فوق البنفسجٌة القرٌبة من الضوء ا لمربً وٌرمز لها ( )Near Ultra Violet-NUVوطولها الموجً من ( (315nmوإلى ( ،)380nmوتسبب تكرمش الجلد(التقدم بعمر الجلد) عند التعرض لها لفترة طوٌلة ( .)Agingوالقسم الثانً ( (Bاالشعة فوق البنفسجٌة البعٌدة ( )FUVوعامل طولها الموجً من ( )280nmوإلى ( )315nmالتً تخترق الجلد بصورة ا عمق عند التعرض لها ،لذا ٌكون تاثٌرها الضار أكبر ،والنوعان اعاله موجودان فً اشعة الشمس .أما القسم الثالث ( )Cوالذي ٌولد اصطناعٌا بأستخدام مصابٌح التفرٌػ الكهربابً ،فتسمى االشعة فوق البنفسجٌة المتناهٌة البعد ،وٌرمز لها ()Extreme Ultraviolet-EUV والقرٌبة من االشعة ا لسٌنٌة وطولها الموجً من ( )200nmإلى ( ،)280nmوهً اكثر االنواع طاقة. وتستخدم االشعة فوق البنفسجٌة فً تعقٌم الماء ،والمعدات الطبٌة ،وفً الكثٌر من الصناعات كمعقم ومبٌد للجراثٌم ،فضال عن استخدام ه فً تلوٌن وتقشٌر البشرة ،والحصول على فٌتامٌن ( )Dالمفٌد لمرضى الكساح ،وتستخدم للكشؾ عن النصوص الؽٌر مربٌة ،أو االثار والجروح على جسم االنسان التً ال نراها بأستخدام كأمٌرات االشعة فوق البنفسجٌة ،وهناك مرشحا ت للسٌطرة على الطول الموجً. والشكل (ٌ ) 9-14وضح مرشح حزمة لالطوال الموجٌة من ( )320nmإلى ( .)390nmوالشكل (ٌ )10-14وضح مجامٌع من المصابٌح لالشعة فوق البنفسجٌة ا لمستخدمة للعالج. 141 شكل 9-14مرشح حزمة لالشعة فوق البنفسجٌة شكل 10-14انواع من المصابٌح الفوق بنفسجٌة المستخدمة للعالج 3-9-14جهاز االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجٌة عند استخدام الجها ز ٌجب تؽطٌة جمٌع الخدوش وبقٌة اجزاء الجسم بقطعة قماش مبلله أو قطن، وازلة العدسات الالصقة واالجزاء المعدنٌة ،وتوجٌه االشعة على المنطقة المصابة بصورة عمودٌة. والشكل (ٌ )11-14وضح صورة الحد االجهزة مع الحأمل. شكل 11-14احد اجهزة العالج باالشعة 142 4-9–14الدائرة الكهربائٌة لجهاز االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجٌة الشكل (ٌ )12-14وضح الدابرة الكهربابٌة لجهاز العالج باالشعة تحت الحمراء ،وفوق البنفسجٌة وخطوات التشؽٌل كما ٌلً-: شكل 12-14الدائرة الكهربائٌة لجهاز االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجً -1تجهز القدرة الكهربا بٌة من خالل المفتاح الربٌس( )Sفٌشتؽل مصباح الداللة (.)L1 ٌ -2وضع الموقت ( )Tعلى الزمن المحدد من قبل الطبٌب ،وكذلك نوع االشعة فإذا كانت تحت الحمراء نضع المفتاح ( )1على النقطة ( )2فتشتؽل مصابٌح االشعة االربعة ،ومصباحً الداللة ( L2و .)L4 -3عند اختٌار االشعة فوق البنفسجٌة نضع المفتاح ( (1على النقطة ( (3فٌشتؽل مصباح االشعة فوق البنفسجٌة ومصباح الداللة ( ،)L3وكذلك اثنان من مصابٌح االشعة تحت الحمراء ( IR1و،)IR2ومصباحا الداللة ( L2و .)L4علما بان المصباحٌن (IR1و )IR3مربوطان على التوازي مع المصباحٌن ( IR2و .) IR4 -4المقاومة ( )Rوقٌمتها ( )27kΩالمربوطة على التوازي مع انبوبة االشعة فوق البنفسجٌة توفر فولتٌة ثابتة لالنبوبة وكحماٌة لها. 10–14اىظبهرح اىنهروضىئيخ )(Photoelectric effect الظاهرة الكهروضوبٌة هً احدى الظواهر العدٌدة التً ٌمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة فمن هذه الظاهرة-: -1االنبعاث الحراري -2االنبعاث الثانوي -3االنبعاث الكهربابً - 4االنبعاث الكهروضوبً 143 الظاهرة ا لكهروضوبٌة تحدث عند سقوط اشعاع كهرومؽنا طٌسً على سطح معدن ،فٌنتج عنه تحرٌرالكترونات من سطح ا لمعدن ،ولتفسٌر ما ٌحدث هو ان جزء من طاقة االشعاع الكهرومؽناطٌسً ٌمتصها االلكترون المرتبط با لمعدن ٌتحرر منه ،وٌكتسب طاقة حركٌة .وهذه ا لعملٌة تعتمد على العدٌد من المتؽٌرات وهً-: ا -تردد االشعاع الكهرومؽناطٌسً. ب -شدة االشعاع الكهرومؽناطٌسً. ج -التٌار الكهروضوبً الناتج. د -طاقة حركة االلكترون المتحرر من سطح المعدن. هـ -نوع المعدن. وٌمكن دراسة هذه الظاهرة بوساطة الجهاز المبٌن فً الشكل ()13-14 شكل 13-14الدائرة الكهربائٌة لدراسة الظاهرة الكهروضوئٌة عندما ٌسقط اشعاع كهرومؽناطٌسً احادي اللون على سطح المعدن (اال نود) متصل مع الطرؾ الموجب للبطارٌة ،وموجود داخل وعاء مفرغ من الهواء ،وذلك لمنع تصادم األلكترونات المتحررة بجزٌبات الهواء ،تتحرر األلكترونات من سطح المعدن ،وتتمكن من الوصول إلى اللوح السالب (الكاثود) ،فان تٌارا كهربابٌا ٌمر فً الدا برة وٌمكن قٌاسه من خالل األمٌتر والذي ٌعبر عن شدة التٌار الكهروضوبً المار فً الدابرة ،وكلما ازدادت عدد األلكترونات ا لمتحررة من سطح المعدن كلما كان التٌار الناتج أكبر نالحظ ان: -1طاقة األلكترونات المتحررة من االنود مختلفة. -2القوة الكهربابٌة الناتجة من المجال الكهربابً بٌن الكاثود واال نود تعمل فً عكس اتجاه حركة األلكترونات. -3الطاقة الحركٌة لاللكترونات تكون مسأو ٌة للشؽل المبذول علٌها بواسطة المجال الكهربابً من خالل العالقة اآلتٌة: الطاقة الحركٌة العظمى لاللكترون الضوبً= الفولتٌة × شحنة االلكترون (كولوم) (فولت) (جول) 144 ٌعمل فرق الجهد هذا على اٌقاؾ األلكترونات وٌمكن زٌادته تدرٌجٌا إلى ان ٌصل إلى القٌمة العظمى التً عندها ٌسمى فرق الجهد ا لمطبق بفرق جهد االٌقاؾ أو جهد القطع وهو الجهد الالزم الٌقاؾ اسرع األلكترونات ،أو تلك التً تمتلك اعظم طا قة حركٌة ،وعندها ٌكون التٌار المار فً الدابرة مسأوٌا للصفر .وجد عملٌا: -1ا ن قٌمة جهد االٌقاؾ تعتمد على تردد االشعة الكهرومؽناطٌسٌة فكلما زاد التردد كلما كانت قٌمة جهد االٌقاؾ أكبر. -2قٌمة جهد االٌقاؾ تتؽٌر بتؽٌٌر نوع المعدن. -3قٌمة جهد االٌقاؾ ال تعتمد على شدة االشعة الكهرومؽناطٌسٌة. تجدر االشارة إلى ان ا دنى تردد مطلوب لألنبعاث اال لكترونً من سطح ا لمعدن ٌسمى بالتردد الحرج ) (Threshold Frequencyوال ٌمكن الحصول على تٌار كهروضوبً اال اذا كان تردد االشعة الكهرومؽناطٌسٌة أكبر من التردد الحرج. 11–14االشعة السٌنٌة ))X-Ray هً موجات كهرومؽناطٌسٌة ذات تردد عال جدا (طول موجً قصٌر جدا) لها القابلٌة على اختراق األجسام ،اكتشفها العالم (رونتكن) عام 1895م. هناك طرا بق عدة لتولٌد االشعة السٌنٌة ،ومنها الجهاز الخاص بتولٌدها والمكون من انبوبه زجاجٌة مفرؼة تفرٌؽا عالٌا تحتوي قطبٌن احدهما سالب (كاثود) ،وهو فتٌل تنبعث منه األلكترونات عند تسخٌنه ،واآلخر قطب موجب (أ نود) وهو هدؾ تصطدم به األلكترونات السرٌعة جدا ،وٌكون سطحه مابال بزاوٌة معٌنة على محور القطب السالب كما فً الشكل ( .)14-14ونتٌجة الصطدام األلكترونات بالهدؾ تتولد حرارة عالٌة ،لذا ٌصنع الهدؾ من مادة درجة انصهارها عالٌه جدا مثل (التنكستن) وذا ت عدد ذري كبٌر لزٌادة كفاءة االشعة ا لسٌنٌة ،وقد ٌكون االنود دوارا كوسٌلة خاصة لتبرٌده. االنود الكاثود شكل 14-14انبوبة تولٌد االشعة السنٌة 145 1-11–14تولٌد االشعة السٌنٌة ))X-ray Generation لتولٌد االشعة السٌنٌة تعمل األلكترونات المنبعثة من الفتٌل باستعمال فرق جهد عال جدا بٌن قطبً االنبوبة ،والذي قد ٌصل إلى ) (100kvوعند اصطدأم األلكترونات المعجلة مع ذرات الهدؾ تتباطا تدرٌجٌا لتصل فً النهاٌة إلى سرعة صفر ،وفً كل مرة ٌحدث فٌها تصا دم ٌنتج فوتون بطاقة تساوي الفرق فً طاقة حركة اال لكترون قبل وبعد التصادم ،وتنبعث هذه الطاقة بهٌبة اشعة سٌنٌة .ان معظم الطاقة ا لمتولدة تكون على شكل حرارة ( %99-%98وان )%1-%2تكون اشعة سٌنٌة. ان تولٌد االشعة السٌنٌة ٌعد ظا هرة كهروضوبٌة عكسٌة ،ال نه فً هذه تنبعث فوتونات من مادة معٌنة عندما تصطدم بها الكترونات سرٌعة ،بٌنما فً الظاهرة ا لكهروضوبٌة تنبعث األلكترونات من مادة معٌنة عند اضاءتها بفوتونات ٌكون ترددها مؤثر .وبعد دراسة طٌؾ االشعة ا لسٌنٌة وتحلٌله تبٌن ا ن له طول موجً اقصر من الطول الموجً لالشعة فوق البنفسجٌة ،وهذا ٌعنً ان طاقتها أكبر ولهذا السبب تستطع االشعة السٌنٌة اختراق جسم االنسان ،ولكنها ال تخترق العظم ،ولهذا استخدمت فً تصوٌر العظام ،حٌث ٌوضع فلم حساس لالشعة السٌنٌة خلؾ ساق شخص ما ،وتسلط االشعة السٌنٌة لفترة زمنٌة قصٌرة على الجانب االخر من الساق ،وتظهر صورة واضحة لشكل العظم على الفلم. 2-11–14تطبٌقات االشعة السٌنٌة -1 -2 -3 -4 تستخدم فً تشخٌص الكسور التً قد تصٌب العظام. تستخدم فً فحص المواد المستخدمة فً التصنٌع ،والتاكد من جودتها ،وكذلك فً مراقبة األمتعة فً المطارات. تستخدم فً االبحاث العلمٌة لدراسة التركٌب البلوري للمواد ،ولمعرفة المواد الدا خلة فً تركٌب مادة مجهولة. تستخدم فً العالج من األمراض السرطانٌة التً تصٌب االنسان. 12-14الموجات فوق الصوتٌة ) (Ultrasonic Waves ا لصوت هو سلسلة من التضاؼطات والتخلخالت تنتقل فً األوساط المادٌة التً تصل االذن وتتحسس بها .ان عدد الذبذبات التً تتحسسها االذن البشرٌة فً الثانٌة الواحدة تتراوج بٌن (20Hz- ) ،20KHzأما الموجات فوق الصوتٌة فهً موجات مما ثلة بطبٌعتها لموجات الصوت وقصٌرة الطول ا لموجً وٌزٌد ترددها عن ،20KHzوال تستطٌع االذن البشرٌة سماعها ،بٌنما ٌمكن سماعها من قبل بعض الحٌوانات مثل (الكالب ،والخٌول ،والطٌور وؼٌرها ) ،وهً تنتقل بسرعة الصوت فً تلك األوساط المادٌة. 1–12-14تولٌد الموجات فوق الصوتٌة ممكن الحصول على الموجات فوق الصوتٌة من اهتزاز أجسام ذات ابعاد مناسبة ٌكون ترددها أكبر من ،20kHzوذلك بطرابق تقنٌة خاصة (بواسطة االهتزازات المرنة لبلورة الكوارتز التً تتجأوب مع اهتزازات المجال الكهربابً المتناوب بتردد ٌزٌد عن ) (20kHzوهً حالة رنٌن. والموجات فوق ا لصوتٌة تنتشر بحزم ضٌقة ٌمكن توجٌهها فً اتجاها ت معٌنة وتركٌز طاقتها فً تلك الحزمة ،وبذلك تكون شدتها عالٌه .شكل (ٌ )15-14وضح دابرة ا لكترونٌة لتولٌد الموجات فوق الصوتٌة باستخدام ( مذبذب بلورة الكوارتز) ،حٌث ٌقوم الترانزستور ( )Q1من البلورة بتولٌد فولتٌة يزُبٔثخعلى طرفً البلورة ف ٌتؽٌر تركٌبها وتولد الموجات فوق الصوتٌة ،وٌعمل الترانزستور()Q2على تكبٌر الموجات وتحتوي الدابرة على مقاومات األنحٌاز ،ومتسعات الربط واالمرار. 146 شكل ٌ 15-14وضح دائرة الكترونٌة لتولٌد الموجات فوق الصوتٌة 2–12-14التطبٌقات العملٌة للموجات فوق الصوتٌة .1 .2 .3 .4 .5 .6 تستعمل الموجات فوق الصوتٌة فً العالج الطبٌعً. تستعمل فً العالج لتدمٌر الخالٌا السرطا نٌة وتحطٌم الحصى فً الكلى. ٌستعمل للكشؾ عن وضع الجنٌن داخل الرحم ،وفً تشخٌص أمراض القلب. ٌستعمل فً التعقٌم ،والتفتٌت ،والصقل. الكشؾ عن مواضع الصدوع ،والشقوق ،والفقاعات فً المعادن. تستعمل فً حساب اعماق البحار. 13 -14اللٌزر تمثل كلمة (لٌزر )LASERاالحرؾ األولى للعبارة: ) )Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiationوالتً تعنً (تضخٌم الضوء بوساطة االنبعاث المحفز لالشعاع) .ان االطوال الموجبة الشعاع اللٌزر التً ٌمكن الحصول علٌها تعتمد على طرٌقة عمل ا للٌزر من حٌث االساس ،وتمتد من طٌؾ االشعة تحت الحمراء مرورا بطٌؾ الضوء المربً حتى االشعة السٌنٌة لالشعاع الكهرومؽناطٌسً. 1-13-14خصائص اشعة اللٌزر ) (Properties of laser light ٌختلؾ شعاع اللٌزرعن الضوء االعتٌادي ،واهم االختالفات بٌنهما هً :التشاكه واالتجاهٌة واحادٌة اللون. .1التماسك ))Coherence ٌكون الضوء االعتٌادي الصادر من مصباح ؼٌر متما سك وٌكون محتوٌا على عدد من االطوال الموجبة المنبعثة إلى مختلؾ االتجاهات وال تتوافق هذه األمواج مع بعضها فً الطور اطالقا .أما شعاع ا للٌزر فهو شعاع متشاكه ،وبطول موجً واحد وثابت ،وتنبعث أمواجه جمٌعها باتجاه واحد. .2االتجاهٌة ))Directionality ٌسٌر اللٌزر مسافات كبٌرة بحزمة ذات انفراجٌة قلٌلة دون ان ٌنتشر أو ٌتالشى ،ولذلك فان كمٌة الطاقة ا لمفقودة تكون قلٌلة جدا ،وهذا ما جعل شعاع اللٌزر شعاعا ذا طاقة عالٌة. 147 -3أحادٌة اللون ))Mono Chromaticity تعنً احادٌة اللون ان جمٌع الفوتونات المنبعثة لها نفس التردد (اللون) ،فالضوء الصادر من جسم ساخن أو مصبا ح ٌحتوي على جمٌع االطوال الموجبة ،ولمدى واسع جدا من الطٌؾ الضوبً .أما فً اللٌزر فتكون طاقته مركزة فً مدى ضٌق جدا من االطوال الموجٌة ،وؼالبا ما ٌكون طوال موجٌا ً واحداً فقط. 2-13-14اسس عمل اللٌزر ) )Principles of Laser Action أ -األمتصاص واألنبعاث ))Absorption and Emission نعلم ان األلكترونات تحتل مستوٌات طاقة محددة فً ا لذرة ،وهذه تسمى بالمدارات ،وال ٌمكن لنا ان نجد الكترونات الذرة فً اي مكان اخر ؼٌر هذه المدارات ،اي بمعنى اخر الٌمكن لاللكترونات الحصول على طاقة ؼٌر تلك المحددة فً المدارات .وٌسمى المستوى الذي ٌمتلك اقل طاقة بمستوى االرض وان اي مستوى اخر فوقه ٌسمى (مستوى التهٌج) .فإذا تؽٌرت طاقة ذرة فهذا ٌعنً ان الكترونا أو اكثر قد انتقل من مستوى إلى اخر ،فعندما تمتص ذرة أو جزٌبة كمٌة من الطاقة تنتقل األلكترونات من مستوٌاتها إلى مستوى ا على ،ثم ؼالبا ما تعود حاال إلى مستوٌاتها االصلٌة فاقدة الطاقة التً أمتصتها على شكل فوتونات ،وطاقة الفوتون تساوي فرق الطاقة بٌن ا لمستوٌٌن .فمثال تنتقل ا لذرة من مستوى الطاقة ) (E1إلى مستوى الطاقة ) (E2عند أمتصاصها فوتون ذي طاقة =(E ) hfحٌث: -34 :hثابت بالنك= ( )6.63 X 10جول.ثا ) :(fالتردد .بحٌث ان: 𝐸 ℎ𝑓 = 𝐸 − )..............(3-14 ف ٌكون تردد هذا الفوتون هو: =𝒇 )..............(4-14 كما موضح فً الشكل (.)16 -14 شكل 16-14توضٌح للمعادلة ()4-14 148 أنبعاث الفوتون نتٌجة ألنتقال اال لكترون من مستوى طاقة عالً إلى مستوى طاقة أوطا تلقابٌا ٌسمى باالنبعاث التلقابً ) .(Spontaneous Emissionوال تنتقل األلكترونات فً مجموعة من الذرات فً هذا النوع من األنتقال بوقت واحد ،وذلك على الرؼم من كون طاقة الفوتونات ا لمنبعثة وطول موجتها متساوٌٌن ،فاالشعة المنبعثة ال تكون بطور واحد ،أي ٌكون الضوء الناتج ؼٌر متشاكه كما فً الشكل (.)17 -14 شكل 17-14االنبعاث التلقائً ب -االنبعاث المحفز ( )Stimulated Emission ٌمكن ألٌة مادة ا ن تكون وسطا مناسبا النبعاث أشعة اللٌزر اذا ما أحتوت على عدد من الذرات أو الجزٌبات فً مستوٌات طاقة ا على من مستوى االستقرار (السكون) .وٌمكن ان ٌكون الوسط ؼازا أو سابال أو صلبا ،أما الطاقة فتضخ إلى ا لوسط بطرٌقة كهربابٌة ،أو ضوبٌة ،أو كٌمٌأوٌة ،وهذه الطاقة تنقل الكترونات معظم ذرات الوسط إلى مستوى طاقة ا على من تلك التً هً فٌها ،لترجع بعد فترة قصٌرة جدا إلى حالتها األولى ومستوٌاتها السابقة تلقابٌا ،باعثا الطاقة التً أمتصتها على شكل فوتونات ،وهذا ما ٌسمى باألنبعاث التلقابً ،هناك احتمال لحصول نوع اخر من االنبعاث .اذ ٌحفز احد الفوتونات المنطلقة نتٌجة االنبعاث التلقابً الكترونا بمستوى طاقة علوي للرجوع إلى مستوى أوطا ،باعثا بذلك فوتونا جدٌدا ٌشبه الفوتون المحفز من حٌث التردد والطول الموجً ،والطور ،والسعة وكذلك االتجاه، وهذه ا لعملٌة تسمى (باألنبعاث ا لمحفز) وٌمكن لكل فوتون ان ٌحفز ذرة الطال ق فوتون جدٌد كما موضح فً الشكل (.)18-14 شكل 18-13االنبعاث المحفز تعكس الفوتونات المنبعثة بهذه الطرٌقة إلى الخلؾ وإلى األمام باستخدام مراتٌن عدة مرات لتحفٌز عدد أكبر من الذرات الطالق فوتونات جدٌدة ،تكون احدى المراتٌن عاكسة جربٌا لتتٌح لجزء من االشعاع الخروج منها ،وهذا الجزء هو الذي ٌمثل شعاع اللٌزر الصادر من الجهاز .وٌمكن لشعاع اللٌزر ان ٌوجه ،أو ٌركز بأستخدام المراٌا والعدسات وؼٌرها من االجهزة البصرٌة. 149 3-13--14استعماالت اللٌزر .1 .2 .3 .4 .5 .6 تستعمل اللٌزرات ذات القدرة العالٌة فً لحم الصفابح والقطع المعدنٌة. تستعمل فً االقراص المدمجة وفً صناعة األلكترونات واالتصاالت. تستعمل فً قٌاس المسافات بدقة خاصة ابعاد األجسام الفضابٌة. وهناك عدة أستخدامات أساسٌة إلشعة اللٌزر فً الطب وهً: ا -تستخدم فً الجراحة كأداة قطع. ب -تجمٌل الجلد ،وعالج بعض أمراضه كاألورام الخبٌثة. ج -عالج بعض أمراض العٌون. د -طب االذن واالنؾ والحنجرة. هـ -فً معالجة بعض أمراض االسنان. تستخدم فً قطع الما س وتحسٌن شكله. فً ا لتوجٌه وتحدٌد كاالستقامة. 150 اسئلة الفصل الرابع عشر -1عرؾ كال مما ٌأتً: الموجه الكهرومؽناطٌسٌة -الظاهرة الكهروضوبٌة -الموجات فوق الصوتٌة -االنبعاث التلقابً- االنبعاث المحفز. -2عدد كال مما ٌاتً-: أ -الصفات االساسٌة للموجة .ب -خواص الموجات الكهرومؽناطٌسٌة .ج -طٌؾ الموجات الكهرومؽناطٌسٌة. - 3فً اي طٌؾ من االشعة توجد كل من االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجٌة؟ وما هً مواصفات هذا الطٌؾ؟ -4كٌؾ تتولد كل من االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجٌة؟ - 5عدد فوابد واستخدام كل من النوعٌن من االشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجٌة. - 6لماذا نضع النظارات عند أستخدام األشعة فوق البنفسجٌة؟ - 7ما فابدة المقاومة المربوطة على التوازي مع انبوبة االشعة فوق البنفسجٌة؟ - 8كٌؾ تتولد الموجات فوق الصوتٌة؟ - 9عدد تطبٌقات الموجات فوق الصوتٌة ،واألشعة السٌنٌة. - 10كٌؾ ٌتم تولٌد االشعة السٌنٌة؟ - 11قارن بٌن اشعة الضوء االعتٌادي ،واشعة اللٌزر من حٌث االطوال الموجٌة ،التشاكه ،االتجاه، الشدة. – 12عدد أستعماالت أشعة اللٌزر. 151 اىفظو اىخبٍس ػشر مبادئ الحاسبة االلكترونٌة االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل الى تعرٌؾ الطالب بالحاسبة اال لكترونٌة وملحقاتها. االهداف الخاصة :بعد اكمال هذا ا لفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على أن-: -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 ٌفهم االنظمة الرقمٌة بانواعها. ٌدرك عملٌات الجمع والطرح لالعداد الثنابٌة. ٌتعلم ٌالتحوٌل من النظام الثنابً إلى النظام العشري وبالعكس ،ومن السداسً عشر إلى الثنابً وبالعكس. ٌعرؾ انواع البوابات المنطقٌة ،جداول الحقٌقة. ٌتعلم مصطلحات الحاسبة االلكترونٌة. ٌرسم مخطط وحدات الحا سبة ووظٌفة كل وحدة. ٌفهم انواع الذاكرات. ٌفهم عملٌة الكتابة والقراءة بٌن الذاكرة وسجالت وحدة المعالجة المركزٌة. ٌعرؾ انواع وسابط التخزٌن. ٌتعلم الوحدات الملحقة بالحاسبة االلكترونٌة. 152 الفصل الخامس عشر مبادئ الحاسبة االلكترونٌة 1-15االعداد (االرقام) واالنظمة العددٌة لقددد اسددتعمل االنسدا ن منددذ قدددٌم الزمدان اصدابعه وا لحصددى فددً تمثٌددل االعددداد ،واجددراء العملٌدات الحسابٌة البسٌطة النجاز متطلبات حٌاته الٌومٌة .مدن المؤكدد ان االنسدان القددٌم أسدتؽرق بعدض الوقدت قبددل ان ٌددتعلم عملٌددة العددد ،أم دا اال ن فقددد تعقدددت اسددتخدام االعددداد وبشددكل لددم ٌسددتطع االنس دان االكتف داء باص دابع ٌدٌدده ،بددل تعدددى ذلددك إلددى اسددتخدام المع دادالت الرٌاضددٌة ذات االرقددام الهابلددة ،أو الحاسددبات االلكترونٌة ذات السعات ا لكبٌرة لٌلبً متطلبات عمله. عندما نسمع باالعداد ٌتبادر إلدى الدذهن النظدام العدددي العشدري الشدابع األسدتخدام ،والمتكدون مدن عشرة ارقام وهً ( ،)0,1,2,3,4,5,6,7,8,9وقد أعتمد اساس هذا النظام على وجود عشرة اصابع فً ٌدي االنسان ،والتً أ ستخدمت للعد ،واساس هذا النظام هو عشرة. ومن النظام العشري أشتقت عدة أنظمة لألعداد تستخدم فً مجاالت مختلفدة ،وسدنأتً علدى أسدتخدامات بعضها فً الفقرات القادمة وهً-: -1النظام الثنا بً وٌتكون من االرقام 1,0 -2النظام الثما نً وٌتكون من االرقام 7,6,5,4,3,2,1,0 -3النظام السا دس عشر وٌتكون من االرقام F,E,D,C,B,A,9………,0 1-1-15النظام العشري ()Decimal System إن أعددداد النظددام ا لعشددري تتكددون مددن عشددرة ارقددام ،أو رمددوز مددن الصددفر إلددى التسددعة )،(9-0 وٌطلق على هذا النظام نظام االساس عشرة; ال نه ٌعتمد على عشرة ارقام فً تكوٌنه. وٌمكن تمثٌل العدد العشري بداللة القوى ،10فالعدد 10هدو تمامدا ،101والعددد 100هدو(،)1010 أو 102والعدد 1000هو ( ،)101010أو ،103والجدول )ٌ (1-15وضح طرٌقدة تمثٌدل االعدداد العشرٌة. جدول 1-15تمثٌل االعداد العشرٌة المرتبة اح اد عشرات مبات الوؾ الوزن 100 101 102 103 القٌمة 1 10 100 1000 153 نالحظ من الجدول ) (1-15ا ن وزن كل مرتبة هو عشرة اضعاؾ المرتبدة التدً تلٌهدا ،فالعددد 325 ٌتكون مدن الدرقم 5ا لدذي نجدده فدً حقدل االحداد ،والدرقم 2نجدده فدً حقدل العشدرات; اي ان قٌمتده 20 والرقم 3نجده فً حقل المبات; اي ان قٌمته ،300واذا جمعنا االرقام الناتجة فستساوي العدد .325 مثال) :(1-15مثل العدد 401بداللة القوى 10؟ 401 1001=1 1010=0 1024=400 401 مثال ) :(2-15مثل العدد ( )549.217بداللة القوى 10؟ لتمثٌل االعداد ا لتً تحتوي على فارزة ،تضرب االرقام إلدى ٌسدار الفدارزة بقدوى العشدرة ،أمدا االرقدام التً على ٌمٌن الفارزة ،فتقسم على قوى العشرة ،ثم نجمع النواتج وكما ٌلً: 9100 =9 4101=40 5102=500 210-1=0.2 110-2=0.01 710-3=0.007 المجموع 549.217 2-1-15النظام الثنائً ()Binary System وهو ابسط انواع االنظمة ا لعددٌة حٌث تتكون اعداده من رقمٌن أو رمزٌن هما ) ،(1,0لذلك فهو ٌتخذ الرقم 2كاساس له .وٌمكن استخراج االعداد الثنابٌة من االعداد العشرٌة ،وذلك بحذؾ كل االعداد العشرٌة ا لتً تحتوي على رقما قٌمته أكبر من واحد من تسلسل االعداد العشرٌة اآلتٌة: 99…….12,11,10,9……….,3,2,1,0 999……..112,111,110,109……., 102,101,100 ……….1001-1000الخ 154 وبعد حذؾ االعداد العشرٌة ا لتً تحتوي على رقما أكبر من 1نحصل على االعداد الثنابٌة اآلتٌة-: ………..1001,1000,101,100,11,10,1,0الخ من ذلدك ٌمكدن اسدتخراج الجددول ) (2-15ا لدذي ٌعطدً بعدض االعدداد الثنا بٌدة ومدا ٌقابلهدا مدن االعدداد العشرٌة المكافبة ،أو ٌجدر االشارة هنا إلى ان االعداد الثنابٌة تقرا من الٌسار إلى الٌمٌن ،فالعددد 100 ٌقرا (واحد ،صفر ،صفر) جدول 2-15بعض االعداد وما ٌكافئها من االعداد الثنائٌة العدد العشري العدد الثنابً 0 0 1 1 2 10 3 11 4 100 5 101 6 110 7 111 8 1000 9 1001 والن اساس االعداد الثنابٌة إلى عشرٌة من خدالل اسدتخدام جددول ) (3-15ا لدذي ٌبدٌن وزن كدل مرتبدة فً النظام الثناب ً هو ضعؾ وزن المرتبة التً قبلها ،فً حٌن ا ن كل مرتبة فدً النظدام ا لعشدري تكدون أكبر بعشر مرات من وزن الرتبة التً قبلها. جدول 3-15تمثٌل االعداد الثنائٌة المرتبة االحاد االثنٌن ات االربع ات الثمانٌات الستة عشر الوزن 20 21 22 23 24 القٌمة 1 2 4 8 16 155 مثال) :(3-15حول العدد الثنابً 101001إلى مكافبه العشري؟ 2 23 22 21 20 0 1 0 0 1 4 5 2 1 120=1 021=0 022=0 123=8 024=0 125=32 41 مثال ):(4-15حول العدد الثنابً 100.001إلى مكافبه العشري؟ 2-3 1 2-2 0 2 -1 0 20 0 21 0 2 2 1 12-3=0.125 02-2=0 02-1=0 020=0 021=0 122=4 4.125 2-15تحوٌل االعداد العشرٌة إلى ثنائٌة )(Decimal to binary Conversion لتحوٌل اي عدد عشري إلى مكافبه من االعداد الثنا بٌة تتبع مجموعة من الخطوات ،فلتحوٌل العدد( )121مثال نقوم باالتً: ٌمكن تحوٌل االعداد العشرٌة إلى اعداد ثنابٌة بقسمة العدد العشري على اساس النظام المحول الٌه ،وهو االساس 2واالحتفاظ بباقً القسمة ،وباجراء عملٌات القسمة المتتالٌة على االساس 2إلى ان ٌبقى ناتج القسمة صفر-: 156 الباقً 1 121÷2=60 0 60÷2=30 0 30÷2=15 1 15÷2=7 1 7÷2=3 1 3÷2=1 1 1÷2=0 11110012 ثم نقرا النتٌجة من االسفل إلى االعلى: (ثنابً) ( 12110=11110012عشري) مثال )(5-15 حول العدد العشري 4.125إلى مكافبه من العدد الثنابً. لتحوٌل العدد العشري الذي ٌحتوي على فارزة نتبع ماٌاتً: أ ٌ -عامل الجزء الصحٌح من العدد العشري اعاله وهو 4بالقسمة المتكررة وكما فً المثال السابق. ة -لتحوٌل الجزء الكسري من العدد العشري اعاله وهو ) (0.125فنضرب الجزء الكسري فً .2والعدد الصحٌح الناتج من حا صل ضرب ٌوضع على ٌمٌن الفارزة لتكوٌن العدد الثنابً. وٌنهى الضرب عندما ٌصل حاصل الضرب إلى ( )100وكما ٌاتً: 4÷2=2 0 1 0 0 0 0 1 0 2÷2=1 1 1÷2=0 =4 0.1252=0.25 0.252=0.50 0.502=1.00 0.125 وبدمج ا لقٌمتٌن نحصل على: (ثنابً) ( 4.125=100.001عشري) 157 3-15الجمع والطرح فً االعداد الثنائٌة Binary addition and subtraction ان اجراء العملٌات الحسابٌة لالعداد الثنابٌة هً اسهل مما علٌه فً االعداد العشرٌة ،وذلك الحتوابها على رقمٌن فقط هما ( ،)0,1وهناك اربع قواعد اساسٌة لجمع االعداد الثنابٌة وهً: ٔ 0=1+1انجبق1 ٙ 1=0+1 1=1+0 0=0+0 أيب قٕاعذ طشػ االعذاد انضُبئٛخ فٓ ٙاسثع اٚضب ٔكبٜر:ٙ 0 = 1- 1 1 = 0- 1 ٔ 1=1-0يطهٕة 1 0 = 0- 0 مثال)(6-15 اعًع انعذد انضُبئ 101 ٙإنٗ 110؟ انغًع انعشش٘ انغًع انضُب ئٙ انعًٕد األٔل1=0+1: 101 5 انعًٕد انضبَ1=1+0:ٙ 110+ 6+ انعًٕد انضبنش10=1+1: 11 1011 وللتاكد من القٌمة نجد المكافا العشري للعدد الثنابً -:1011 1011=(123)+(022)+(121)+)120(=11 158 مثال )(7-15 اطشػ انعذد انضُبئ 101 ٙيٍ 111؟ انعذد انعشش٘ انعًٕد األٔل0=1-1: انعذد انضُب ئٙ انعًٕد انضبَ1=0-1:ٙ 111 7 انعًٕد انضبنش0=1-1: 101- 52 010 ٔنهزبكذ يٍ ا نُزٛغخ َغذ يكبفئ انعشش٘ نهعذد انضُبئ:010 ٙ )010= (022(+(121)+(020 + 0 + 2 = 0 2 = مثال)(8-15 اطشػ انعذد انضُبئ 1010 ٙيٍ 1101؟ انعذد انضُب ئٙ انعًٕد األٔل1=0-1: انعًٕد انضبَٔ 1=1-0:ٙانًطهٕة 1 0 انعًٕد انضبنشٔ 1=0-1:انًطهٕة 1 انعًٕد انشاثع0=1-1: 1101 13 1010- 10- 0011 03 ٔنهزبكذ يٍ انُزٛغخ َغذ انًكبفئ انعشش٘ نهعذد انضُبئ0011 ٙ (0011=)023)+)022(+)121(+)120 1 + 2 + 0 + = 0 =3 159 انعذد انعشش٘ 4-15النظام العددي الثمانً Octal number system ٌتكددون النظددام الثمدانً مددن ثما نٌددة رمددوز وهددً ( ) 7,6,5,4,3,2,1,0ولتحدٌددد االرقددام و االعددداد الثما نٌة تستخدم نفس الطرٌقة التً اتبعناها الستخراج االعداد الثنابٌة من العشرٌة ،ا ي نشطب كل رقدم أو عدددد ٌحتددوي علددى رقددم أكبددر مددن 8( 7أو ،)9ونسددتنتج مددن ذلددك بدان االعددداد الثمانٌددة ال ٌمكددن ان تحتوي على اي من الرقمٌن 8أو ٌ .9ستخدم النظام الثما نً فكرة وزن أو قوى العدد 8مثلما وجددناها فً النظام الثنابً تساوي ،2والنظام والعشري تساوي ،10والجددول )ٌ (4-15وضدح لندا قٌمدة أوزان بعض االعداد الثمانٌة. جدول 4-15قٌمة األوزان لبعض االعداد الثمانٌة الوزن 80 81 82 83 84 القٌمة 1 8 64 512 4096 5-15االعداد الستة عشر ()Hexadecimal Number ٌستخدم النظام العددي السداسً عشر االساس ( ،)16وٌحتوي هذا النظام على ستة عشر رمزا أو رقما وهً-: )(F,E,D,C,B,A,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0 وٌعبر الحرؾ ( Aعن ) العدد ،10والحرؾ ( ) Bعن العدد ،11والحرؾ ( ) Cعن العدد ،12 والحرؾ Dعن العدد ،13والحرؾ Eعن العدد 14والحرؾ Fعن العدد .15وتكون أوزان هذا النظام هً( .........164 ،163 ،162،161 ،160الخ ) مثال ) (9-15حول العدد العشري 74إلى عدد سداسً عشر؟ الباقً 10 74÷16=4 4 4÷16=0 (74)10(= 4A)16 (الن الحرؾ ٌ Aعبر عن )10 160 مثال( ) 10-15حول العدد العشري 125إلى عدد سداسً عشر؟ الباقً 125÷16=7 13 7 7÷16=0 11610= (7D)16 (الن الحرؾ ٌ Dعبر عن الرقم )13 واألمثلة اآلتٌة تمثل االعداد بالنظام السادس عشر: (D3B)16 , (2B6)16 , (47-FE)16 مثال )(11-15 حول العدد السداسً عشر (3B9)16إلى عدد ثنابً. الحل: لحل المثال اعاله نجد مكافا كل االرقام ا لمكونة للعدد السادسً عشر اعاله وكما ٌاتً: 3=0011 , B=1011 , 9=1001 (3B9)16 = (1110111001) 2 مثال) (12-15حول العدد السداسً عشر (40CF)16إلى مكافبه الثنابً؟ الحل: 4=0100 , 0=0000 , C=1100 , F=1111 (40CF)16 = (100000011001111) 2 6-15منطق بولٌن (جبر بولٌن) Boolean Logic ان علم الجبر ا لبولٌنً ٌختلؾ عن علم الجبر االعتٌادي ،حٌث ٌتعامل مع متؽٌرات تاخذ حالتٌن فقط هما( ،نعم أو ال ،خطا أو صواب) ،وبما ان االرقام فً النظام الثنابً ال تاخذ نجد حالتٌن هما ) ،(0,1فٌمكننا التعبٌر عن حالتً الخطا والصواب بالرقمٌن 1و 0صواب ( )1خطا (.)0 161 7-15العملٌات االسا سٌة للجبر البولٌنً ان العملٌات االساسٌة فً الجبر االعتٌادي هً الجمع والطرح والضرب والقسمة والرفع ،أما فً الجبر البولٌنً فان هذه العالقة معرفة كما ٌاتً-: OR -1عالقة أو AND و -2عالقة نفً (ال) NOT -3عالقة 8-15البوابات المنطقٌة )(Logic Gates ان البوابات المنطقٌة ) (logic gatesتمثل وحدة البناء االساسٌة فً جمٌع االنظمة الرقمٌة، والنها تستخدم االعداد الثنابٌة فهً تسمى (البوابات المنطقٌة الثنابٌة) ،وهناك جهدان مستخدمان فً البوابات المنطقٌة; أما ان ٌكون جهد عالٌا ) ،(highوٌرمز له بالرقم الثنابً ) ،(1أو جهد واطا ) ،(lowوٌرمز له بالرقم الثنابً ) .(0المبدا االساس لجمٌع البوابات ا لمنطقٌة هو وجود مدخلٌن منفصلٌن) (A,Bأو ا كثر مع وجود خارج )(Yفقط .والشكل )ٌ (1-15مثل شكال توضٌحٌا لدابرة البوابات. شكل 1-15شكل توضٌحً لبوابة منطقٌة 1-8-15بوابة االضافة )(AND- Gate فددً بوابددة االض دافة ال نحصددل علددى خ دارج ) (outputم دا لم ٌكددن جمٌددع دواخددل البوابددة )(input تساوي ( .)1والرسدم التوضدٌحً فدً الشدكل )ٌ (2-15وضدح لندا فكدرة بوابدة اضدافة حٌدث نالحدظ بدان المصباح ٌضًء فً حالة واحدة ،وهً ؼلق المفتاحٌن ،وٌرمز لبوابة االضافة بالشكل ( )3-15فلو كان احد المدخلٌن) (Aأو ) (Bأو كالهما ذو فولتٌة منخفضة اي ( )0فان قٌمدة الخدارج سدتكون ( )0اٌضدا، وان قٌمة الخارج تكون ( )1فً حالة كال المدخلٌن مسأوي ،أو كما موضحة فً جدول الحقدابق لبوابدة االضافة جدول).(5-15 شكل 2-15بوابة االضافة باستخدام المفاتٌح 162 ٌستخدم التعبٌر (الجبر) البولٌنً ) (Boolean Expressionكوسٌلة لتوضٌح ما ٌحدث فً الدابرة المنطقٌة كما ٌلً-: شكل 3-15رمز بوابة االضافة جدول 5-15حقائق لبوابة االضافة الداخل الخارج Y B A 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 وٌمكن ا لتعبٌر عن عمل بوابة االضافة رٌاضٌا بالعالقة اآلتٌةY=A.B : فعندما ٌكون كال المدخلٌن ( )1فان الخارج ٌساويY=1.1=1 -: أما اذا كان كال المدخلٌن أو احدهما ( )0فان الخارج ٌساوي (Y=0.1=0 :)0 وٌمكن تمثٌل بوابة االضافة باستخدام الثنابٌات ،كما فً الشكل ) ،(4-15حٌث هناك اربع حاالت لهذه البوابة ،ثالث من هذه الحاالت ٌكون الخارج فٌها ٌساوي ( )0عندما ٌكون احد الداخلٌن ،أو كالهما ذا فولتٌة واطبة ( .)0أما الحالة الرابعة والتً ٌكون فٌها الخارج ( )1عندما ٌكون كال المدخلٌن ذا فولتٌة عالٌة (.)1 شكل 4-15بوابة االضافة باستخدام الثنائٌات 163 وٌمكن ان ٌكون لبوابة االضافة ا كثر من مدخلٌن ،والشكل )ٌ (5-15وضح بوابة االضافة ذات ثالثةمداخل باستخدام الثنابٌات ،والشكل )ٌ (6-15مثل رمز المنطقً لبوابة االضافة ذات الثالثة مداخل ،والشكل )ٌ (5-15وضح بوابة االضافة ذات ثالثة مداخل ،وعمل هذه الدابرة موضح فً جدول الحقابق ).(6-15 شكل 5-15بوابة االضافة ذات ثالثة مد اخل باستخدام الثنائٌات شكل 6-15ال رمز المنطقً لبوابة االضافة ذات ثالثة مداخل جدول 6-15جدول حقائق لبوابة اضافة ذات ثالثة مداخل Y C B A 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 164 نالحظ من جدول الحقابق لبوابة االضافة ذات الثالثدة مدداخل با نده ٌحتدوي علدى ثمدانً حداالت مختلفدة، حٌث تتحدد عدد الحاالت لبوابة االضافة من المعادلة اآلتٌة: )Y=2n………………..(1 عندما ) (Yتمثل عدد حاالت الخارج ،و ( ) nتمثل عدد دواخدل البوابدة ،وال ن عددد الددواخل فدً الشدكل ) (8-15كان ثالثة دواخل فان عدد حاالت الخارج كانت 8حسب المعادلة-: Y=2n=23=8 وبذلك ستكون عدد حاالت الخارج تساوي ( )16عندما تكون عدد دواخل بوابة االضافة تساوي (.)4 9-15بوابة االختٌار )(OR-Gate ٌوضح الرسم التخطٌطً) (7-15فكرة بوابة االختٌار فالمصباح الٌضا فً حالة ؼلق اي من المفتاحٌن Aأو Bوكالهما. شكل 7-15الفكرة العملٌة لبوابة االختٌار أما رمز بوابة االختٌا ر فهو موضح فً الشكل ) (8-15مع جدول الحقٌقة ) (7-15لبوابة االختٌار ذات مدخلٌن. شكل 8-15الرمز المنطقً لبوابة االختٌار التعبٌر البولٌنً لبوابة – ORهو Y=A+B 165 جدول 7-15جدول الحقٌقة لبوابة االختٌار ذات المدخلٌن الداخل الخارج Y B A 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 وقد تحتوي بوابدة االختٌدار علدى اكثدر مدن داخلدٌن ،والشدكل (ٌ ) 9-15وجدد بوابدة االختٌدار ذات ثالثدة دواخل باستخدام الثنابٌات. شكل 9-15بوابة االختٌار ذات ثالثة مداخل 166 مثال ()14-15 ارسم الرمز المنطقً والفكرة العملٌة لبوابة االختٌار ذات المداخل الثالث مع جدول الحقٌقة لها؟ جدول الحقٌقة لبوابة االختٌار ذات ثالثة دواخل المدخالت الخارج Y C B A 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 أما التعبٌر البولٌنً لبوابة ) (ORذات الثالثة مداخل هو: Y=A+B+C 10-15بوابة النفً )(NOT-Gate وهً البوابة االساسٌة الثالثة من البوابات ا لمنطقٌة وتسمى بالبوابة العاكسة ( ،)invertorوتتمٌز بوابة النفً عن سواها من البوابات بوجود دخل وخرج واحدد فقدط ،وتكدون قٌمدة الخدارج دابمدا عكدس قٌمددة الددداخل ،فددإذا ك دان الددداخل ( )0ف دان الخ دارج سددٌكون ( ،)1والعكددس صددحٌح ،والشددكل ()10-15 ٌوضح الرمز المنطقً لبوابة النفً .أما التعبٌر البولٌنً لهذه البوابة فهو-: Y=Ā شكل 10-15الرمز المنطقً لبوابة النفً وهن دا نسددتخدم الرمددز ( ) Āللتعبٌددر عددن عكددس قٌمددة ( .) Aوالجدددول (ٌ ) 8-15وضددح جدددول الحق دابق لبوابة النفً ،والذي ٌشمل حالتٌن فقط. 167 جدول 8-15جدول الحقائق لبوابة النفً الخارج الداخل Y A 1 0 0 1 وٌمكن تحقٌق بوابة النفً باستخدام الترانزستور المربوط مع مقاومتٌن ،وكما مبٌن فً الشكل (11- )15فعند توصٌل القا عدة بفولتٌة واطبة إلى جهد منطقً قٌمته ( )0فسٌكون تٌار القاعدة صفرا ،مما ٌجعل الترا نزستور فً حالة اطفاء ( ،)OFFوٌصبح تٌار الجامع عملٌا ٌساوي صفر ،وبذلك ستكون فولتٌة االخراج عالٌة ،والتعبٌر المنطقً لها ( .)1أما اذا كان جهد القاعدة عالً اي جهد منطقً ()1 فان الترا نزستور سٌكون فً حالة اشتؽال ( ،)ONوبذلك ستكون قٌمة الفولتٌة الخارجة Vccصؽٌرة جدا وبالتعبٌر المنطقً تساوي (.)0 شكل 11-15بوابة النفً باستخدام الترانزستور 11-15بوابة نفً االضافة (NAND-Gate ان بوابة نفً االضافة هً فً االساس بوابة اضافة تتبعها بوابة النفً ،أو بوابة العاكس ،كما فً الرسم التوضٌحً (.)12-15 شكل 12-15بوابة نفً اضافة 168 وهناك رمز منطقً ٌعبر عن بوابة نفً االضافة ،والموضح فً الشكل ) (13-15حٌث نالحدظ ان رمز بوابة االضافة عبارة عن رمز بوابة االضدافة مضدافة الٌهدا فقاعدة أو دا بدرة صدؽٌرة عندد الخدرج، وتعطً الدابرة ا لصؽٌرة وسٌلة بسٌطة لتمثل بوابة النفً. شكل 13-15الرمز المنطقً لبوابة نفً االضافة أما جدول الحقٌقة لبوابة نفً االضا فة فهو عكس جدول الحقٌقة لبوابة االضافة وكما مبٌن فً الشكل ( )9-15الذي ٌمثل حاالت جدول الحقٌقة لبوابة نفً االضافة. جدول 9-15جدول الحقائق لبوابة نفً االضافة الداخل الخارج Y B A 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 مثال()15-15 ارسم الرمز المنطقً لبوابة (نفً االضافة) ذات الثالثة مداخل مع كتابة التعبٌر البولٌنً؟ الحل: الرمز المنطقً لبوابة نفً االضافة ذات الثالثة مداخل التعبٌر البولٌنً هو Y=A.B.C 169 12-15بوابة نفً االختٌار ()NOR مثلما كانت بوابة نفً االضافة عبارة عن بوابة االضافة تتبعها بوابة النفً فان نفً االختٌار هدو فً االساس عبارة عن بوابة االختٌار تتبعها مباشرة بوابة النفً ،وكما موضح فً الشكل (.)14-15 شكل 14-15بوابة نفً االختٌار والشكل (ٌ )15-15مثل الرمز المنطقً لبوابة نفً االختٌار ،ونالحظ بدان الددابرة الصدؽٌرة قدد اضدٌفت إلى رمز االختٌا ر لتكون رمز بوابة نفً االختٌار. شكل 15-15الرمز المنطقً لبوابة نفً االختٌار أما جدول الحقابق لبوابة نفً االختٌار فهو مبٌن بالشكل ( ،)10-15ونالحظ فٌه بان قٌم االخراج هً عكس قٌم االخراج لبوابة االختٌار المنفردة جدول 10-15جدول الحقابق لبوابة نفً االختٌار Y B A 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 170 أم ثلة حول ربط البوابات مثال ()16 -15 ما التعبٌر ا لبولٌنً عند طرؾ االخراج ( )Yفً الشكل ( (16 -15اذا كان الدخل: B=1, A=0؟ شكل 16-15 الحل :با لتعوٌض عن قٌمة ( )A,Bفً الصٌؽة اآلتٌة: Y=A +B )Y=(0)+(1 ُٚزظ Y=1+0 Y=1 مثال ()17–15 ما التعبٌر ا لبولٌنً عند طرؾ االخراج ( )Yفً الشكل ( )17 -15اذا كان الدخل: B=0, A=1؟ الحل: بالتعوٌض فً الصٌؽة اآلتٌة: Y = AB + B ٌنتج: )Y = (1. 0 ) + (0 Y=1+0 =Y شكل 17 -15 171 13-15الحاسوب الدقٌق (االلكترونً) هو جهاز الكترونً – رقمً متعدد االؼراض ٌمكن برمجته بواسطة أوأمر ٌستطٌع قراءتها بشكل اشارات رقمٌة تمثل اإلدخاالت لٌقوم بمعالجتها حسب نوع األوأمر ،ثم تظهر النتابج التً تمثل االخراجات تصنؾ الحواسٌب الدقٌقة لعدة اصناؾ ،ومنها الحواسٌب الشخصٌة ،وا لمنزلٌة تستخدم فً الكثٌر من التطبٌقات العملٌة كاالعمال االدارٌة ،التجارٌة ،الطبٌة ،الهندسٌة،معالجة الرسوم،جدولة القوابم ،االنترنٌت والوسابل التعلٌمٌة وؼٌرها .الشكل (ٌ ) 18 -15وضح نموذج لحاسوب الكترونً وملحقاته .ان التطور الكبٌر فً النظام الرقمً ( )Digitalادى إلى ظهور وتطوٌر الكثٌر من االجهزة ومنها االجهزة الطبٌة ،كجهاز قٌاس ضؽط الدم ،وجهاز تخطٌط القلب وؼٌرها حٌث تعمل هذه االجهزة بنفس نظام الحاسوب االلكترونً من ناحٌة معالجة البٌانات ،وطرٌقة خزن البٌانات وعرضها على الشاشة. شاشة طابعة سماعة الماوس (الفارة ) جهاز مودم لوحة المفاتيح الجزء الرئيسي لمحاسبة شكل 18 -15نموذج لحاسوب الكترونً وملحقاته 14-15وحدات الحاسوب الدقٌق شكل (ٌ ) 19 -15وضح مخطط وحدات الحاسوب االلكترونً حٌث ٌ تكون من الوحدات الربٌسة-: وحدة المعالجة المركزٌة :تقوم بوظٌفة جلب االٌعازات والبٌانات من الذاكرة ثم اصدار األوأمر لتنفٌذ االٌعازات. وحدة الذاكرة :تقوم بخزن البٌانات على هٌبة ارقام ثنا بٌة بصورة مؤقتة ،أو بصورة ثا بتة لؽرض معالجتها الحقا. وحدة اإلدخال :تستعمل للحصول على البٌانات من اجهزة اإلدخال الخارجٌة ا لموصلة مع هدذه الوحددة كلوحة المفاتٌح ،وجهاز المأوس ( الفارة ). وحدة االخراج :تقوم بارسال البٌانات إلى االجهزة الخارجٌة ا لموصلة مع هذه الوحدة ،كشاشة العرض والطابعة 172 شكل 19-15مخطط وحدات الحاسوب االلكترونً 15-15وحدات المعالج الدقيق يتكون المعالج الدقيق من ثالث وحدات رئيسة: – 1وحدة الحساب والمنطق )Arithmetic Logic Unit ( ALU فً هذه ا لوحدة ٌتم تنفٌذ العملٌات الحسابٌة كالجمع والطرح ،والعملٌات المنطقٌة مثل(،NOT ...OR،ANDا لخ) .حٌث ٌتم الحصول على البٌانا ت من وحدة مصفوفة سجل .وتعمل هذه الوحدة بتوجٌه من قبل وحدة السٌطرة .الشكل (ٌ )20 -15وضح – a :وحدات المعالج الدقٌق – bنماذج من المعالجات الدقٌقة. شكل 20-15وحدات المعالج الدقيق – 2وحدة السيطرة ()Control Unit هي الوحدة ا لمسؤولة عن سير االيعاازت،فهي تقوم بتزويد اشاارت السيطرة لغرض الحصول عمى دخول وخروج البيانات إلى المعالج. - 3مصفوفة سجل ( )Register Array هي مجموعة سجالت تخزن فيها العنأوين والبيانات بصورة مؤقتة خالل تنفيذ البرنامج. 173 16-15نظام الحاسوب الدقٌق (االلكترونً) ٌتم نقل البٌانات من الوحدات (الذاكرة أو اإلدخال أو االخراج أو االجهزة الخارجٌة) إلى المعالج الدقٌق ،أو بالعكس بواسطة ناقلة البٌانات بعد تحدٌد مواقع هذه الوحدات بواسطة ناقلة العنأوٌن .وتقوم ناقلة السٌطرة بحمل اشارات ا لسٌطرة بشكل متزأمن لتبلػ الذاكرة ،أو وحدات اإلدخال أو االخراج أو االجهزة الخارجٌة والمستعدة الداء نقل البٌانات .الشكل (ٌ )21 -15وضح نظام الحاسبة االلكترونٌة. شكل 21-15نظام الحاسوب االلكترونً 174 اسئلة الفصل الخامس عشر – 1ما الفرق بٌن االعداد العشرٌة و االعداد الثنابٌة؟ – 2حول االرقام الثنابٌة اآلتٌة إلى ما ٌكافبها فً العشري.110010 ، 101.01 : - 3حول االرقام العشرٌة اآلتٌة إلى ما ٌكافبها فً النظام الثنابً.6.125 ،109 -: – 4.اجمع العدد الثنابً 110إلى 101 - 5اطرح العدد الثنابً 100إلى .011 - 6حول الرقم العشري 250إلى ما ٌكافبه فً النظام السداسً عشر. - 7حول الرقم السداسً عشر FAإلى ما ٌكافبه فً النظام العشري. - 8حول الرقم السداسً عشر D573إلى ما ٌكافبه فً النظام الثنابً. – 9عرؾ ما ٌلً- : البوابة ا لمنطقٌة ،جدول الحقٌقة ،التعبٌر البولٌنً ،الحاسوب االلكترونً. – 10ارسم الدابرة االلكترونٌة والرمز المنطقً للبوابات اآلتٌة- : بوابة ،ANDبوابة , ORبوابة NOT – 11كٌؾ ٌمكن بناء بوابة NORباستخدام بوابة NOTوبوابة OR؟ وضح اجابتك بالرسم؟ – 12كٌؾ ٌمكن بناء بوابة NANDباستخدام بوابة ANDوبوابة OR؟ وضح اجابتك بالرسم؟ - 13ما التعبٌر ا لبولٌنً عند طرؾ االخراج ( ) Yفً الشكل ( ) 21 -15اذا كان الدخل-: B=0, A=1؟ شكل 21 -15 -14ما وحدات الحاسوب اال لكترونً وضح ذلك مع رسم مخطط وحدات الحاسبة االلكترونٌة؟ – 15ما المقصود بنظام الحاسوب اال لكتروني وضح ذلك مع الرسم؟ 175 الفصل السادس عشر اجهزة التوقٌت ()Timing Instruments االهداف: الهدف العامٌ :هدؾ هذا الفصل الى تعرٌؾ الطالب باجهزة التوقٌت. االهداف الخاصة: بعد اكمال هذا الفصل سوؾ ٌكون الطالب قادرا على ان-: ٌ – 1عرؾ اهم انواع اجهزة التوقٌت. ٌ – 2عرؾ مكونات دابرة المؤقت عدٌم االستقرار. ٌ – 3فهم عمل دابرة المؤقت عدٌم االستقرار. ٌ - 4عرؾ مكونات دابرة المؤقت احادي االستقرار. ٌ –5درك عمل دابرة المؤقت احادي االستقرار. ٌ –6فهم تطبٌقات اجهزة التوقٌت. ٌ –7طبق القوا نٌن لٌحسب تردد وزمن الموجة لدابرة المؤقت عدٌم االستقرار ،ولدابرة المؤقت احادي االستقرار. 176 الفصل السادس عشر اجهزة التوقٌت ()Timing Instruments 1-16تمهٌد توجد عدة انواع من اجهزة التوقٌت منها المؤقدت المٌكدانٌكً الدذي ٌكثدر اسدتعماله فدً الؽسداالت واجهزة التسخٌن كالفرن الكهربا بًٌ،تم تحدٌد الوقت المطلوب فً المؤقت المٌكدانٌكً مدن خدالل تنظدٌم دورة تعشدٌق مسدننات مٌكا نٌكٌددة علدى الوقدت .أمدا االندواع االخدرى مددن اجهدزة التوقٌدت االلكترونٌددة – الرقمٌة ،حٌث تستعمل كمنظمات تشؽٌل على نطاق واسع فً اجهزة التبرٌدد ،وفدً منظومدات السدٌطرة الكهربابٌة ،واالجهزة الطبٌة كجهاز االشعة السٌنٌة ،حٌث ٌتم تحدٌد وقت التشؽٌل فٌها مدن خدالل تحدٌدد قٌمتً متسعة ومقاومة .وكذلك ٌستخدم فً جهاز حشوة االسنا ن حٌث ٌعمل المؤقت الزمنً لحٌن جفاؾ الحشوة. 2-16المؤقت 555 دابرة المؤقت هً 555دابرة متكاملة ( )ICمتعددة االؼراض تستعمل عل نطاق واسعٌ .ستخدم كمذبذب لتولٌد اشارا ت نبضٌة ٌصل تردده إلى ( )500kHzأو كمؤقت بزمن عامل من عدة ماٌكرو ثانٌة إلى عدة ساعاتٌ.مكن ان ٌعمل الموقت 555بطرٌقتٌن مختلفتٌن التً تمثل المؤقتٌن: -1المؤقت عدٌم االستقرار ( :)Astableحٌث ٌولد سلسلة ؼٌر منتهٌة من النبضات تتكرر بشكل دوري وبزمن مضبوط. -2المؤقت احادي االستقرار ( :)Mono stableحٌث ٌولد نبضة واحدة. 1-2-16اطراف الدائرة المتكاملة 555 جهدالتؽذٌة () +VCC االرضً( ) ground طرف التفريغ ()Discharge مدخل القدح ( )Trigger مدخل جهد العتبة ()Threshold الخرج ( ( Out جهد التحكم ( Voltage Control Reset شكل ٌ 1-16وضح اطراف الدائرة المتكاملة 555 177 2-2-16وظائف اطراف المؤقت 555 الطرؾ 1االرضً ( :)groundهو الطرؾ المشترك للدابرة. الطرؾ 3مدخل القدح ( :)Triggerهو الطرؾ الذي ٌؤدي بالخرج ان ٌصبح مرتفعا ،وٌبدا دورة المؤقتٌ.بدا القدح عندما ٌتحول الجهد من 2/3 VCCإلى جهد اقل من 1/3VCCمن جهد التؽذٌة. الطرؾ 3الخرج (:)Outعند بدء دورة ا لمؤقت ٌرتفع جهد الخرج ،وٌنخفض إلى الصفر فً نهاٌة الدورةٌ .وصل هذا الطرؾ إلى الجهاز المراد توقٌت عمله. الطرؾ 4مدخل التصفٌر ( :)Resetاذا طبق على هذا ا لطرؾ مستوى منطقً منخفض ٌعاد تصفٌر الموقت ،وٌعود الخرج إلى الحالة المنخفضة. الطرؾ 5جهد التحكم ( ٌ :)Voltage Controlمكن تعدٌل زمن موجة المؤقت عدٌم االستقرار،وذلك بتؽٌر جهدي القدح وا لعتبة عند تطبٌق جهد خارجً على هذا الطرؾ ،وعند عدم الحاجة الٌه ٌفضل ربط متسعة معه وتوصٌله إلى االرضً،لمنع التشوٌش من القدح الخاطا. الطرؾ 6مدخل جهد العتبة (ٌ :)Thresholdؤدي هذا الطرؾ إلى جعل ا لخرج ٌنخفض عندما ٌنتقل الجهد على هذا ا لطرؾ من قٌمة اقل من 1/3إلى اعلى من 2/3من جهد التؽذٌة . الطرؾ 7طرؾ التفرٌػ (ٌ :)Dischargeؤدي هذا الطرؾ إلى تصرٌؾ التٌار . الطرؾ 8جهد التؽذٌة ( :)+ VCCهو طرؾ التؽذٌة الموجبة وت كون حدوده من ()V4.5+ إلى ).)V15+ 3-2-16المؤقت 555عدٌم االستقرار الشكل (ٌ )2 –16وضح الدابرة الخارجٌة للمؤقت 555عدٌم االستقرارٌ ،تم القدح عند الطرؾ 2 عندددما تنشددحن المتسددعة Cعددن طرٌددق VCCمددن خددالل المقدداومتٌن ( R1و .)R2حٌددث تصددل فولتٌددة المتسعة إلى ( ) 2/3 VCCثم تفدرغ شدحنتها خدالل المقاومدة ( )R2لٌصدل الجهدد إلدى ،1/3VCCلدذلك ٌتؽٌر جهدد خدارج المؤقدت مدن القٌمدة العلٌدا إلدى القٌمدة السدفلى باسدتمرار ،وٌكدون الخدارج عبدارة عدن موجة مربعة .الشكل (ٌ )3- 16وضح شدكل ا لموجدة علدى طرفدً ا لمتسدعة وشدكل الموجدة الخارجدةٌ.تم حساب تردد المذبذب بالمعادلة اآلتٌة: )…………(1-16 ) ( =f حساب زمن الموجة خالل ارتفاع الخرج كما فً بالمعادلة اآلتٌة: )ton = 0.7 (R1 + R2 )…….(2-16 وحساب الزمن الموجة خالل انخفاض الخرج ٌكون كما فً بالمعادلة اآلتٌة: toff = 0.7 R2× C )………(3-16 (.............) 4-16 178 t=ton+tof الموجة الخارجة شكل ٌ 2–16وضح الدائرة الخارجٌة للمؤقت 555عدٌم االستقرار موجة الفولتٌة على طرفً المتسعة شكل ٌ 3 – 16وضح شكل ا لموجة على طرفً المتسعة وشكل الموجة الخارجة مثال ()1-16 احسب تردد الخا رج للمذبذب عدٌم االستقرار الموضح دابرته فً الشكل( )2 – 16حٌث ان: R1 = 2.2 k Ω ,R2 = 4.7k Ω , C =0.022 µF ) 9.486HZ 179 ( =f 4-2-16المؤقت 555احادي االستقرار الشكل (ٌ )4–16وضح الدابرة الخارجٌة للمؤقت 555احادي االستقرار .عندما ٌقدح الطرؾ 2 بنبضة سا لبة لفترة صؽٌرة ٌكون خارج الموقت عالٌا ،ثم ٌتؽٌر جهد الخرج من القٌمة العالٌة إلى اقل قٌمة وٌبقى لفترة زمنٌة تعتمد على قٌمة المقاومة ( ،)Rوالمتسعة ( .)Cوٌمكن حساب ثابت الزمن (الفترة الزمنٌة) التً ٌتؽٌر عندها الجهد بالمعادلة اآلتٌة: T=1.1×R× C ) ………..(5-16 الشكل (ٌ )5 –16وضح شكل الموجة الخارجة ونبضة القدح. شكل ٌ 4 – 16وضح ال دائرة الخارجٌة مؤقت 555احادي االستقرار شكل ٌ 5 –16وضح شكل الموجة الخا رجة وشكل نبضة القدح مثال ()2-16 ما عرض النبضة الخارجة لدابرة مؤقت 555احادي االستقرار الموضح دا برته فً الشكل()4 –16 حٌث ان: R1 = 2.2 K Ω , C =0.01 µF T=1.1R C T=1.1× 2.2 ×103×0.01×10-6= 24.2 µs 180 اسئلة الفصل السادس عشر – 1كٌؾ ٌمكن تحدٌد الوقت فً الموقت المٌكانٌكً ،والموقت االلكترونً – الرقمً؟ – 2اذكر انواع الموقت .555 – 3وضح مع الرسم عمل دابرة موقت 555عدٌم االستقرار. – 4وضح مع الرسم عمل دابرة موقت 555احادي االستقرار. - 5مؤقت 555عدٌم االستقرار الموضح دابرته فً الشكل ( ) 2 – 16وفٌه: R1 = 100 K Ω ,R2 = 1M Ω , C =1000 PF احسب تردد المذبذب. – 6احسب عرض النبضة الخارجة لدا برة مؤقت ( )555احادي االستقرار الموضح دابرته فً الشكل ( )4–16اذا كانت المقاومة الخارجٌة ( )3.3 k Ωوالمتسعة الخارجٌة (.)2000 PF 181 الفصل السابع عشر االجهزة الطبٌة المختبرٌة االهذاف: اىهذف اىؼبًٓٚ :ذف ْزا انفصم انٗ انزعشف عهٗ االعٓضح انطجٛخ انًخزجشٚخ. االهداف الخاصة: بعد ان ٌكمل الطالب هذا الفصل سوؾ ٌكون قادرا على ان-: ٌ – 1عرؾ أهم أنواع االجهزة الطبٌة المختبرٌة: ا -المجهر (.)Microscope ب – المٌزان. ﺠ -جهاز الطرد المركزي ( .)The Centrifugal Apparatus د -جهاز قٌاس الطٌؾ الضوبً )(Spectrophotometer ه -جهاز قٌاس الحامضٌة ).(PH Meter و -جهاز قٌاس ا لهٌموؼلوبٌن ).(HP Meter ٌ – 2فهم مكونات اهم انواع االجهزة الطبٌة المختبرٌة. ٌ – 3درك تطبٌقات االجهزة الطبٌة المختبرٌة. ٌ -4حل اسبلة الفصل. 182 الفصل السابع عشر االجهزة الطبٌة المختبرٌة 1–17تمهٌد ت عد علوم المختبرات احد اهم التخصصات ا لطبٌة حٌث ٌقوم اخصابٌو المختبرات الطبٌة باجراء الفحوصات والتحالٌل الطبٌة المختبرٌة المختلفة والمتنوعة ،التً تساهم وتساعد بفعالٌة االطباء على تشخٌص الحاالت المرضٌة المختلفة .واٌضا متابعة عالجها. وٌ عد المختبر الطبً هو المكان المرخص وا لمعد لتقدٌم مختلؾ انواع خدمات الفحوصات المختبرٌة وا لتحلٌلٌة للمرضى ،وذلك الؼراض التشخٌص ا لطبً حٌث ٌحتوي على اجهزة ،ومعدات تخصصٌة تسا عده على اجراء هذه التحالٌل .وندرج ادناه انواع مواصفات هذه االجهزة. 2–17المجهر ()Microscope ٌ عد المجهر واحدا من اهم ادوات ا لعلم حٌث ٌستخدم المجهر لرؤٌة األجسام المتناهٌة الصؽر، كالكابنات الحٌة التً ال نستطٌع رؤٌتها بالعٌن المجردة ،حٌث ٌتم بواسطته تشخٌص العدٌد من األمراض النا تجة بسبب البكترٌا الدقٌقة ،كما قد ٌستعٌن به الجراحون عند اجراء العملٌات الجراحٌة الدقٌقة ،وكذلك ٌستخدم لفحص اال نسجة وكرٌات الدم الحمراء ،وتشخٌص االحٌاء المهجرٌة، والطفٌلٌات. 1-2-17انواع من المجاهر هنالك عدة انواع من المجاهر ومنها-: -1المجهر االلكترونً: ٌستخدم المجهر االلكترونً لرؤٌة األجسام المتناهٌة فً الصؽر كالبكترٌا والفٌروسات والذرات. – 2المجهر االٌونً: لهذا المجهر قدرة هابلة على ا لتكبٌر .فهو ٌكبِّر ملٌونً مرة بدقة فابقة تمكنه من رؤٌة الذرات ا لمفردةٌ.ستعمل العلماء المجهر االٌونً لدراسة فٌزٌاء وكٌمٌاء السطوح والشوابب فً الفلزات. – 3المجهر الضوئً: ٌعمل هذا المجهر على الضوء ،وهنالك انوا ع عدٌدة لهذا المجهر ،ومن انواعه شابعة االستعمال فً المختبرات ،هو المجهر الضوبً المركب )ٌ .(Light Compound Microscopeمكن لهذه المجاهر توضٌح االشٌاء التً اقطارها أكبر من طول موجة الضوء ،ولهذا ال ٌمكن ألجود أنواع المجاهر ا لضوبٌة توضٌح أجزاء العٌنات قٌد الفحص ا لمرصوصة بعضها إلى بعض ،كالذرات ،أو الجزٌبات ،أو الفٌروسات ،ولهذا السبب ال ٌمكن رؤٌة التراكٌب الدقٌقة ،كالذرات أو الجزٌبات أو الفٌروسات باستخدام المجهر الضوبً. 183 2–2–17اجزاء المجهر الضوئً المركب ٌتكون المجهر من العدٌد من االجزاء كما موضح فً الشكل ( )1–17حٌث ٌظهر - aمخطط اجزاء المجهر -bمخطط مسار الضوء اىشنو 1 –17احذ نَبرج اىَجهر اىضىئي اىَرمت والشكل ٌ 2 –17وضح نموذج اخر للمجهر الضوبً المركب شكل 2 –17نموذج اخر للمجهر الضوئً المركب 184 اوال -العدسات: ٌحتوي المجهر على عدسات تكبٌرٌة هما: ا -العدسات الشٌئٌة )(Objective Lenses هً مجموعة من العدسات القرٌبة من العٌنة المراد تكبٌرها ،حٌث ٌعتمد تكبٌر صورة الجسم علٌهداٌ .حتددوي ا لمجهددر علددى ثددالث أو اربددع عدسدا ت شددٌبٌة تكددون مثبتدة فددً قددرص دوار متحددرك، وتتراوج قوة تكبٌر هذه العدسات بٌن ( )4مرة إلى ( )100مرة ٌ .ستعمل فدً العدسدات ذات التكبٌدر ( )100مرة زٌت لذلك سمٌت بالعدسات الزٌتٌة ،أما باقً العدسات فانهدا تسدتخدم بددون اضدافة اٌدة مادة وٌثبت عادة على العدسات حروؾ وارقام محفورة على معدن العدسة ت بٌن قوة تكبٌرها ،فمثال ( ،)X100) ،)X40(،)X10كذلك قد توجد بعض العألمات االخرى كاالرقام ( ،)160/0.18حٌث ٌدل الرقم األول على طول انبوبة المجهر بدالملمتر ،والدرقم الثدا نً ٌعندً سدمك الشدرٌحة الزجاجٌدة التً ٌجب استخدامها. ب -العدسة العٌنٌة )(Ocular Eyepiece Lens هً العدسة الواقعة فً الجزء العلوي من االسطوانة الصؽٌرة للمجهر ،ولها وظٌفتان األولى هً رؤٌة الصورة ،والثا نٌة هً تكبٌر خٌال الصورة التً تقع على العدسة الشٌبٌة ،حٌث عامل قوة تكبٌرها ما بٌن ( )X5مرة إلى ( )X20مرة ،وؼالبا ما تستخدم عدسات بقوة تكبٌر (.)X10 الشكل(ٌ (b،1-17وضح مخطط المسار الذي ٌسلكه الضوء اثنا ء مروره من خالل العٌنة ،ومن ثم العدسات ،وانابٌب المجهر. ثانٌا -المكثف ):(Condenser هً مجموعة من العدسات الواقعة فً اسفل حاملة الشرٌحة ،حٌث تقوم بتجمٌع اشعة الضوء التً تصله من مصدر االضاءة وتسلٌطها على الجسم المربً الضاءته ،وٌكون المكثؾ مثبتا بطرٌقة تسمح بتحرٌكه إلى االعلى واالسفل بسهولة ،كما قد تزود مكثفات المجاهٌر بمفا تٌح ضبط تسمح بضبط مركزٌة المكثؾ ،وفً معظم المكثفات توجد فً الجزء االسفل فتحة متؽٌرة تسمى بالحجاب الحدقً (ٌ )Iris Diaphragmتحكم بها مسمار ضبط جانبً ،كما توجد حلقة لوضع المرشحات التً تستعمل ألمتصاص اشعة الضوء الملونة. ثالثا -مفاتٌح الضبط: وهً عبارة عن مفا تٌح متحركة تكون مثبته على الحأمل ا لربٌس للمجهر ،وتستعمل هذه المفاتٌح للضبط الدقٌق ( )Fine Adjustmentومفتاح الضبط التقرٌبً ( ،)Coarse Adjustmentوهنالك اٌضا مفا تٌح رفع وخفض المكثؾ ومفا تٌح ضبط مركزٌة اخرى ،وٌزود اٌضا ا لمجهر بمنصة متحركة بواسطة مفاتٌح خا صة تسمح بتحرٌك الجسم باتجاهٌن متعامدٌن. رابعا ً – المراة أو المضًء )(Mirror or Illumination تعمل المرا ة على عكس وتوجٌه اشعة مصدر االضاءة إلى العدسة الشٌبٌة ،حٌث تمر االشعة بالشرٌحة المراد تكبٌرها ،وللمراة سطحان احداهما مستو واال خر مقعر ،وذلك ٌتكون مصدراالضاءة من مصا بٌح كثٌفة االضاءة ،تعمل هذه المصا بٌح على فولتٌات معٌنة مثل ( )120v ،12v ،6vحٌث ٌكون المصباح موجها إلى عدسة المكثؾ القا بل للحركة. 3–2–17كٌفٌة تكون الصورة فً جهاز المجهر عندما ٌسقط الضوء المسلط من مصدر الضوء على الجسم ا لموجود على منضدة المجهر ،حٌث تستلم العدسة الشٌبٌة االشعة المارة خاللها وتكون صورة حقٌقٌة مقلوبة ومكبرة تسمى بالصورة األولٌة وذلك فً الجزء العلوي من االنبوب ،وفً هذه ا لمنطقة توجد عدسة تسمى بعدسة المجال أو عدسة 185 الحقل ( )Fieldتقع فً الجزء االسفل من الجزء العٌنً ،وتقوم بدورها بجمع االشعة فً الصورة األولٌة لتمرٌرها خالل العدسة العٌنٌة ا لتً تقوم بتكبٌر الصورة األولٌة المستلمة .ان االشعة الضوبٌة الخارجة من الجزء العٌنً من العدسا ت تسقط على شبكٌة عٌن الشخص الفاحص الذي ٌرى الصورة. 4 –2–17ضبط المجهر ٌتم تركٌز وضبط االضا ءة عن طرٌق تشؽٌل مصدر االضاءة ،ووضع شرٌحة زجاجٌة معتمة على منضدة المجهر ،ثم ٌجري ضبط فقاعة الضوء الصادر حتى تعطً اصؽر قطر وباعلى ما ٌمكن من االضاءة فً وسط الشرٌحة عند النظر الٌها من العدسات العٌنٌة ،أما ا لمكثؾ فٌجب ضبط المركزٌة فً تجمٌع اشعة الضوء ا لتً تصله من مصدر االضاءة وتوجٌهها على الجسم المربً ،وعند الرؼبة فً تحسٌن الضوء الصادر من المصباح لٌمكن استخدام حجا ب قزحً لتنظٌم نفاذٌة الضوء ،فضال عن ذلك ٌجب ان تكون االضاءة قوٌة حتى تصل إلى العدسة الشٌبٌة. 5–2–17حساب قـوة التكبٌر ولحساب التكبٌر الكلً للجسم المراد فحصه تحت المجهر ٌكون كما فً المعادلة اآلتٌة: قوة التكبٌر الكلٌة للجسم = قوة تكبٌر العدسة العٌنٌة × قوة تكبٌر العدسة الشٌبٌة ولنفرض انك استعملت العدسة الشٌبٌة الكبرى التً قوة تكبٌرها عادة ) (40 xوالعدسة العٌنٌة التً قوة تكبٌرها(10 x): قوة التكبٌر الكلٌة للجسم= 400 x = 40 x × 10 x 3-17جهاز المٌزان توجد انواع مختلفة منها: 1–3-17المٌزان المٌكانٌكً (المٌزان ذو الكفتٌن) ٌتلخص عمل المٌزان فً اضافة اثقال معلومة إلى المٌزان لمعادلة الوزن المجهول ،وتضاؾ مجموعة االثقال ٌدوٌا .والشكل (ٌ )3 – 17وضح المٌزان ذي الكفتٌن. الشكل ٌ 3 –17وضح المٌزان ذي الكفتٌن 186 مكونات المٌزان: ٌتكون المٌزان المٌكا نٌكً من ذرا ع ٌستند على نقطة فً الوسط قا بلة للرفع والخفض بواسطة عتلة ،وذلك للتقلٌل من فترة االستناد على النقطة الوسطٌة لكونها مصنوعة من مادة ذات معامل احتكاك قلٌل جدا لمنع اٌة تاثٌرات خارجٌة على صحة القراءات لألوزان لذا استوجب الحفاظ علٌها عند عدم الحاجة إلى اجراء عملٌة الوزن .كما ٌوجد عند طرفً الذراع لولب ا فقً تتحرك علٌه قطعة معدنٌة باتجاه مركز االستناد أو با لعكس تستعمل هذه ا لقطعة للحصول على وضع افقً مستمر ومتوازن وتتدلى من طرفً الذراع كفتا المٌزان ،وهناك محور ٌحمل نقطة االستناد الوسطٌة وٌثبت هذا ا لمحور على لوحة خشبٌة افقٌة ذات ا رجل متحركة مع فقاعة هوابٌة داخل سابل فً زجاجة مثبتة على اللوحة ،وتستعمل هذه المجموعة للتاكد من ان المٌزا ن موضوع بوضعٌة افقٌة صحٌحة ،وٌوضع المٌزان داخل صندوق زجاجً للمحافظة علٌه ،ولمنع التٌارات الهوابٌة من التا ثٌر على صحة القراءات ،وٌستعمل هذا المٌزان فً الصٌدلٌات والمختبرات. 2–3-17المٌزان الكهرومٌكا نٌكً (كفة واحدة) توضع المواد المراد وزنها فً الكفة ا لتً تكون مثبتة على احد طرفً الذراع ،أما الطرؾ الثانً فا نه ٌحتوي على ارقام تمثل ما ٌعادلها من وزن للحصول على االجزاء الكسرٌة لألوزان ،وٌتم ذلك بوا سطة مصدر ضوبً ٌمر عبر مجموعة من العدسات والمراٌا وعبر زجاجة تدرج علٌها االرقام، فتنتقل صورتها إلى واجهة الجهاز بواسطة المراٌا وٌمكن قراءتها من الخارجٌ .وضع المٌزان داخل صندوق ذي ؼرفة زجاجٌة أمامٌة فٌها كفة المٌزان الوحٌدة ،أما الفقاعة الهوابٌة داخل السا بل فتستعمل لتحدٌد المستوى االفقً لنصب الجهاز ،وٌمكن الحصول على المستوى االفقً بواسطة تحرٌك االرجل. 3–3-17المٌزان االلكترونً ف ٙانشكم ( )4 -17ادَبِ ٕٚضؼ انًخطظ انكزهٕ٘ نغٓبص انًٛضاٌ االنكزشَٔٙ شكل 4 -17المخطط الكتلً لجهز المٌزان االلكترونً هو جهاز حساس جدا ٌستخدم فً اٌجاد الكتل للمواد بدقة متناهٌة. ٌتمٌز هذا النوع بالدقة العالٌة (تصل إلى خمسة مراتب بعد الفارزة) ،كما وٌتمٌز بكلفته العالٌة وٌحتوي على م تحسس ٌقوم بتحوٌل القوة (الوزن) إلى اشارة كهربابٌة ،وٌتم تكبٌرها بواسطة مكبر 187 وتحول هذه االشارة إلى اشا رة رقمٌة عن طرٌق محول من تماثلً إلى رقمً .وتعرض هذه االشارة على شاشة رقمٌة ،وتوجد فً بعض االنواع المعقدة والدقٌقة جدا مكونات الكترونٌة اخرى مثل المعالجات الدقٌقة لزٌادة دقتها ،وٌمكن اضافة شاشة اخرى لقراءة السعر الكلً للمادة الموزونة. والشكل (ٌ )5-17وضح نماذج المٌزان االلكترونً. الشكل ٌ 5-17وضح بعض الموازٌن االلكترونٌة خطوات اعداد الجهاز ٌجب اعداد الجهاز قبل استخدامه وكاآلتً: أوال :نصب الجهاز: ان اختٌار موقع مناسب للجهاز عامل مهم جدا فً دقة الجهاز ،لذا ٌجب التاكد من ان المٌزان فً موضع مستقر ،وال توجد اي اهتزازات تؤثر علٌه ،وكذلك ٌجب تجنب االتً: عدم تعرٌضه للشمس · عدم تعرٌضه للتؽٌر العالً فً درجة الحرارة· عدم سحبه أو جره من مكان الخر· ان ا فضل موقع له داخل المختبر ،هو وضع الجهاز على طأولةفً احد اركان المختبر بعٌدا عن التٌار الهوابً ،أو التعرض للسحب والجر ،وكذلك عن الباب أو النافذة أو فتحة التهوٌة ،وال ٌكون قرٌبا من االجهزة المشعة حرارٌا. ثانٌا:موازنة الجهاز: ٌحتوي الجهاز على فقاعة هوابٌة ،وله رجالن لضبط المستوى االفقً بحٌث تكون الفقاعة الهوا بٌة فً منتصؾ الدابرة ،وبذلك ٌكون الجهاز بالوضع االفقً الصحٌح وتتم الموازنه كاآلتً: -1اذا كانت الفقاعة الهوا بٌة على موضع الساعة الثا نٌة عشرٌ:جب لؾ كلتا الرجلٌن باتجاه معاكس لحركة عقارب الساعة. .2اذا كانت الفقاعة الهوابٌة على موضع الساعة الثالثةٌ:جب لؾ الرجل الٌسرى للجهاز باتجاه عقارب الساعة ،والرجل الٌمنى عكس اتجاه عقارب الساعة. -3اذا كانت الفقاعة الهوا بٌة على موضع الساعة السادسةٌ:جب لؾ الرجلٌن معا باتجاه حركة عقارب الساعة. -4اذا كانت الفقاعة الهوا بٌة على موضع الساعة التاسعةٌ:جب لؾ الرجل الٌسرى للجهاز باتجاه معاكس لحركة عقارب الساعة والرجل الٌمنى باتجاه حركة عقارب الساعة. مالحظة عامةٌ :جب عمل الموازنة وضبط الجها ز فً كل مرة ٌتؽٌر فٌها مكان المٌزان االلكترونً. 188 ثالثا :قبل توصٌل الجهاز بالتٌار الكهربائً: ٌجب التاكد من مالءمة فولتٌة الجهاز مع الفولتٌة المجهزة للمٌزان ،وذلك من محول ( )ACالمرفقمع الجهاز. عند توصٌل المٌزان بالكهرباء ٌعمل فحص ذاتً الجزابه وتنتهً ا لعملٌة بظهور كلمة ( )OFFعلىشاشة العرض ،وبعد ذلك ا ضؽط على زر ( )ONلتشؽٌل الجهاز. مالحظةٌ :فضل اجراء القٌاسات بعد نصؾ ساعة من تشؽٌل الجهاز ،كً تتالبم درجة حرارة الجهاز مع درجة حرارة الؽرفة. رابعا:ـ غلق وفتح الجهاز OFF / ON اـ فتح الجهاز ()ON أبعد أي أوزا ن من كفة المٌزان ثم اضؽط على زر ( )ONبعدها ٌقوم الجهاز بعمل فحص ذاتٌا، وتنتهً بظهور رقم ( )gm 0.00وهذا ٌعنً ان المٌزان جاهز للعمل. ب ـ غلق الجهاز :OFF الؼالق الجهاز اضؽط على زر ( )OFFلحٌن ظهور كلمة ( )OFFعلى الشاشة. طرق تعٌن الكتلة: 1ــ الطرٌقة االعتٌادٌة: ا ـ ضع الثقل ا لمطلوب معرفة وزنه على كفة المٌزان ،وأ نتظر حتى تختفً اإلشارة ( )0الموجودة على الجهة الٌسرى من الشاشة. ب ـ بعد أختفاء اإلشارة ( )0تكون القراءة على الشاشة تمثل كتلة الجسم المراد وزنه. 2ــ طرٌقة أستخدام الوعاء: ا ـ ضع الوعاء الفارغ على كفة المٌزا ن سٌظهر على الشاشة كتلة الوعاء. ب ـ أ ضؽط على زر ( )O/Tللحظة ،وجٌزه سوؾ تختفً كتلة الوعاء من الشاشة. ج ـ ضع المادة المراد تعٌن كتلتها فً الوعاء الفا رغ ثم ضعه على كفة المٌزان ستظهر كتلة الماده ف قط دون كتلة الوعاء. مالحظة مهمة :ـ فً حالة رفع الوعاء فً كفة المٌزا ن سٌظهر رقم سالب على الشاشه ،حٌث ٌمثل كتلة الوعاء وهو فارغ وسوؾ تبقى كتلة الوعاء فً ذاكرة الجهاز لحٌن الضؽط على زر ( )O/Tمرة اخرى وأؼلق الجهاز. السبب الرئٌس لتعطل الجهاز هو: -1االستخدام السٌا للجهاز .تحمٌل المٌزان وزن زابد عن القٌمة المسموح بها; بمعنى نفرض ان القٌمة القصوى الذى ٌزنها المٌزان 310جرأم عند قٌأم الفنً بعملٌة ا لوزن ٌقوم بوزن زجاجة الساعة، وهً فارؼة ،فرضا كان وزنها 44جرأم ،بعد ذلك ٌقوم بتصفٌر المٌزان الخذ القراءة المطلوبة وعلى افتراض كان الوزن المطلوب 300جرأم ٌقوم الفنً بوزن القٌمة المطلوبة متناسٌا قٌمة زجاجة الساعة المدونة بالذاكرة سٌقوم المٌزان با لوزن ولكن مع تكرار العملٌة سٌؤدى إلى تلؾ الجهاز ،وبالتالً إلى تلؾ الجزء المٌكانٌكً واذا تلؾ الجزء المٌكانٌكً ال ٌمكن اصالح الجهاز وٌجب استبدال المٌزان با خر جدٌد.لذلك فان الطرٌقة االفضل هً باالضافة; اي اخذ وزن زجاجة الساعة وهً فارؼة ،ثم حساب القٌمة النها ٌة للوزن المطلوب ،واضافة المادة المراد وزنها إلى ان تصل إلى القٌمة المطلوبة. 189 بالنسبة لبعض الموازٌن الكهربائٌة التً تعمل على بطارٌة: ترك الفنً للبطا رٌة لفترة طوٌلة داخل الجهاز ممكن ان تتجأوز السنة كفٌلة بان تتلؾ الجهاز،وذلك بسبب تحمض البطارٌات ،وبالتالً تكون الصدا على الحافظة. الصٌانة الدورٌة للجهاز من حٌث النظافة العامة تشمل االتربة باالضافة إلى بقاٌا المواد الكٌماوٌةالعالقة اثناء قٌأم الطالب بعمل التجارب العملٌة. ترك الجها ز ٌعمل لفترة طوٌلة بمعنى عدم فصل الجهاز عن الكهرباء ،وتركه فً نظام التشؽٌل لمدة اٌأم ،وذلك بسبب النسٌان ،وبالتالً تتولد حرارة ٌنتج منها تلؾ وحدة التٌار الموجودة ،وبما انه ٌعمل على نظام الشرابح اال لكترونٌة ٌتسبب ذلك فى تلؾ المقاومات والدوابر الدمجٌة ،وبالتالً تلؾ الجهاز. 4-17معلومات مهمة الستعمال الموازٌن -1تستعمل منصة ثا بتة ؼٌر قابلة لالهتزا ز (بعٌدة عن مصادر االهتزازات) وهنالك منصات خاصة مزودة بمساند عازلة للموازٌن. ٌ -2نصب المٌزان على مستوى افقً. ٌ -3جب ا ن تكون درجة حرارة المكان ثابتة ،وقبل البدء بالوزن ٌترك المٌزان لؽرض اكساب المٌزان درجة حرارة المكان المحٌط به. ٌ -4جب ان ٌكون مكان المٌزان بعٌدا عن التٌارات الهوابٌة. ٌ -5جب عدم ترك كفة المٌزان والعتلة على المسند فً حالة عدم األستعمال. ٌ -6ستعمل الملقط ألوزان المٌزان وأوعٌة الوزن وؼٌرها. ٌ -7جب ان تبقى كفة المٌزان جافة وذلك باستعمال مادة ماصة للرطوبة. ٌ -8جب ان ال تتعرض اجزاء المٌزان للمواد الكٌمٌاوٌة. -9تستعمل فرشاة نا عمة للتخلص من اٌة مادة كٌماوٌة تسقط على الكفة أو على ارضٌة المٌزان. - 10ال ٌجوز نقل المٌزان اال بعد استعمال الماسكات المٌكانٌكٌة واالستعا نة بتعلٌمات الشركة المنتجة. 5-17جهاز الطرد المركزي The Centrifugal Apparatus 1-5-17تمهٌد ان ا ي جسم ٌتحرك حركة دا برٌة بسرعة ثابتة ٌتولد فٌه تعجٌل مركزي ،وبالتالً قوة طرد تتجه نحو ا لمركز تسمى قوة الطرد المركزي( )Centrifugal Forceوان االجهزة التً توظؾ هذه القوة فً عملها تسمى اجهزة الطرد المركزي( ،)Centrifugal Force Apparatusمثل الخالطات والمازجات والكثٌر من لعب االطفال فضال عن المنشار ،والمثقاب الكهربابً.الذي ٌهمنا االن هو استخدام هذه التقنٌة فً المختبرات الكٌمٌاوٌة ،ومختبرات االجهزة الطبٌة ،حٌث تستخدم لفصل الدقابق العالقة فً المحالٌل والسوابل ،مثل تجزبة الدم إلى مكوناته الثالثة ،البالزما ،والكرٌات البٌضاء، والكرٌات الحمراء. 2-5-17نظرٌة الطرد المركزي لقد درسنا فً السقوط الحر لألجسام بان ا لتعجٌل ٌتولد عندما تتؽٌر سرعة الجسم اثناء السقوط، أما عند حركة جسم فً مسار دابري فان ا لجسم ٌسٌر بسرعة ثابتة تسمى ( السرعة الدابرٌة )، واتجاهه ٌتؽٌر باستمرار وٌكون مماس للدابرة .الحظ الشكل ( )6-17فعند انتقال الجسم من النقطة ()a 190 إلى النقطة ( )bقاطعا جزءا من محٌط الدابرة ( )sالتً نصؾ قطرها ( )rفان سرعة الجسم تساوي طول القوس مقسوما على الزمن الذي ٌستؽرقه ووحداته ( المتر/ثانٌة ) كما فً المعادلة (،)1-17 وتكون سرعته ثا بتة ولكن متؽٌرة االتجاه لذا ٌتولد تعجٌل مركزي ( )aكما فً المعادلة (،)2-17 وٌكون ثابت القٌمة ومتجه إلى المركز كما نالحظ فً الشكل (.)7-17 )v=s/t (m/sec) ----------------(1-17 )---------(2-17 )a=v2/r (m/sec2 ان القوة ) ) Fالمسببة لهذه السرعة ( )vوكذالك التعجٌل ( )aتكون ثابتة المقدار ،وتتجه نحو المركز وعمود ٌة على محور الدوران وعلى السرعة ،كما نالحظ فً الشكل (.)7-17عند التعوٌض بقانون نٌوتن الثا نً للقوة التً تساوي حاصل ضرب الكتلة ( )mبوحدات ( )kgفً التعجٌل ()a بوحدات ( )m/s2كما فً المعادلة ( ) 3-17نحصل على قانون القوة بوحدات النٌوتن ( )Nكما فً المعادلة (:)4-17 )……….(3 – 17 ) F=m v2/r (N )………….(4-17 ) F=ma ( N الشكل 7-17أتجاه التعجٌل والقوة الشكل 6-17جسم فً حركة للجسم توضف القوة المركزٌة()F فً اجهزة الطرد المركزي ا لموجودة فً مختبرات التحلٌالت والمختبرات الكٌمٌاوٌة ،لفصل الدقابق أوالعناصر العالقة فً المحالٌل نتٌجة للتعجٌل والقوة ا لمركزٌة عند وضع هذه المحالٌل فً جهاز الطرد المركزي الموضح فً الشكل ( ،(8-17وتدوٌره بسرعة عا لٌة مكتسبة قوة طرد أكبر من قوة تماسك السابل باجزاءه مما ٌؤدي إلى انفصال االجزاء ا لمختلفة حسب كثافتها فً الوعاء الحأوي على السابل االخؾ كثافة فً االعلى واقلهم كثافة فً القعر ،والشكل ( )9-17مخطط ال نبوبة تحوي المحلول بعد اخراجها من جهاز الطرد المركزي. شكل 9- 17االنبوبة الحاوٌة شكل 8 – 17جهاز الطرد المركزي على المحلول بعد تفكٌك اجزاءه مع حاوٌات المحلول 191 مثال()1-17 هل نحصل على التعجٌل ( )aفً األجسام ا لتً تدور فً حركة دا برٌة نتٌجة للتؽٌر المستمر فً السرعة؟ الحل :كال نحصل على ا لتعجٌل نتٌجة للتؽٌر المستمر فً اتجاه ا لسرعة ولٌس قٌمتها. مثال()2-17 جسم ٌدور دورة كاملة فً حركة دا برٌة بمدة ثانٌتٌن ( )2sec.جد سرعة الجسم وتعجٌله اذا كانت نصؾ قطر الدابرة ( )100متر. الحل: = 31314 4m/s m/s = × × 𝑠= 9 85𝑚/ 9.8596m/s2 = ) =𝑉 ( = =𝑎 3-5-17اجزاء جهاز الطرد المركزي ٌتكون الجهاز من االجزاء اآلتٌة: -1المحرك الكهربائً ( :)Electric Motorوهو اهم جزء فً الجهاز. -2المؤقت الزمنً (ٌ :)Timerتكون من نوعٌن ٌمكن استخدام اٌا منهم ،هما: ا -المؤقددت المٌكا نٌكً:حٌددث ٌوقددت ٌدددوٌا بواسددطة مفت دا ح ؼلددق ٌتكددون مددن تالمسددٌن احدددهما ثابددت، واالخر متحرك ٌدار ٌدوٌا ،وتدور معه مسننات معشقة كما فً ساعة التوقٌت متزأمنة مع الوقدت الدذي نحتاجه لتشؽٌل الجهاز; ا ي زمن وصول التألمس المتحرك إلى التألمس الثابت لؽلق الدابرة الكهربابٌة ب -الموقت الزمنً :وٌعتمد على زمن شحن وتفرٌػ متسعة مرتبطة بمقاومة أو ملؾ (،)T=RC وٌحتاج المؤقت من ( ) 15-0دقٌقة حسب نوع المحلول والدقابق العالقة به. -3منظم السرعة ( ٌ :)Speed Controlستخدم لزٌادة سرعة الجهاز وقد تصل إلى اكثر من()12 الؾ دورة فً الدقٌقة -4مفاتٌح األمان ( :)Security Switches تستخدم لقفل الؽطاء الخارجً الٌا عند ؼلقه لبدء عمل الجهاز لمنع انفتاحه تلقابٌا ،ومفتاح اخر ٌستخدم لقطع مصدر الطاقة عن الجهاز ،عند اي فتح للؽطاء الخا رجً لٌتوقؾ حتى بدون استخدام مفتاح الؽلق المخصص لذالك .ان هذه المفاتٌح عبارة عن تألمسات تربط على التوالً بٌن مصدر الطاقة ،والؽطاء الخارجً لجهاز الطرد المركزي .الحظ الشكل()10-17 192 الشكل ٌ 10-17وضح جهاز الطرد المركزي متعدد االغراض (النوع الحدٌث) مع مفا تٌح لمس للسٌطرة على تشغٌله -5المحرك الكهربائً: هناك انوا ع كثٌرة ومختلفة ٌمكن استخدامها فً اجهزة الطرد المركزي والتً سبق وتم دراستها فً السنوات السابقة .اال ن سنقوم بدراسة احد المحركات االكثر استخداما فً هذه االجهزة لتوفر ما تحتاجه هذه االجهزة من مواصفات هً:الحجم الصؽٌر ،السرعة العالٌة ،القدرة الكبٌرة وسهولة التحكم بالسرعة وهو المحرك العام ( .)Universal Motorوٌمكن تشؽٌل هذا المحرك بالطاقة المستمرة أو المتناوبة ،لذلك سمً بالعام وٌتكون من االجزاء اآلتٌة-: -1ملؾ المجال ( )Field Coil -2عضو االنتاج ()Armature -3مجمع العاكس /فرش الكربون ( )Brash/Commutator ان ملؾ المجال وعضو االنتاج مربوطان على التوالً ،وتكون عدد لفات ا لملؾ قلٌلة بمساحة مقطع كبٌر لتقلٌل محا ثة ملؾ المجال(عكس ما موجود فً المحرك المستمر) .الشكل (ٌ )11-17وضح تصمٌم المحرك العام واجزاءه المختلفة ،بٌنماالشكل(ٌ )12-17وضح الدابرة الكهربابٌة لنفس المحرك. الشكل 11-17رسم توضٌحً ألجزاء المحرك العام 193 الشكل 12-17رسم للدائرة الكهربائٌة للمحرك العام عند مرور التٌار فٌه ٌقابله فً نفس الوقت انعكاس اتجاه التٌار فً عضو االنتا ج بسبب وجود مجمع العاكس (مؽٌر االتجاه /الفرش ) ،فٌبقى اتجاه التٌار الكلً ثابت،علما بان تؽٌر اتجاه تٌار عضو االنتاج ٌحدث بمعدل ( )100مرة عند تردد مصدر( )50Hzمما ٌؤدي إلى حركة عضو التدوٌر والعتلة المرتبطة بها حاملة انابٌب السابل فً جهاز الطرد المركزي. 4-5-17موقف السرعة االلً ( )Dynamic Breaker عند اطفاء جهاز الطرد المركزي فان عضو التدوٌر (ٌ )Shaftستمر بالدورا ن لفترة قصٌرة قبل ان ٌتوقؾ ،وهذا ؼٌر مرؼوب فٌه النه ٌؤدي إلى أنسكاب السوابل أو اٌذاء المشؽل فضال عن أمكانٌة العدوى ،لذا ٌوضع موقؾ الً الٌقاؾ دوران ا لمحرك عند قطع مصدر الطاقة; أما باستخدام مقاومة ترتبط بمفتاح القطع ( )Off Switchذي طرٌقٌن ،فترتبط المقاومة عند االطفاء على التوازي مع عضو االنتاج مما ٌجعل المحرك ٌبطا وٌتوقؾ بسبب الحمل الذي تولده المقاومة.أما فً المحرك العام فؽالبا ما تستخدم مصدر فولتٌة مستمرة تربط الٌا عند ؼلق مفتاح التشؽٌل على التوازي مع ملفات المحرك لتولد مجاال مؽناطٌسٌا ثابتا ٌسبب ابطاء سرعة المحرك ثم توقفه .الشكل (ٌ )13-17وضح كٌفٌة ربط المصدر المستمر( )12Vمع المحرك بمفتاح ذي طرٌقٌن عند االطفاء. شكل 13-17الدائرة الكهربا ئٌة للموقف االلً المستخدم فً المحرك العام 5-5-17السٌطرة على سرعة محرك جهاز الطرد المركزي ()Speed Control للسٌطرة على سرعة المحرك العام فً جهاز الطرد ا لمركزي تستخدم دابرة الكترونٌة بسٌطة تحتوي على مفاتٌح السٌطرة االلكترونٌة الداٌك ( )DIACوالتراٌك ( )TRIACاللذٌن سبق ان ودرستهما فً الفصول السابقة ،كما موضح فً الشكل ( .)9-17عند تؽٌر قٌمة المقاومة المتؽٌرة ()R1 المتصلة مع الداٌك والمتسعة (ٌ )C1ؤدي إلى زٌا دة وتقلٌل زمن شحن المتسعة التً تحفز الداٌك عند تفرٌػ شحنتها العطاء نبضة على بوابة الترا ٌك لقدحه لبدء التوصٌل واشتؽال المحرك عند الزمن المحدد للموجة المتناوبة ،وبالتالً إلى قٌمة القدرة المتناوبة التً تصل ا لمحرك فتسبب سرعته ،علما 194 بأن التراٌك هو مفتا ح مفتوح ٌوصل فقط عند أستالمه نبضة من الدا ٌك لٌشتؽل بالتزامن مع الموجه المتناوبة فإذا كانت الموجة كاملة ستعطً أكبر قدرة ،وٌكون ا لمحرك بسرعته القصوى وتقل السرعة كلما قلت القدرة بمقدار النقص بالموجة المتناوبة .المقاومة ( )R2والمتسعة ( )C2المربوطتان فً الدابرة االلكترونٌة هما لزٌادة قدرة الدابرة التً ٌحتاجها المحرك للدوران ،وٌمكن ازالتهما عند استخدام الدابرة للسٌطرة على شدة اضاءة مصباح متوهج (دابرة خافت ا لضوء). M الشكل 14-17الدائرة االلكترونٌة للسٌطرة على سرعة المحرك العام باستخدام المفاتٌح السلكونٌة 6-17جهاز قٌاس الطٌف )(Spectrophotometer فً المختبرات السرٌرٌة هندا ك طلدب مسدتمر للقٌاسدات الكمٌدة .وباسدتخدام الطدرق الكمٌدة ،فدان الكمٌة الحقٌقٌة للمادة ا لمجهولدة ٌمكدن كشدفها بدقدة ،وهدذه هدً القا عددة للعدٌدد مدن التحلدٌالت المختبرٌدة وباالخص المواد الكٌمٌاوٌة.هنا ك طدرق مختلفدة للقٌاسدات الكمٌدة وان ا حددى هدذه الطدرق ا لتكنٌكٌدة فدً المختبرات هً القٌاسات الضوبٌة ) .(Photometryالقٌاسات الضوبٌة ،توظدؾ اللدون وتؽٌدره للكشدؾ عن تركٌز المادة المجهولة فً داخل المحلول. والضددوء هددو عب دارة عددن اصددطال ح ٌطلددق علددى الطاقددة االشددعاعٌة ذات اطددوا ل موجٌددة مربٌددة، وٌسمى الطٌؾ الشمسً .أو منا طق ؼٌر مربٌة مجأورة للمنطقة المربٌة .وٌقاس الشعاع المربً بالطول الموجً ) (Wave Lengthوٌرمز له ) (وٌسمى (لمدا) ووحدته ( (nm=10-9نانومٌتر. اللون والطول الموجً: ضوء النهار أو الضوء االبٌض هو خلٌط من الوان .فإذا تشتت الضوء االبٌض أو أمتص جزبٌا، فان مركبا ته سوؾ تكون مربٌة. الضوء ا لمربً ٌعتمد على الطول الموجً المنبثق من الضوء .ومثا ل على ذلك هو االلوان من القوس قزح. الكثٌر من المحالٌل لها خاصٌة أمتصا ص طول موجً محدد للضوء ،ونفاذ الباقً من االطوال الموجٌة .هذه المحالٌل تظهر خواص محددة لاللوان ،والتً تعتمد على الطول الموجً للضوء الذي ٌمر خاللها. عندما ٌمر الضوء فً مرشح ،أو موشور ،أو محزز حٌود سوؾ ٌتجزا إلى الوان الطٌؾ المربً من البنفسجً إلى االحمر ،لكن اللون عبا رة عن حزمة من االطوال الموجٌة المربٌة .طٌؾ الضوء 195 المربً ٌبدا من ) (400nmوالذي هو اللون البنفسجً إلى ) (700nmالذي هو اللون االحمر ،واقل من )ٌ (400nmسمى فوق البنفسجٌة ) (Ultravioletواعلى من )ٌ (700nmسمى تحت الحمراء ) (Infraredوهاتان االشعتان تكونان ؼٌر مربٌتٌن ).(Invisible والشكل )ٌ (15-17مثل تقسٌمات الطول الموجً شكلٌ 15-17مثل الطول الموجً وانواع االشعة المرئٌة وغٌر المرئٌة 1-6-17االجهزة المستخدمة فً القٌاسات الضوئٌة -1جهاز المرشح الضوبً )(Filter Photometer -2جهاز الطٌؾ الضوبً )(Spectrophotometer -3جهاز األمتصاص الذري )(Atomic Absorbation -4جهاز اللهب الضوبً )(Flame Photometer -1جهاز الطٌف الضوئً ):(Spectrophotometer هددو جهدا ز ٌسددتخدم لمعرفددة تركٌددز مددواد كٌمٌاوٌددة فددً المحالٌددل مثددل مصددل الدددم أو االدرارعددن طرٌق تفاعل كٌمأوي ٌنتج لونا معٌنا له طول موجً معدٌن ،وٌمكدن معرفدة التركٌد ز عدن طرٌدق تددرج اللددون مددن الف داتح إلددى الؽددامق ،حٌددث ٌكددون الؽددامق أكبددر تركٌددز مددن اللددون الف داتح; والشددكل )(16-17 ٌوضح انواعا مختلفة من اجهزة ) .(Spectrophotometerان عمل الجهاز ٌكون بقراءة شدة الضوء ا لمحلدول وٌسددمى أمتصداص ) (Absorbanceوٌرمددز لدده ) (Aالنافدذ مددن خددالل المحلدول المددراد قٌداس تركٌزه.اي ان الجهاز ٌقٌس أمتصاص الضوء النافذ من خالل شكل 16-17مجموعة من اجهزة )(Spectrophotometer 196 أو ٌقددٌس النفاذٌددة وتسددمى ) (Transmittanceوٌرمددز له دا ) (Tوا لتددً تكددون بنسددبة مبوٌددة ) .(%وان النفاذٌة هً عكس األمتصاص ،فمثال عندما ٌكون األمتصاص ) (0تكون النفاذٌة ).(100% وعندما ٌكون األمتصاص ) (تكون النفاذٌة )(0% ولمعرفددة تركٌددز الم دادة المجهولددة ) (Sampleمددن األمتص داص ٌجددب أسددتخدام م دادة معروفددة التركٌددز واألمتصاص وتسمى المادة المرجعٌة ) (Standardوٌحسب التركٌز المجهول من المعادلة اآلتٌة: )A( s ) C ( st ) A( st )(5-17 C ( s) حٌث ان =C(s) :تركٌز المادة المجهولة ) =A(sأمتصاص المادة المجهولة ) =C(stتركٌز المادة المرجعٌة )=A(stأمتصاص المادة المرجعٌة حاوٌة المحلول المجهول التركٌز ):(Cuvette لكً نقدٌس ا لتركٌدز للمحلدول ا لمجهدول ٌجدب وضدعه فدً حاوٌدة شدفافة تصدنع ؼالبدا مدن الزجداج المصقول ،وتكون ذات مقطع مربع لها طرفدان سدمٌكان متقدابالن ،والطرفدان االخدران المتقدابالن قلدٌال السمك ،والذي ٌمدر الضدوء مدن خاللده ،ونحسدب منده األمتصداص ) (Aوالمسدافة بدٌن الطدرفٌن القلٌلدً السمك تكون ؼالبا بسمك ) (1cmوٌسمى طول الممر ).(Path Length واذا لددم تسددتخدم اطٌداؾ الضددوء المربددً ،واسددتخدمنا االشددعة الفددوق البنفسددجٌة ،فٌجددب اسددتخدام حاوٌددة للمحلول مصنوعة من الـدـ ) ;(Quartzالن هدذه االشدعة لهدا طاقدة عال ٌدة فبمدرور ا لدزمن سدوؾ تخددش الزجاج ،وٌبدا الضوء بالتشتت. وهنداك ندوع اخدر مدن الحأوٌدات )ٌ (Cuvetteصدنع مدن البالسدتك الشدفاؾ ،وهدذا ا لندوع ٌسدتعمل لمدرة واحدة النه سرٌع التخدش .والشكل )ٌ (17-17مثل شكل الــ ).(Cuvette شكل ٌ 17-17مثل الــ )(Cuvette 197 مكونات جهاز الطٌف الضوئً: فً الشكل ) (18-17رسم تخطٌطً لجهاز ) (Spectrophotometerوالذي ٌتكون من: -1مصدددر االشددعاع :وٌكددون أم دا مربٌ دا مددن مصددباح اعتٌ دادي ،أو اشددعة فددوق ا لبنفسددجٌة مددن مصددباح ) ،(Deuterium Lampوٌكون االختٌار حسب نوع التحلٌل. -2المرشددحات األو لٌددة :وتقددوم هددذه المرشددحات بدامرار مجموعددة معٌنددة مددن الحددزم لالطددوال الموجٌددة. وهنالك ثالث مرشحات ) (Filterهً: ا -المرشددح االزرق -:والددذي لدده القابلٌددة علددى امددرار االطددوال الموجٌددة لاللددوان (البنفسددجً والنٌلدددً واالزرق واالخضر). ب -المرشدح البرتقدالً -:والدذي لده القابلٌدة علددى امدرار االطدوال الموجٌدة لاللدوان (االحمدر والبرتقدالً واالصفر). المرشح االزرق والبرتقالً ٌمرر االطوال الموجٌة المربٌة مدن ) (400nmإلدى ) (700nmوالتدً هدً الضوء المربً من المصباح االعتٌادي. ج -المرشح البنفسجً الؽامق -:والذي له القا بلٌة على إمرار حزمة األطوال الموجٌة الفدوق البنفسدجٌة، وا لتدددً تكدددون ؼٌدددر مربٌدددة وتسدددتخدم مدددع مصدددباح ) (Deuterium Lampوالطدددول ا لمدددوجً لددده مدددن ) (180nmإلى ).(400nm -2محدد الطول الموجً ):(Monochromator وٌكون أما موشور ) (Prismأو محزز الحٌدود ) (Diffraction Gratingوالدذي ٌقدوم بفصدل واختٌددار طددول مددوجً واحددد السددتخدامه فددً القٌدداس .وطرٌقددة حركتدده تكددون حددول محددور متحددرك. وللحصددول علددى طددول مددوجً محدددد ٌمددرر علددى قطعددة معدنٌددة ذات فتحددة مسددتطٌلة ضددٌقة تسددمى (الشرٌحة) تكون كفٌلة بامرار طول موجً واحد وبنسبة ) (2nmعن الطول الموجً المحدد. 198 شكل 18-17المخطط لجهاز )(Spectrophotometer -4موضع الــــ ) -:(Cuvetteهو عبدا رة عدن مسدند لوضدع ) (Cuvetteوٌكدون دا خدل صدندوق مؽلدق اسود اللون لمنع انعكاسات الضوء علٌه. -5المتحسس -:هو الجزء الذي ٌستلم الضوء النافدذ مدن العٌندة ) (Sampleوٌقدوم بتحوٌدل الضدوء إلدى تٌار كهربابً ٌتنا سب مع تركٌز المحلول. -6عارضة البٌانات -:وتكون من مقٌاس ذي مؤشر ،أو شاشة رقمٌة ،أو شاشة ) (LCDوالتً تعرض النتٌجة النهابٌة. طرٌقة عمل الجهاز: عند تشدؽٌل الجهداز سدوؾ ٌضدا المصدبا ح وٌمدر علدى عدسدة ألمدة لتركٌدز االشدعة وٌرسدل إلدى الفلتددر األولددً لتحدٌددد الحزمددة مددن االطددوال الموجٌددة ،وبعدددها ٌمددر علددى ) (Monocromatorلتحدٌددد الطول المدوجً المدراد اسدتخدامه ،ثدم ٌمدر علدى العٌندة والتدً تكدون داخدل الـدـ ) ،(Cuvetteثدم ٌرسدل الطول الموجً النافذ إلى المتحسس ،وٌتحول الضوء إلى تٌار كهربابً وٌقرا على العارضة. 199 االعتناء بالجهاز: ٌ -1جب وضع الجهاز بصورة ا فقٌة على سطح مستوي ثابت ؼٌر قابل لالرتجاج. ٌ -2جب ان ٌكون ال ) (Cuvetteنظٌؾ ،وال توجدد طبعدات االصدابع ،وال توجدد فقاعدات هوا بٌدة فدً المحلول. ٌ -3جب وضع الجهاز فً مكان جٌد التهوٌة النه ٌتالؾ من اجهزة ا لكترونٌة دقٌقة. 7-17جهاز الهٌموكلوبٌن )(Hb device وهو جها ز مختبري ٌعمل على طول موجً مقداره ) ،(λ=540 nmوهو لقٌاس نسبة الهٌموكلوبٌن بالدم ،وعمل الجهاز مشابه لعمل جهاز ) (Spectrophotometerجهاز الطٌؾ الضوبً ،وهو اكثر دقة لكونه جهاز تخصصً لقٌاس الهٌموكلوبٌن ،والموضح صورته فً الشكل (.)19-17 الشكل ( ) 19-17جهاز قٌاس الهٌموكلوبٌن المختبري 1-7-17عمل الجهاز هو جها ز مصمم بحٌث تبقى شدة اضاءة المصباح ثابتة لؽرض الحصول على النتابج الدقٌقة للتحالٌل .وسوؾ نتطرق إلى االنواع القدٌمة والحدٌثة لمجهز القدرة ) (Power Supllyللجهاز ،وكلها تصب فً ا لسٌطرة على فولتٌة المصباح ،والتً تؤدي إلى الدقة وكاآلتً: -1البطارٌات:وتستعمل فً االجهزة المتنقلدة ،وتكدون مدن الندوع القا بدل للشدحن(.)Rechargeable نوع البطارٌات ا لمستخدمة هً نٌكل – كادٌوم ) ، (Ni-Cdولكن هدذه اال جهدزة محدددة بتٌدارات واطبة ،وهذا ٌعنً قلة الدقة .ان استعمال هذه االجهزة فً الوقت الحالً قلٌل جددا فدً مختبدرات التحلٌالت المرضٌة ،واكثر استخداماتها فً المناطق التً ال ٌتوفر فٌها الكهرباء. -2محوالت الفولتٌة الثابتة ٌ (Transformer):ستخدم هذا ا لنوع من مجهزات القدرة فً المستشفٌات والمراكز الصحٌة ،وٌتمٌز هذا النوع من مجهزات القدرة بانه حساس للتؽٌرات التً تطرا على الفولتٌة أو التردد ،وهذا ٌؤدي إلى ان النتا بج ؼٌر دقٌقة وصحٌحة. -3مجهز القدرة االلكترونًٌ :ضاؾ جهاز لتثبٌت الفولتٌة ) (Stabilizerوهو النوع المستخدم فً االجهزة ا لحدٌثة وبذلك تكون النتابج اكثر دقة. 200 بعد ان تمت السٌطرة على الفولتٌة المجهزة للمصباحٌ ،جب معرفة مواصفات المصباح المستخدم فً الجهاز وكاآلتً: ٌ جب ان ٌعطً حزمة ثابتة وضٌقة من الضوء قدر األمكان. مصمم المصبا ح بحٌث عند تبدٌله ٌكون على نفس كاالستقامة بالنسبة للشعاع المنبعث ، وٌكون المصباح ا لمستبدل من نفس النوع. ٌ عطً المصباح طاقة ضوبٌة اكثر من الطاقة الحرارٌة حتى التتاثر العٌنة المراد اختبارها. بعد ذلك ٌمرر الضوء على العدسات الألمة ،والتً تقوم بجمع الضوء وتركٌزة ،وٌمرر الضوء إلى الفلترالضوبً الذى ٌمرر اللون االخضر فقط ،وٌحجب باقً االلوان ،وهو ذو طول موجً (540 نانو متر) ،وفً بعض االجهزة ٌضاؾ فلترحراري فً مسار الحزمة الضوبٌة قرٌبا من الضوء لحماٌة الفلتر الضوبً من تاثٌر الحرارة ،وكذلك حماٌة العٌنة المراد تحلٌلها .أما الؽالق (منظم الفتحة) )(Slit فنقوم بتجمٌع الضوء لؽرض اسقاطة على العٌنة ) (Sampleالمراد تحلٌلها ,ان الضوء الذي ٌمرمن خالل ا لعٌنة ٌمر على خلٌة ضوبٌة ) (Photo Cellالتً بدورها تقوم بتحوٌل الضوء الساقط علٌها إلى اشارة كهربابٌة ولكنها ضعٌفة تكبر بواسطة المكبر ) ،)Amplifierثم االشارة إلى الكاشؾ ) (Detectorومن الكاشؾ إلى المقٌاس ) ، (Meterوتمثل قراءة المقٌاس نسبة الهٌموكلوبٌن مباشرة. والشكل ( )20-17المخطط الكتلً لجهاز قٌاس ا لهٌموكلوبٌن فً الدم. شكل 20-17المخطط الكتلً لجهاز قٌاس الهٌموكلوبٌن فً الدم 201 8-17جهاز قٌاس الحامضٌة )(PH Meter قٌاس الحامضٌة ) (PHهو تقنٌة تحلٌلٌة مهمة ،وهً تستخدم على اساس ٌومً فً مجموعة واسعة من التطبٌقات التً تقوم القرارات على هذه النتابج،وٌمكن ان تكون لها عواقب واسعة النطاق فً مجاالت مثل السالمة ،والصحة وسالمة االؼذٌة والمنتجات وحماٌة البٌبة. وهو جهاز ٌستخدم لقٌاس حأمضٌة أو قاعدٌة المحلول من خالل التركٌبات الكٌمٌابٌة المختلفة [، ،بصورة مطلقة فان المحلول ذا الطبٌعة الحامضٌة ٌحتوي على اؼلبٌة الٌونات الهٌدروجٌن ] وكمٌة قلٌلة من اٌونات الهٌدروكسٌد ] 𝑂[ القا عدٌة،بٌنما المحالٌل ذات الطبٌعة القاعدٌة فانها [. تحتوي على نسبة ا على من اٌونات الهٌدروكسٌد القاعدٌة قٌاسا باالٌونات الحامضٌة ] لقد اثبت علمٌا ا ن فً درجة الحرارة الطبٌعٌة ( ٌ (25كون تقسٌم المؤشر للجهاز بٌن الصفر ( )0كادنى قراءة و( )14كاعلى قراءة ممكنة للمقٌاس ،وهذا ٌعنً ان درجة الحرارة لها تاثٌر على نتٌجة التحلٌل ،أما النقطة الوسطٌة للمقٌاس ( )7تمثل المحلول المتعادل (اي ان المحلول الحأمضً وال قاعدي بل متعادل) ،وٌمكن اعتبار الماء المقطر محلوال متعادال (اي المؤشر على ، )7وتكون قراءة ا لمؤشر للمحلول القاعدي المركز( )%100على ، 14وتكون قراءة المؤشر للمحلول الحامضً المركز( )%100على الصفر،وتكون قٌمة ال] [PHلدم االنسان الطبٌعً: 7.34 7.43 المدى الطبٌعً الشكل ٌ 21-17وضح جهاز قٌاس الحامضٌة )(PH Meter 202 1-8-17مبدأ العمل عندما ٌمر التٌار الكهربابً المضاؾ الٌه الصودا الكأوٌة ٌصبح الماء ذات موصلٌة للكهرباء جٌدة وٌتحلل الماء إلى مركباته االساسٌة وهً الهٌدروجٌن واألوكسجٌن ،وان اٌونات الهٌدروجٌن .موجبة فتتجه إلى القطب السا لب.وبذلك سوؾ تتحرر الكترونات وٌنطلق ؼاز الهٌدروجٌن النقً. المحلول القاعدي االقوى سٌطلق اٌونات اكثر اي ان القوة الدافعة الكهربابٌة اكثر عند االقطاب،وٌمكن قٌاس هذه القوة الدافعة الكهربا بٌة لمعرفة القٌمة القا عدٌة للمحلول.وكمثال لما سبق توضٌحه فان كلورٌد الهٌدروجٌن ) (HCLاقوى من حأمض الخلٌك ) (CH3COOHبسبب تولٌد اٌونات موجبة فً الحامض األول اكثر من الحامض الثانً. 203 اسئلة الفصل السابع عشر – 1اذكر انواع المجاهر –2عدد اجزاء المجهر الضوبً ا لمركب مع رسم احد انواعه؟ –3اذكر وظٌفة كل من- : العدسات الشٌبٌة ،العدسات العٌنٌة ،المكثؾ ،المراة أو المضًء. –4وضح كٌفٌة تكون الصورة فً جهاز المجهر -5وضح كٌفٌة ضبط المجهر. –6عرؾ ما ٌلً :الحجاب الحدقً ،مفاتح الضبط الدقٌق ،مفاتح الضبط التقرٌبً –7كٌؾ ٌمكن حساب قوة التكبٌر الكلٌة للمجهر؟ – 8وضح عمل انًٛضاٌ انًٛكبَٛك ( ٙانًٛضاٌ رٔ انكفز) ٍٛ – 9وضح عمل انًٛضاٌ انكٓشٔيٛكبَٛك( ٙكفخ ٔاؽذح) 10عرؾ كل مما ٌأتً-: سرعة الطرد المركزي -جهاز الطرد المركزي -المحرك العام -مفاتٌح أمان المحرك -11ما هو مبدا عمل المحرك العام؟ -12عدد اجزاء المحرك العام مع شرح موجز لكل نوع -13لماذا ٌفضل استخدام المحرك العام فً اجهزة الطرد المركزي؟ -14عدد اجزاء جهاز الطرد ا لمركزي مع شرح موجز الثنٌن منها -15كٌؾ ٌتم اٌقاؾ المحرك العام ،ارسم الدابرة مع الشرح؟ -16ارسم مع الشرح دابرة مؽٌر السرعة -17كٌؾ ٌتم فصل الدقابق العالقة فً السابل باستخدام جهاز الطرد المركزي؟ -18كٌؾ ٌعمل المؤقت المٌكانٌكً؟ -91عرؾ اآلتً :الطٌؾ الضوبً ،جهاز الطٌؾ الضوبً ،األمتصاص ،النفاذٌة ،محزز الحيود،الضوء ،الفالتر -02ما فابدة الموشور أو محزز الحٌود فً جهاز الطٌؾ الضوبً -21ماذا ٌحدث لو أم تص طٌؾ ضوبً واحد من الضوء المربً؟ -22لماذا ٌوجد مصباح للضوء المربً ،ومصباح ( )uvفً جهاز الطٌؾ الضوبً؟ -23ارسم المخطط الضوبً لجهاز الطٌؾ الضوبً. - 24أشرح مبدا عمل جهاز قٌاس الهٌموكلوبٌن. – 25أشرح مبدا عمل جهاز قٌاس الحامضٌة. 204