هندسة الإلكترونيات وأهم المجالات والتخصصات وفرص العمل

كيف تصنع دائرة مضاعفة الجهد ثلاث مرات ؟ 

اصنع بنفسك دائرة مضاعفة الجهد ثلاث مرات Voltage Tripler هي دائرة إلكترونية تقوم برفع جهد التيار المتردد (AC) وتحويله إلى تيار مستمر (DC) بقيمة تعادل ثلاثة أضعاف قيمة جهد الذروة للمدخل. تتكون الدائرة أساساً من 3 ثنائيات (Diodes) و 3 مكثفات (Capacitors)

 ما هو مُضاعِف الجهد الثلاثي؟

دائرة مضاعفة الجهد هي دائرة كهربائية تُضاعف جهد الدخل ثلاث مرات، أي أن جهد الخرج سيكون ثلاثة أضعاف جهد الدخل الأقصى. يمكننا بناء دائرة مضاعفة الجهد بسهولة باستخدام بعض الثنائيات والمكثفات. تُعدّ دائرة مضاعفة الجهد نوعًا من دوائر المضاعفة التي تُخرج جهدًا يعادل ضعفين أو ثلاثة أو أربعة أضعاف جهد الدخل الأقصى.
تُستخدم دوائر مضاعفة الجهد عندما نحتاج إلى جهد عالٍ وتيار منخفض. كما تُستخدم أيضًا لتقليل حجم المحولات أو حتى الاستغناء عنها في بعض الأحيان. وهي مفيدة جدًا في تحويل جهد التيار المتردد المنخفض إلى جهد تيار مستمر عالٍ مع الحاجة إلى تيار منخفض.

المكونات المطلوبة

    3 ديودات من نوع 1N4007
    3 مكثفات سعة 22 ميكروفاراد
    محول خافض للجهد 9-0-9
    مقياس متعدد رقمي

الصمام الثنائي (1N4007)

الدايود جهاز أحادي الاتجاه، أي أنه يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد فقط. يُستخدم في العديد من التطبيقات الإلكترونية مثل التقويم، ومعالجة الإشارات، وتقطيع/تثبيت الإشارات، وكشف الإشارات، ومزج الإشارات، والعديد من الأنظمة الإلكترونية. يحتوي على طرفين: الأنود والكاثود. لذا، يجب أن يمر التيار من الأنود إلى الكاثود .
في الواقع، يعمل الصمام الثنائي على مبدأ أشباه الموصلات. لذا، يوجد نوعان من أشباه الموصلات يعتمدان على الإلكترونات الحرة: النوع N والنوع P.
يحتوي شبه الموصل من النوع N على عدد كبير من الإلكترونات الحرة وعدد قليل جدًا من الفجوات الموجبة. لذا، تُسمى الإلكترونات حاملات الشحنة الأغلبية، بينما تُسمى الفجوات حاملات الشحنة الأقلية. أما شبه الموصل من النوع P، فيحتوي على تركيز أعلى من الفجوات الموجبة وتركيز أقل بكثير من الإلكترونات. لذا، فإن حاملات الشحنة الأغلبية هي الفجوات، وحاملات الشحنة الأقلية هي الإلكترونات.

يمكنك قراءة : -شرح تعديل دائرة الباور لجميع انواع التلفزيون والشاشات Power Module
عندما تتلامس منطقتا النوع P والنوع N، تنتشر حاملات الشحنة الرئيسية من جانب إلى آخر. ولأن عدد الفجوات أقل في منطقة النوع N وعدد الإلكترونات أقل في منطقة النوع P، فإن فرق التركيز يؤدي إلى تحرك الإلكترونات نحو منطقة النوع P والفجوات نحو منطقة النوع N. وعندما تنتشر الإلكترونات من منطقة النوع N مع الفجوات في منطقة النوع P، والعكس صحيح، تتشكل طبقة من الأيونات الموجبة على جانب النوع N وطبقة من الأيونات السالبة على جانب النوع P.
تظهر هاتان الطبقتان على طول خط التقاء منطقتين/أشباه موصلات. تُعرف هذه المنطقة المكونة من طبقتين من الأيونات بمنطقة الاستنزاف أو طبقة الاستنزاف، وذلك لعدم وجود شحنة فيها نتيجة إعادة اتحاد جميع الأيونات.
بمجرد تشكل طبقة الاستنزاف، لا يحدث انتشار لحاملات الشحنة من كلا المنطقتين بسبب المجال الكهربائي المتولد من منطقة الاستنزاف هذه.
إذا قمنا بتوصيل الطرف الموجب (P) للدايود بالقطب الموجب للبطارية والطرف السالب (N) بالقطب السالب، يُعرف ذلك بالانحياز الأمامي. عند زيادة الجهد من الصفر، لا يمر تيار كهربائي في البداية عبر الدايود، لعدم كفاية الجهد لعبور حاملات الشحنة حاجز الجهد في طبقة الاستنزاف. وعندما يتجاوز الجهد المطبق على الدايود قيمة معينة، يمر التيار الكهربائي فيه.
إذا قمنا بتوصيل الطرف السالب (N) للدايود بالقطب السالب للبطارية والطرف الموجب (P) بالقطب الموجب، يُعرف ذلك بالانحياز العكسي. عند تطبيق هذا الانحياز، تنجذب الإلكترونات السالبة في الطرف الموجب نحو القطب السالب، بينما تنجذب الفجوات في الطرف السالب نحو القطب الموجب. ونتيجةً لذلك، تتسع طبقة الاستنزاف، وبالتالي يمنع الدايود مرور التيار. لهذا السبب، يُعتبر الدايود جهازًا أحادي الاتجاه.
مكثف
المكثف جهاز يُستخدم لتخزين الطاقة على شكل شحنة كهربائية. ويُستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الإلكترونية. يتكون المكثف من لوحين معدنيين مملوءين بمادة عازلة. عند تطبيق فرق جهد كهربائي بين اللوحين ، يتولد مجال كهربائي بينهما، فتتجمع الشحنة الموجبة على الجانب السالب، والشحنة السالبة على الجانب الموجب.
تستمر هذه العملية حتى تمتلئ كلتا الصفيحتين بشحنة كافية، وعندها يكون المكثف مشحونًا بالكامل. تحمل كلتا الصفيحتين نفس الشحنة ولكن بقطبية مختلفة، مما يُنشئ مجالًا كهربائيًا بينهما. هكذا يحتفظ المكثف بالشحنة. لننظر الآن في سبب وجود مادة عازلة بين صفيحتي المكثف.

يمكنك قراءة : -   هندسة الإلكترونيات وأهم المجالات والتخصصات وفرص العمل
تحتوي المادة العازلة على جزيئات قطبية، أي أنها تتحرك باتجاه أي من اللوحين بناءً على الشحنة المطبقة عليهما. وبالتالي، تصطف الجزيئات بطريقة تجذب المزيد من الإلكترونات نحو اللوح السالب وتدفع المزيد منها بعيدًا عن اللوح الموجب. عند إزالة البطارية بعد شحن المكثف بالكامل، يمكن للمكثف الاحتفاظ بهذه الشحنة لفترة طويلة، وهذا ما يجعله عنصرًا لتخزين الطاقة. عند توصيل حمل كهربائي بين طرفي المكثف، يبدأ المكثف بالتفريغ ويبدأ التيار بالتدفق عبر الحمل الموصول.
يمكن استخدام المكثف في العديد من التطبيقات، ومنها هذا المشروع. كما يمكن استخدامه كمكثف تجاوز. تُستخدم مكثفات التجاوز مع الدوائر المتكاملة لتصفية التشويش في مصدر الطاقة، مثل معالجة التموجات والتقلبات الناتجة عن عمليات التبديل. فعند انقطاع التيار الكهربائي في ذلك التوقيت، يعمل المكثف كمصدر طاقة مؤقت. ويمكن استخدامها أيضًا في المقومات. ورغم أن المقوم يتكون من ثنائيات، إلا أن دور المكثف لا يقل أهمية.
يُنتج المُقوِّم موجةً مستمرةً، وعند مرورها عبر المكثف، تتحول إلى إشارة تيار مستمر سلسة نتيجةً لشحن المكثف وتفريغه. يُستخدم المكثف أيضًا في ترشيح الإشارات، حيث يُصمم المرشحات المستخدمة على نطاق واسع في معالجة الإشارات. لذا، يُستخدم في أجهزة الراديو لضبط التردد واختيار القناة المثالية للاستماع. وأخيرًا وليس آخرًا، يُستخدم المكثف لتخزين الطاقة. يتميز المكثف بعمر افتراضي أطول بكثير من البطاريات العادية، كما أنه يُوفر الطاقة بسرعة أكبر نظرًا لقصر زمن شحنه وتفريغه.

مخطط دائرة الجهد الثلاثي

الدائرة بسيطة للغاية. يمكنك صنع هذه الدائرة إما على لوحة تجارب أو لحامها على لوحة مثقبة. ما عليك سوى اتباع مخطط الدائرة وستكون جاهزًا. أولًا، وصّل طرف 9 فولت للمحول بالطرف الموجب للمكثف. ثم وصّل الطرف السالب لهذا المكثف بالطرف الموجب للدايود، ثم وصّل الطرف السالب لهذا الدايود بطرف 0 فولت للمحول. بعد ذلك، وصّل الطرف السالب لدايود آخر بالطرف الموجب لهذا الدايود، والطرف الموجب للدايود الثاني بالطرف السالب للمكثف الثالث، ثم وصّل الطرف الموجب لهذا المكثف بطرف 0 فولت للمحول.

يمكنك قراءة : -  جهاز مراقبة جهد بطارية الرصاص الحمضية Battery monitor
الآن، عليك توصيل الطرف الموجب للمكثف الثالث بالطرف السالب للثنائي السابق والطرف السالب بالطرف الموجب للثنائي الثالث، ثم توصيل الطرف السالب لهذا الثنائي بطرف 0 فولت للمحول.
نستخدم محولًا من نوع 9-0-9 لخفض جهد التيار المتردد الرئيسي البالغ 220 فولت. في النصف الأول من الدورة الموجبة، ينحاز الصمام الثنائي D1 انحيازًا أماميًا، وتُشحن المكثفة C1 من D1 إلى قيمة الجهد القصوى (Vpeak). أما في النصف الثاني من الدورة السالبة، فينحاز الصمام الثنائي D2 انحيازًا أماميًا، بينما ينحاز الصمام الثنائي D1 انحيازًا عكسيًا. يمنع D1 تفريغ المكثفة C1. تُشحن المكثفة C2 بالجهد الكلي للمكثفة C1 (Vpeak) والجهد السالب الأقصى للتيار المتردد الرئيسي، لتصل إلى 2Vpeak.
خلال النصف الثاني الموجب من الدورة، يمر التيار عبر الثنائيين D1 وD3، بينما ينحاز الثنائي D2 انحيازًا عكسيًا. بالتالي، يشحن المكثف C3 إلى نفس جهد المكثف C2، وهو 2 فولت ذروة. وبما أن المكثفين C1 وC3 موصولان على التوالي، فإن الجهد الكلي عبرهما يساوي V ذروة + 2 فولت ذروة = 3 فولت ذروة. هكذا نحصل على قيمة الجهد المطبق كخرج، وهي ثلاثة أضعاف القيمة الحقيقية. من الناحية التحليلية، قد تكون الحسابات السابقة صحيحة. ولكن يجب مراعاة الجانب العملي أيضًا. في الواقع، ينخفض ​​جزء من الجهد عبر الثنائيات، لذا فإن جهد الخرج ليس ثلاثة أضعاف جهد الدخل بالضبط، بل سيكون:
Vout = 3 x Vpeak – انخفاض الجهد عبر الثنائيات

يمكنك قراءة : - اصنع بنفسك جهاز اختبار إضاءة الليدات للشاشات LED Tester

آلية عمل دائرة مضاعفة الجهد

سيتم قياس جهد جانب الدخل من المحول، وجهد جانب الخرج من الصمام الثنائي الثالث. أولًا، اضبط مقبض جهاز القياس الرقمي المتعدد على نطاق 20 فولت، ثم قِس جهد الدخل، وبعد ذلك قِس جهد جانب الخرج بتغيير النطاق. في هذا المشروع، استخدمنا محولًا بجهد 9 فولت لتوفير جهد الدخل. هذه القيمة هي القيمة الفعالة (RMS) ، لذا لحساب جهد الذروة إلى الذروة ، نضربها في √2، وبالتالي Vpeak = 9 × √2 = 12.7 فولت
لذا، تحليليًا، يجب أن يكون الناتج 12.7 × 3 = 38.1 فولت
لكن اتضح أن الجهد يبلغ حوالي 37.3 فولت. لذا، فإن انخفاض الجهد عبر الثنائيات هو 38.1 - 37.3 = 0.8 فولت

 نشكركم علي متبعاتنا ! نحن في الخدمة دائماً ومستعدون للرد على كافة استفساراتك حول هذا الموضوع أو أي موضوع آخر.
لا تتردد أبداً في كتابة تعليقك أو استفسارك هنا، وسنقوم بالرد عليك في أسرع وقت ممكن. تواصلك يهمنا ويسعدنا دائماً!

(Tags):_{(( Related searches on google ))}

الجهدRMSدائرةدائرة إلكترونيةالصماممكثفمشروع إلكترونيدائرة مضاعفة الجهد