بلاگ

ساخت ترمز فعال الکتروموتور با ترانزیستور «ماس‌فت»

محور الکتروموتورها در کاربردهای زیادی باید فوری، پس از قطع جریان، از چرخش باز ایستد. اما اینرسی باعث می شود تا توقف محور موتور با تاخیر روبرو شود. در اینجا با مدار یک «سامانه‌ی ترمز فعال» آشنا می‌شویم که به صورت الکترونیکی ترمز می‌کند

برای چیره شدن بر چالش «موتورهایی که به موقع از چرخش بازنمی‌ایستند»، راه حل‌های مختلفی وجود دارد. البته، ما به عنوان دوستدار الکترونیک، قصد استفاده از «لقمه ترمز» یا دیگر روش‌های مکانیکی را نداریم و هدف‌مان ارایه‌ی یک راه حل عملی الکترونیکی برای حل این چالش است. در این راه حل یک افزاره‌ی فعال الکترونیکی، یعنی ترانزیستور اثر میدانی از نوع MOSFET، قلب مدار را تشکیل می‌دهد. در این مدار دو عدد از این افزاره به کار گرفته می‌شود.

این مدار به شکل‌های مختلف، اما با اساسی یک‌سان، در «سلاح‌های بادی الکتریکی» (Electric Soft Air Gun) به کار می‌رود. مدار دارای دو مسیر برای گذر جریان است: مسیر یکم از طریق ماسفت 1 که فرمان چرخش موتور را می دهد، و مسیر دویّم از راه ماسفت 2 که توان الکتریکی تولیدی توسط خود موتور را، پس از قطع جریان، تخلیه می کند.

علت استفاده از این مدار در سلاح های بادی الکتریکی این است که به فاصله‌ی بسیار کوتاهی پس از رهاکردن ماشه‌ی سلاح، موتور از کار باز‌ایستاده شود و سامانه‌ی گلنگدن بیکار شود تا از آغاز چرخه‌ی مجدد شلیک، پیش‌گیری شود.

خط مثبت باتری مستقیم به پایانه‌ی مثبت موتور و به یکی از اتصالات ماشه (یک کلید فشاری) وصل شده است. با کشیدن ماشه، ولتاژ مثبت به گیت ماسفت تیپ منفی 1 وارد شده و آن را به حالت هدایت می‌برد. در نتیجه، پایانه‌ی منفی موتور به خط منفی باتری وصل شده و موتور به کار می‌افتد. با رها کردن ماشه، خازن مدار یک پالس منفی روی گیت ماسفت تیپ مثبت 2 می فرستد که سبب هدایت آن و بسته شدن مسیر D-S آن می شود. به این ترتیب دو سر موتور اتصال کوتاه شده و نیروی الکتروموتوری حاصل از ادامه‌ی چرخش محور موتور به سرعت در ماسفت 2 به صورت گرما تلف شده و سبب ترمز شدن موتور در زمانی بسیار کوتاه می گردد.

هم در مسیر راه‌اندازی موتور و هم در مسیر ترمزکردن آن از «پی.تی.سی. فیوز» های ویژه‌ای استفاده شده که جریان عبوری را در حد بیشینه 6/5 آمپر محدود می‌کنند. در این فیوزها از ویژگی «مقاومت با ضریب حرارتی مثبت» (PTC = Positive Coeficient Temperature) استفاده شده است. مقدار اهمی مقاومت این افزاره‌ها در حالت سرد بودن بسیار کم است و با گرم شدن (مثلاً بر اثر عبور جریان زیاد) مقاومت‌شان افزایش پیدا می کند و همین خاصیت است که آنها را برای محدود کردن جریان مناسب ساخته است.

در این مدار، دیود 1 از نوع P6KE27CA و دیود 2 از تیپ 1N5819 دیودهای ضداختلال سریع هستند که ضربه‌های ولتاژ بالایی را که ممکن است بر اثر کارکرد الکتروموتور ایجاد شوند، با سرعت بالا، پیش از آن که به ماسفت‌ها آسیب بزنند، سرکوب می‌کنند.

این مدار به طور دایمی با باتری های تغذیه‌کننده‌ی آن در ارتباط است، اما تا هنگامی که ماشه کشیده نشده، هیچ جریانی مصرف نمی‌کند. این موضوع برای تجهیزات قابل حمل و نقلی که از این مدار در آنها استفاده بشود، حایز اهمیت است، زیرا دوام باتری را طولانی‌تر خواهد کرد.

ویژگی‌ها و مشخصات فنی این مدار در جدول‌های زیر جمع‌بندی شده‌اند.

این مدار را می‌توان با استفاده از افزاره‌های نصب سطحی (اس.ام.دی.) در اندازه‌ای بسیار کوچک مونتاژ کرد. تصویرهای زیر نمونه‌ای از طرح مونتاژ مدار با این افزاره‌ها را نشان می‌دهد. همان طور که دیده می‌شود، مدار روی یک تکه فیبر مدارچاپی دو رو مونتاژ می‌شود.

در تصویر زیر مراحل مونتاژ از چپ به راست و از بالا به پایین دیده می‌شود. در گام نخست ماسفت‌ها لحیم می‌شوند و سپس خازن و مقاومت و دیودها. فیوزها افزاره‌های سیم‌دار هستند. سطح بدنه‌ی آنها را برای حفاظت، با قطعه‌هایی از لوله‌های پلاستیکی مخصوصی که با گرمادیدن خودشان را جمع می‌کنند، می‌پوشانند. سر‌سیم‌ها به صورتی که در تصویر دیده می شود، شکل داده می‌شوند.

در گام آخر، سیم‌ها و ارتباط‌ها لحیم می شوند و نهایتاً، کلّ فیبر آماده شده در لوله‌ی پلاستیکی جمع‌شوی دیگری بسته‌بندی می‌شود.

همین مدار را می توان با افزاره‌های سیم‌دار نیز ساخت و در هر صورت باید به یاد داشت که کارکرد بی نقص این مدار در بازه‌ی ولتاژی 8 تا 16 ولت تضمین می‌شود، اما با ولتاژی زیر 7/2 ولت به درستی کار نخواهد کرد.

مقدار و نوع افزاره‌ها روی شماتیک مدار داده شده است. فیوزهای ساخت شرکت Bourns هستند. مقاومت ها همگی یک‌چهارم وات هستند، به‌استثنای مقاومت 3 که باید از نوع یک وات انتخاب شود.

ساخت مدار با افزاره‌های سیم‌دار

دستگاه را می توان به سرعت روی یک «بِرِد بورد» ساخت و کارکرد آن را مورد آزمایش قرار داد.

پس از آن، ساخت مدار روی یک تکه فیبر پرسوراخ (ویروبورد Veroboard) به سادگی مانند نمونه‌ی زیر قابل اجرا است

از این مدار می توان در جاهای گوناگونی، مانند پروژه های روباتیک، سامانه‌های خورشید پیرو، و فوکاس اپتیک دوربین‌ها، بهره‌گیری کرد.

مطالب مرتبط:

www.etesalkootah.ir || 2017-05–15 ©

تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو، تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح “اتصال کوتاه دات آی آر” بعنوان منبع مجاز است. هر گونه استفاده کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل “کلیک” به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح “www.etesalkootah.ir” بعنوان منبع مجاز است.

می 15, 2017

آشنایی با «اثر پیچ زنگ‌زده» بر انتشار تداخلی امواج رادیویی

مراقبت از دچار نشدن اتصالات فلزی به خوردگی و پوسیدگی، و تمیز نگه‌داشتن آنها در محل استقرار تجهیزات رادیویی، طبق یک برنامه‌ی منظم دوره‌ای، از بروز وضعیت‌های ناخواسته پیش‌گیری می کند

«اثر پیچ زنگ‌زده^[1]» به نوعی تداخل رادیویی گفته می‌شود که بر اثر اندرکنش اتصالات کثیف یا اجزای فلزی زنگ‌زده بر هم ایجاد می‌شود. این اثر را با عبارت دقیق‌ترِ «تداخل غیرفعال^[2]» هم می‌شناسند. در تداخل غیرفعال هارمونیک‌هایی بر اثر عملکرد غیرخطی اجزا و قطعات غیرفعال ایجاد شده و با سیگنال اصلی مخلوط می‌شوند و سبب شکستگی آن و یا انتشار نامطلوب سیگنال مختلط حاصله می‌شوند.

تداخل غیرفعال می‌تواند نتیجه‌ی مجموعه‌ای از علت های مختلف باشد، مانند «رسانش فرّومغناتیسی^[3]» فلزات، یا بارها و جاذب‌های مایکروویو غیرخطی. علاوه بر فلزات زنگ‌زده یا پوسیده و اجزای فلزی در خودِ آنتن‌ها و موجبَرها که دچار خوردگی شده باشند، حتی اجزای فلزی ساختمان محل استقرار تجهیزات رادیویی، مانند اجزا و قطعات دکل آنتن، لوله‌های فلزی ناودان و دودکش، می توانند مانند یک یا چندین دیود عمل کنند! نباید فراموش کنیم که در رادیوگوشی‌های دوره‌ی اولیه‌ی اختراع رادیو، از ویژگی نیمه‌رساناییِ سنگ سولفید سرب طبیعی (سنگ گالِن^[4]) برای آشکارسازی علایم رادیویی استفاده می‌شد و از همین خاصیت اکسید مس برای یکسوسازی جریان الکتریکی منبع تغذیه‌ها بهره می‌گرفتند. این مطلب با تماشای فیلم کوتاه زیر روشن خواهد شد.

در اینجا یک کاردک بنایی کارکرده‌ی معمولی را، در نقطه‌ای که فاقد زنگ‌زدگی است، به وسیله‌ی یک گیره سوسماری به خط زمین یک تقویت‌کننده‌ی صوتی وصل کرده و ورودی تقویت‌کننده را به کمک یک سیم یا سوزن روی بخش‌های زنگ زده‌ی کاردک حرکت می‌دهند. در نقاطی که لایه‌ی اکسید نوعی ترکیب نیمه‌رسانا ایجاد کرده است، دیودی تشکیل شده که می تواند امواج فرستنده‌های محلی را دمدوله کرده و علایم صوتی را آشکار کند.

اتصالات آنتن و اجزای فلزی ساختمان که در بالا از برخی از آنها نام برده شد، سبب افزایش تداخل شده و از جمله موجب تولید «هارمونیک»ها یا «اینترمدولاسیون» می شوند. در موارد زیادی دیده شده که به علت وجود این نوع اختلالات، انتشار و یا دریافت سیگنال‌های شبکه‌ی تلفن همراه در جهت‌های خاصی با مشکل روبرو بوده و حتی باعث بروز قطع ارتباط می‌شده است. اجزای زنگ‌زده، که نباید در مسیر سیگنال و نیز در ساختار آنتن حضور داشته باشند، می‌توانند سیگنال‌های رادیویی را همراه با هارمونیک‌ها و دیگر سیگنال‌های نامطلوب، منتشر کنند. این انتشارهای تداخلی و پارازیتی، مانند تمام انواع نویزهای دیگر، می‌توانند در گیرنده‌ها اختلال به وجود بیاورند.

این اثر حتی می‌تواند موجب تشعشع سیگنال‌هایی خارج از باند مورد نظر بشود، حتی اگر این سیگنال‌ها از طریق فیلترهای محدودکننده‌ی باند عبور به آنتن فرستاده شوند. اولین بار وجود و علت این اثر توسط یک رادیوآماتور گزارش شد. او مشاهده کرده بود که هنگام کار روی باند آماتوری با فرکانس 18 مگاهرتز، تداخل بسیار شدیدی روی تلویزیون (TVI) در کانال 4 پیدا می شود. پس از پیگیری‌های دقیق، او متوجه شد که قرار گرفتن ابتدا و انتهای دو لایه توری فلزی بر روی هم در داخل یکی از دیوارهای خانه، به طور اتفاقی شرایطی را ایجاد کرده که منجر به تولید هارمونی سوم موج ارسالی فرستنده‌اش می‌شود که در فرکانس 54 تا 56 مگاهرتز تشعشع کرده و در کانال 4 تلویزیون اختلال به وجود می آورد.

این پدیده، به ویژه در مواقعی که رادیوآماتورها برای مسابقه دور هم جمع شده و همزمان در محیطی کوچک تعداد زیادی تماس برقرار می سازند، خودنمایی می کند و صدها موج هارمونیکی در پیرامون چنین جایی قابل اندازه‌گیری می باشد.

درمان‌های ممکن

اگر فردی با این مساله رو در رو شود، باید پیش از هر چیز، هم در فرستنده و هم در گیرنده، اتصالات غبارآلود و کثیف، یا اجزا و قطعات زنگ‌زده و پوسیده را کنترل و وارسی کند. همچنین باید علایم و لکه‌های ناشی از خوردگی در کابل‌هایی که تجهیزات را به آنتن وصل می‌کنند، و همچنین اتصالاتی که خوب اجرا نشده‌اند را از نظر دور ندارد. علاوه بر این‌ها، بایستی همه‌ی اشیای فلزی نزدیک آنتن را از نظر زنگ‌زدگی و خوردگی مورد معاینه قرار دهد. هر یک از چنین چیزهایی می‌توانند بالقوه سرچشمه‌ی مشکل انتشار پارازیتی باشند.

اصلاحات و تغییرات مختلفی وجود دارند که می‌توانند مشکل را حل و یا محدود کنند:

اجزا و قطعات پوسیده و خورده شده را به کلی عوض کنید. اغلب، این بهترین درمان است.
اگر پوسیدگی و یا خوردگی سطحی هستند، آنها را تمیز کنید. «اثر دیودی» ممکن است با پاک کردن زنگ زدگی سطح قطعات فلزی، زایل شود.
یک «عایق» میان دو شیی‌ای که عامل اختلال هستند، قرار دهید. این کار می‌تواند جریان RF را کاهش دهد.
شدت میدان RF را کم کنید. هر قدر میزان و دامنه‌ی RF بالاتر باشد، مشکل اینترمدولاسیون بدتر و شدیدتر می‌شود. به این دلیل، اندکی کاستن از این دامنه، افت بسیار زیادی در شدت اینترمدولاسیون خواهد گذاشت. تشریح جزییات این موضوع را در قسمت ریاضی این نگاشته می‌بینید.
آنتن بهتری را که خیلی بیش‌تر «جهت‌مند^[5]» باشد انتخاب کنید. احتمال دارد که از سویی که آنتن به آن سمت نصب می‌شود، مقدار کمتری از سیگنال‌های ناخواسته‌ی حاصل از «پیچ‌های زنگ‌زده» دریافت گردد.

ریاضیات همبسته با اثر پیچ زنگ‌زده

مشخصه‌ی انتقال یک شیی به شکل یک «سری قدرت» نمایش داده می شود:

یا، فقط اولین چند عبارت را (که بیش‌تر موثر هستند) را برمی داریم:

در یک جسم ایده‌آل که مشخصه‌ی خطی عالی داشته باشد، ضرایب K₂, K₃, K₄, K₅ و غیره همگی صفر هستند. اتصال‌های خوب به چنین وضعیتی نزدیک هستند و مقدارهای خیلی کوچکی دارند. در یک «پیچ زنگ‌زده» که معادل مجموعه‌ای از دیودهای اتفاقی است که در کنار هم یک طبقه‌ی «مخلوط‌کننده‌ی فرکانس^[6]» درست کرده‌اند، ضرایب بالا دیگر صفر نیستند. این عبارت‌های درجه‌ی بالاتر موجب پدید آمدن هارمونی‌های موج اصلی می‌شوند.

آنالیزی که در ادامه خواهد آمد، این «سری قدرت» را در ارتباط با یک ورودی سینوسی نمایش می دهد.

تولید هارمونیک

اگر سیگنال ورودی، یک موج سینوسی باشد، یعنی E_in.Sin(wt) و فقط عبارت‌های اول را منظور کنیم، خروجی می تواند به شکل زیر نوشته شود:

به روشنی دیده می‌شود که چون افزایش مقادیر در این عبارت ها به صورت نمایی هستند، هر قدر دامنه‌ی سیگنال ورودی بزرگ‌تر باشد، هارمونیک‌ها با شدت بیش‌تری بالا می‌روند.

تولید حاصل سیگنال‌های مخلوط‌شده

عبارت‌های درجه‌ دوم

برای درک چگونگی تولید هارمونیک‌ها (مخلوط‌شدن فرکانس)، فرمول باید به شکل کامل‌تری مورد استفاده قرار گیرد و عبارت های درجات بالاتر نیز در آن در نظر گرفته شوند. این عبارت ها، اگر بزرگ باشند، باعث بالا‌رفتن شکستگی (اعوجاج) اینترمدولاسیون می‌شوند.

عبارت‌های درجه سوم

نتیجه این که، در صورت کاستن از شدت سیگنال اصلی، حاصل‌های درجه دو، درجه سه، و درجات بالاتر به شدت پایین خواهند آمد.

پانویس‌ها:

[1] Rusty bolt effect

[2] Passive intermodulation

[3] Ferromagnetic conduction

[4] Natural Galena

[5] Directional

[6] Frequency Mixer

مطالب مرتبط:

www.etesalkootah.ir || 2017-05–08 ©

می 7, 2017

ساخت سنجش‌گری برای وارسی خودالقایی سیم‌پیچ‌ها – 1

خودالقایی یا اندوکتانس سیم‌پیچ‌ها را می توان با دستگاه های کوچک و بزرگ اندازه‌گیری متعددی با دقت زیاد سنجید. اما این دستگاه را با یک «ال- متر» ساده اشتباه نگیرید!

در بازار دستگاه‌های کوچک و بزرگ اندازه‌گیری متعددی برای سنجش خودالقایی سیم‌پیچ‌ها می‌توان یافت که اندوکتانس افزاره‌های القایی را با دقت خیلی خوبی می‌سنجند. اما آن چه که یافت می‌نشود و یا به ندرت یافت می‌شود، دستگاهی است که اندوکتیویته‌ی سیم‌پیچ را در تناسب و وابستگی به جریان گذرنده از آن بسنجد. در سیم‌پیچ‌های هوایی، سیم‌پیچ‌هایی که هسته ندارند، این آزمایش ضرورتی ندارد. اما در سیم‌پیچ‌های هسته‌دار، «ضریب خودالقایی» یا همان اندوکتیویته یا اندوکتانس سیم‌پیچ با تغییر جریان سیم‌پیچ، در بازه‌ی بزرگی دچار تغییر می‌شود و این تغییر تا زمان رسیدن هسته به مرحله‌ی «اشباع» ادامه پیدا می کند.

در سیم‌پیچ‌هایی که نقش صافی یا فیلتر را بر دوش دارند، و در ترانسفورماتورهایی که قرار باشد در منبع‌تغذیه‌های کلیدگری (سوییچینگ) با ساز و کار «فلای‌بک» به کار روند، داشتن این اطلاعات ضرورت تعیین‌کننده دارد. به این منظور، من یک دستگاه اضافی طراحی کردم که در کنار یک اسیلوسکوپ دیجیتالی می تواند بازه‌ی مفیدِ کاریِ هر سیم‌پیچی را بر پرده‌ی نمایش اسکوپ عرضه کند.

درباره‌ی مدار

آی.سی. 555 به طور تقریبی در هر دو ثانیه یک پالس به پایه‌ی شماره 4 آی.سی. UC3842 می فرستد. آی.سی. 3842 مدار مجتمعی است که به طور اختصاصی برای کاربرد در منبع تغذیه‌های کلیدگری طراحی شده است. با مراجعه به «داده برگ» این آی.سی. می‌توان با ساختمان داخلی و ساز و کار عملکردی آن آشنا شد. با رسیدن پالس، آی.سی. اخیر به ماسفت فرمان هدایت می دهد. به محض این که جریان گذرنده از مقاومت 5 به مقدار از پیش تعیین شده‌ی خود برسد، ماسفت فرمان قطع را از آی.سی. دریافت خواهد کرد. این مقدار از پیش تعیین شده، «مقدار آستانه‌ای»، را می‌توان با چرخاندن محور پتانسیومتر 10 کیلواهمی، که روی پانل دستگاه نصب می شود، تا 10 آمپر تغییر داد. پتانسیومترهای «تریمر» که روی فیبر مدار چاپی نصب می‌شوند، دامنه‌ی تغییرات جریان را در بازه‌ی دلخواه قرار می‌دهند.

در لحظه‌ی هدایت ماسفت، اندوکتوری که باید تعیین هویت شود و رفتار خودالقایی‌اش تحت جریان‌های مختلف امتحان گردد، ولتاژ ثابتی برابر 20 ولت دریافت خواهد کرد. این ولتاژ از یک آی.سی. رگولاتور L200 با ولتاژ خروجی قابل انتخاب تامین می شود. همزمان، تغییرات و شیب جریان سیم‌پیچ آزمایشی، به واسطه‌ی یک کانکتور BNC به یک اسکوپ دیجیتالی (دیجی اسکوپ) می‌رود و در آنجا به نمایش در می‌آید. روی ورودی ورتیکال اسکوپ به ازای هر آمپر جریان گذرنده از سیم‌پیچ، 100 میلی‌ولت قرار خواهد گرفت.

جریان گذرنده از سیم‌پیچ مطابق با رابطه‌ی U x t = L x I به صورت خطی نسبت به زمان تغییر می‌کند.

یک کاربرد این دستگاه در دنیای واقعی

من برای انجام پروژه‌ی بعدی خود به یک منبع تغذیه‌ی آزمایشگاهی چهار ربعی، با دو خروجی 42 ولتی و با بیشینه توان 120 وات احتیاج دارم. چون ترانسفورماتوری که به این کار بخورد را در اختیار ندارم و اگر مجبور به خرید آن شوم، باید قیمت بسیار بالایی برای آن بپردازم، تصمیم گرفتم به جای آن، یک منبع تغذیه‌ی کلیدگری طراحی کنم که تقریباً تمام وسایل مورد نیاز آن را در کشوی میزم دارم. برای ساختن این منبع تغذیه، به هسته‌هایی با «فاصله‌هوایی» نیاز دارم. برای ترانسفورماتور این مدار، هسته‌ی ترانسی اختیار دارم که از دو نیمه‌ی E-شکل تشکیل شده است که فاصله‌هوایی ندارد، به اضافه‌ی قرقره‌ی مربوط به آن. هر یک از «نیم‌هسته»‌ها دارای اندازه‌های 42×42×14 میلی‌متر هستند. فاصله‌‌هواییِ ضروری را خودم به راحتی و به کمک یک ماشین سمباده (فلکس) روی هسته درآوردم به این ترتیب که بازوی وسط یکی از نیم‌هسته‌ها را مقداری سمباده زدم و آن را کوتاه کردم. هسته‌های فریتی بسیار سخت و شکننده هستند و صفحه‌سمباده‌ای مناسب با این کار باید تدارک دید. بهترین انتخاب، صفحه‌ای است که معمولاً برای سمباده‌زدن ابزارها و فولادهای سخت (HSS) به‌کار گرفته می‌شود. با کمی تحمل و حوصله، و چند بار آزمایشِ منحنی مغناتیسی‌شدن با دستگاه خودم، بالاخره توانستم فاصله‌هوایی صحیح را به دست آورم.

هسته‌های من می‌توانند تا 230 آمپر (23 دور سیم ضربدر 10 آمپر) را تحمل کنند و تا این مقدار بارگذاری شوند. این عدد برای منبع تغذیه‌ی مورد نظر من کافی خواهد بود.

طرح این منبع تغذیه را در نوشتار جداگانه‌ای خواهم آورد.

آزمایش با سیم‌پیچ هسته هوایی

در تصویر بالا نتیجه‌ی آزمایش سیم‌پیچی با 23 دور و بدون هسته دیده می‌شود. روشن می‌شود که در یک سیم‌پیچ هوایی، شیب افزایش جریان همواره خطی باقی می‌ماند زیرا که پدیده‌ی اشباع هسته اتفاق نمی‌افتد.

در اینجا، جریان از 5/1 آمپر در طول زمان 3/2 میکروثانیه تا 10 آمپر بالا رفته است. با داشتن این مقدارها می توان اندوکتیویته‌‌ی سیم‌پیچ را حساب کرد. می‌دانیم که ولتاژ روی سیم‌پیچ 20 ولت است. پس داریم:

فاصله‌ی میان دو خط عمودی در پرده‌ی اسکوپ، همان بازه‌ای است که محاسبات در آن صورت می‌پذیرد.

آزمایش با هسته‌ی بدون فاصله‌هوایی

اشباع هسته پس از گذشت 60 میکروثانیه و روی یک آمپر اتفاق می‌افتد. از دو آمپر به بالا هسته دیگر منشاء اثری نیست و پاسخ این سیم‌پیچ مانند پاسخ سیم‌پیچ‌های هوایی است.

آزمایش با هسته و فاصله‌هوایی

در این حالت، فاصله‌هوایی تا مقدار جریان 10 آمپر دقیقاً درست است. حالا حد مغناتیسی‌شدن در مرز 23 دور پیچش × 10 آمپر = 230 آمپر قرار دارد.

خودالقایی در اینجا برابر است با:

مدار را به کمک یک برنامه‌ی آزاد رسم کردم. برای ساختن مدار از فیبر پرسوراخ حاضری (ویروبورد) استفاده کردم که طرح آن و روش چینش افزاره‌ها بر آن در تصویرهای زیر دیده می‌شوند.

مطالب مرتبط:

طراحی یک منبع تغذیه کلیدگری با آرایش «فلای بک» – 2

سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها – 1: روش تعیین مقاومت داخلی خودالقاها

سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها – 2- روش تعیین «خودالقایی» یا «اندوکتانس» سیم پیچ ها

سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها – 3: تعیین «اشباع هسته» و «اُفت اندوکتانس بر اثر بارگذاری جریان مستقیم»

اداپتوری برای سنجش اندوکتانس خودالقاها

چگونه هسته های فرّیت را از محل چسباندن باز کنیم؟

روش آسان تفکیک و تشخیص فریت‌هایی که در اختیار داریم

www.etesalkootah.ir || 2017-05–03 ©

می 3, 2017

آشنایی با تنها بازمانده از فرستنده های موج مافوق بلند VLF

فرستنده‌ی رادیویی امواج مافوق بلند VLF در منطقه‌ی«گریمه‌تون» سوئد تنها بازمانده‌ی این نوع ایستگاه‌های فرستنده در جهان است. این فرستنده، که در فرکانس 17/2 کیلوهرتز همچنان پیام‌های مورس منتشر می کند، در فهرست میراث فرهنگ جهانی یونسکو به ثبت رسیده است

ایستگاه فرستنده امواج مافوق بلند گریمه تون در سوئد

فرستنده‌های امواج مافوق بلند، که در رده‌بندی طیف امواج الکترومغناتیسی به آن «باند فرکانس‌های خیلی پایین» یا به انگلیسی VLF می‌گویند و کوتاه شده‌ی عبارت Very Low Frequency است، نسل اول فرستنده‌های بی‌سیم در تاریخ مخابرات دنیا بودند. در آن زمان که نه تنها از فن‌آوری نیمه‌رساناها خبری نبود، بلکه حتی لامپ الکترونی هم دوران نوجوانی خود را می گذراند و هنوز لامپ سه‌قطبی (تریود) هم اختراع نشده بود، تولید فرکانس به کمک وسایل و ابزار و ماشین‌های الکترومکانیکی انجام می‌شد. «چیزهایی» که، به علت نقش «جرقه» در کارکرد آنها، در آن دوران با نام‌هایی چون «چرخ صاعقه» و «سیم صاعقه» خوانده می‌شدند. استفاده از الکتروموتور و کنتاکت‌های جرقه‌زن در تولید فرکانس بالا باعث شد که به فرستنده‌های آن زمانه نیز «فرستنده‌ی ماشینی» بگویند.

در طول زمان و با توسعه‌ی علم و فن الکترونیک، فرستنده های ماشینی بازنشسته شدند و جای خود را به فرستنده‌های روزآمد لامپی و حالت جامد (نیمه‌هادی) دادند. اما امروز هم یکی از این فرستنده های تاریخی قادر به کار است و تاسیسات آن در فهرست میراث فرهنگی یونسکو به ثبت رسیده است. این ایستگاه فرستنده با شناسه‌ی SAQ، فرستنده‌ی امواج مافوق بلند «گریمه تون» (Grimeton) در نزدیکی شهری به همین نام در سواحل جنوب غربی کشور سوئد است.

تنها فرستنده‌ی ماشینی جهان، که همچنان قادر به کار است، در این ایستگاه قرار دارد: فرستنده ای که در مراسم ویژه، مانند روزی که در هر سال به ابتکار «ارنست فردریک ورنر آلکساندرسون» به عنوان «روز بازدید همگانی» نامگذاری شد، روی فرکانس 17/2 کیلوهرتز برای مخابره‌ی یک پیام کوتاه مورس به کار انداخته می‌شود. این روز همه ساله یا آخرین یکشنبه‌ی ماه ژوئن و یا اولین یکشنبه‌ی ماه ژوئیه است.

فایل صوتی پیام مورس ایستگاه گریمه‌تون

(··· ·− −−·−) SAQ

آنتن فرستنده‌ی این ایستگاه آنتنی است که به نام مخترع آن «آنتن آلکساندرسون» نامیده می شود و دربردارنده‌ی 12 رشته سیم مسی به درازای 2/2 کیلومتر است که بر روی 6 دکل عظیم، مانند دکل های انتقال برق فشار قوی، به بلندی 127 متر و با بازوهایی به درازای 46 متر، کشیده شده‌اند.

این ایستگاه فرستنده در اول دسامبر 1924 (1302 خورشیدی) در آغاز روی طول موج 18600 متر (16/13 کیلوهرتز) راه‌اندازی شد. افتتاح رسمی آن، اما، در دوم ژوئیه 1925 اتفاق افتاد. در این مراسم شاه گوستاو پنجم و همچنین مخترع فرستنده‌ی ماشینی حضور داشتند.

«ارنست فردریک ورنر الکساندرسون» در 25 ژانویه 1878 در «اوپسالا» چشم به جهان گشود و در 14 مه 1975 درگذشت. او یک مهندس برق سوئدی بود. او تحصیلات‌اش را در مدرسه‌ی عالی فنی استکهلم آغاز کرد و در دانشکده‌ی فنی شارلوتن بورگ (برلین) زیر نظر یکی از بنیان گذاران مخابرات بی‌سیم به نام آدولف اسلابی به تحصیل ادامه داد. او در سال 1902 به آمریکا مهاجرت کرد.

در آمریکا به مدت کوتاهی در شرکت جنرال الکتریک استخدام شد. این زمانی بود که شرکت جنرال الکتریک قصد داشت یک فرستنده‌ی ماشینی برای موج بلند را، که به آن آلترناتور می گفتند، بسازد که هزار بار قوی‌تر از نمونه‌های موجود باشد. هسته‌ی مرکزی چنین ماشینی، یک ژنراتور یا دینامو با تعدا زیادی قطب (پل) بود. الکساندرسون مدل اختراعی خود را با فرکانس 17 کیلوهرتز در سال 1906 ساخت و در اولین ارسال رادیوییِ آن صدا ویلن که خود او می‌نواخت بر روی آنتن رفت.

در 5 ژوئن 1924 وی موفق به ارسال و دریافت فاکس در پهنه ی اقیانوس اطلس شد. او در توسعه‌ی تلویزیون هم نقش داشت. او در 1928 پروژکتوری با آینه‌ی دورانی برای تولید تصاویر تلویزیونی به بزرگی دو متر ابداع کرد.

او تا آخرین سالیان عمر فعال بود و در دهه‌ی 1950 به عنوان مشاور جنرال الکتریک و RCA کار می کرد. او 344 پاتنت ثبت کرد که آخرین آن در سال 1973 و در سن 94 سالگی اش بود.

ارنست الکساندرسون مخترع فرستنده ی ماشینی و طراح ایستگاه فرستنده امواج مافوق بلند گریمه تون در سوئد

اساساً ایستگاه گریمه‌تون به شبکه ای متشکل از 17 ایستگاه فرستنده با ساختار همسان تعلق داشت که همگی به «آلترناتور الکساندرسون» 200 کیلوواتی مجهز بودند. با وجود این که ساخت تعداد بیش‌تری ایستگاه فرستنده برنامه‌ریزی شده بود، تنها چند ایستگاه جدید در ایالات متحده، در هاوایی، در منطقه‌ی وِیلز بریتانیا، در لهستان و در سوئد به بهره‌برداری رسیدند. در آغاز، ایستگاه «رادیو گریمه‌تون» برای مخابره‌ی پیام با «رادیو سانترال» در لانگ‌آیلند نیویورک مورد استفاده قرار می گرفت، اما نیروهای مسلح سوئد از این فرستنده برای برقراری ارتباط با زیردریایی‌های خود هم استفاده می کردند، چرا که امواج الکترومغناتیسی با این طول موج‌های بسیار بلند می‌توانند چند متری در آب شور دریا نیز نفوذ کنند.

این فرستنده در سال 1995، در حالی که هنوز در وضعیت کاری عالی قرار داشت، به علت کاهش علاقه‌ی ارتش به آن تعطیل شد.

در مجموعه‌ی این ایستگاه چند فرستنده‌ی موج کوتاه به همراه یک دکل فولادی 260 متری که در سال 1966 برای انتشار برنامه‌های رادیویی موج اف.ام. و کانال‌های تلویزیونی ساخته شد، نیز وجود دارند.

با تلاش پیگیرانه‌ی انجمن‌های دوستداران و پشتیبانان این ایستگاه مخابراتی برای حفاظت و نگهداری از آن، این تاسیسات در سال 1996 قانوناً به عنوان یادگار ملی صنعتی سوئد شناخته شد و در نتیجه، راه برای تخصیص بودجه‌ی مرمت و نگه‌داری آن به مدت نامحدود باز شد. «فرستنده‌ی امواج مافوق بلند گریمه‌تون» امروزه در فهرست مهم‌ترین نقاط دیدنی سوئد جای دارد.

در دوم ژوئیه 2004 این ایستگاه از طرف یونسکو به عنوان میراث فرهنگ جهانی اعلام شد. این سیزدهمین میراث جهانی یونسکو در کشور سوئد است. به این ترتیب گریمه‌تون به عنوان لنگرگاهی در راه فرهنگ صنعتی اروپا شناخته شد.

امروز هم این فرستنده هر سال در «روز بزرگداشت الکساندرسون» و در روز کریسمس به کار انداخته می‌شود.

همچنین، در مراسم ویژه، مثلاً در مراسم رسمی سازمان ملل پیام‌هایی مخابره می‌کند. علاوه بر این، ارسال‌های آزمایشیِ چندی، بدون پیش‌آگاهی همگانی، صورت می‌گیرد. پیام‌رسانی منظم این فرستنده توسط دوستداران فن‌آوری رادیو و رادیوآماتورها در تمام دنیا دنبال می‌شود. گردانندگان این ایستگاه پس از هر دوره ارسال پیام، با اشتیاق در انتظار رسیدن «گزارش دریافت» علاقه‌مندان هستند. این گزارش ها را تهیه‌کنندگان آن در جدولی درج می‌کنند و از طریق ایمیل برای گردانندگان ایستگاه می‌فرستند. چنین جداولی را می‌توان از تارنمای ایستگاه نیز دریافت کرد. ایستگاه دارای 200 تا 300 شنونده‌ی دایمی است و از روی این اعداد می‌توان حدس زد که تعداد بیش‌تری به آن گوش می‌دهند.

نمونه‌ای از «گزارش دریافت» تصویری یک رادیوآماتور

افرادی که صدای پیام‌های مورس این فرستنده را دریافت کنند، می‌توانند گزارش دریافت خود را از طریق انجمن آماتوری سوئد (Swedish Amateur Association SSA) و یا مستقیم از طریق پست به نشانی زیر بفرستند:

Alexander

Grimeton Veteranradios Vänner

Radiostationen

Grimeton 72

S-430 16 ROLFSTORP, SWEDEN

شناسه‌ی رادیو آماتورهایی که در این کار مشارکت کنند، بعداً در سایت http://alexander.n.se/ منتشر خواهد شد. علاقه‌مندان می‌توانند از طریق همین تارنما در جریان برنامه‌های بعدی این ایستگاه قرار گیرند.

نشانی بالا مربوط به «گروه دوستداران گریمه تون با نام الکساندر» است که از کارکنان سابق این مجموعه و افراد علاقه‌مند دیگر تشکیل شده است. این افراد به صورت داوطلبانه برای حفظ و نگهداری و سر پا ماندن این فنآوری کهنسال فعالیت می‌کنند. در گروه‌های کاری و مطالعاتی این مجموعه، توانایی های فردی هر عضو برای عملیاتی نگه‌داشتن این تاسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرد. کارهایی چون: تعمیر و نگهداری دکل‌ها و سیم‌های آنتن، تعویض قطعات پوسیده و رنگ زدن دوره‌ای آنها، بررسی در مورد خوردگی اجزا و قطعات و ارایه‌ی راه‌حل مقابله با آن، نگهداری ساختمان‌ها و برگزاری برنامه‌های بازدید و مانند این‌ها.

در ادامه، یک فیلم مستند آلمانی از این ایستگاه رادیویی را خواهید دید. برگردان فارسی گفتار این فیلم در زیر به خواننده‌ی گرامی تقدیم می‌شود.

فرستنده ی رادیویی امواج مافوق بلند VLF در «گریمه‌تون»

برگردان گفتار فیلم:

پیش‌درآمد موسیقاییِ عظیم این کنسرتِ فن‌آورانه که نقطه‌ی اوج آن انتشار تبادلات انسانی است، همواره چنین به گوش رسیده است. یک متخصص رادیو در گام نخست لشگری از تجهیزات کمکی و فنی را راهبری می‌کند تا قلب تپنده‌ی این سامانه‌ی فرستنده بتواند در شبانگاه اولین نغمه‌های ویلون را بنوازد. (دقیقه 1:01) برای این کار او باید نوع پیام‌هایی را که قرار است منتشر شوند، انتخاب کند. اگر بخواهیم به سادگی بگوییم، پیام‌ها می توانند علایم مورس، گفتار یا قطعات موسیقی باشند.

محل برگزاری این کنسرت فن‌آورانه که از امواج سرچشمه می‌گیرند، ایستگاه رادیویی «گریمه‌تون» در ساحل جنوب غربی سوئد قرار دارد. این ایستگاه فرستنده روزگاری نقشی کلیدی در دنیای پرهیجان مخابرات داشت و همراه با 20 ایستگاه دیگر از این نوع از سال‌های دهه‌ی 1920 یک شبکه‌ی جهانی بی‌سیم را شکل داده بود. (1:38)

امروز، اما، «گریمه‌تون» تنها بازمانده و تنها فرستنده‌ی امواج مافوق بلندِ در حال کار در جهان است و به همین دلیل تحت سیانت یونسکو، ارگان فرهنگی سازمان ملل متحد، قرار گرفته است. (2:00)

اینجا هسته‌ی اصلی این ایستگاه فرتوت، اما در حال کار است: «فرستنده‌ی ماشینی» که کارآیی آن تا امروز بزرگ داشته می‌شود. هنوز هم در اینجا یک موتور یک ژنراتور جریان متناوب را می‌چرخاند و از این طریق جریانی با فرکانس بالا تولید می‌کند. (2:15)

ساخت این نیروگاه از سال 1904 توسط مردی، که به پیشگامان مخابرات رادیویی تعلق دارد، آغاز شد. او مهندس و مخترعی به نام «ارنست فردریک ورنر الکساندرسون» بود. (2:34)

او تا پایان زندگی خود افتخار آن را داشت که 340 اختراع را به نام خود به ثبت برساند. گل سرسبد این اختراعات بدون شک «فرستنده ی الکساندرسون» (Alexanderson Sender) است. با این اختراع، او سوئد را که پس از جنگ اول و در طول جنگ دوم جهانی اعلان بی‌طرفی کرده بود، به پایگاه مهمی برای گفتگو با جهان تبدیل کرد. (2:59)

با توجه به خرابی‌های مداوم کابل های زیرآبی، بدون اطلاع‌رسانیِ بی‌سیم، دنیا در بی‌خبری قرار می‌داشت. تا پیش از پدید آمدن امکان اطلاع‌رسانی نامرئی، گروه‌های کاری دایم در حال دست و پنجه نرم کردن با قرقره‌های سنگین کابل‌های زیردریایی در زیر اقیانوس اطلس بودند و تلاش می‌کردند تا کابل‌های دریایی که نقش پل‌های زیرآبی برای نقل و انتقال حجم روزافزون پیام‌ها را میان اروپا و آمریکای شمالی بازی می‌کردند، بین دو قاره در ژرفای دریا بخوابانند. خواباندن ده‌ها هزار کیلومتر کابل‌های قطور ارتباطی میان دنیای کهن و قاره‌ی جدید، همانند نبرد با یک مارماهی عظیم بود. نبردی که انسان‌ها اغلب بازنده‌ی آن بودند، چرا که کابل‌های زیردریا لغزنده بودند و مرتب از دست می‌رفتند و به کف دریا فرومی‌افتادند، جایی که دیگر دسترسی به آنها وجود نداشت. با از دست رفتن هر کابل، مبالغ میلیونی سرمایه‌گذاران نیز بر باد می‌رفتند. (4:05)

کشف امواح الکترومغناتیسی و انتشار جادوییِ بدونِ سیم آنها در محیط، عصر جدیدی را در عرصه‌ی فن مخابرات گشود. این امواج دنیا را در طول یک‌صد سال چنان عمیق تغییر دادند که اثر آن فقط با اختراع ماشین بخار قابل قیاس است. (4:36)

در به‌راه انداختن این انقلاب تعداد زیادی از پیشتازان الکترودینامیک نقش بازی کردند. ما بدهکار «الکساندرو گراف ولتا» و نظریه ی بنیادینِ جریان الکتریسیته‌ی او هستیم، به «کریستیان اورشتِد» به‌خاطر کشف این که جریان الکتریکی را میدان مغناتیسی همراهی می‌کند، به «مایکل فارادی» به علت اختراع مولدهای الکتریکی برای تولید برق، به «ساموئل مورس» برای اولین پیام مورس‌اش با این مضمون: “آنچه خدا آفریده!”، به «جیمز ماکسول» و «هاینریش هرتس» برای این کشف دوران‌ساز که نوسان‌های الکتریکی سبب تولید میدان‌های مغناتیسی می‌شوند که به دلیل شتاب بسیار زیادشان به صورت موج درمی‌آیند و سپس زمان و مکان را در چشم برهم زدنی می‌پیمایند، به «گیگلیمو مارکونی» برای اولین مخابره‌ی بی‌سیم پیام به آن سوی اقیانوس اطلس، و در نهایت به «ارنست الکساندرسون» برای ساختن ماشینی که امواج مافوق بلندی را به سرعت برق در تمام گوشه و کنار جهان منتشر می‌کند. (5:55)

انگیزه‌ی ساخت ایستگاه فرستنده‌ی موج مافوق بلند «گرمه‌تون» علاوه بر تجربه‌ی از دست رفتن کابل‌های زمینی و دریایی در زمان جنگ اول جهانی، موج عظیم مهاجرت انسان‌ها بود. هزاران هزار سوئدی در جستجوی خوشبختی، به سوی آنچه که «سرزمین فرصت‌های بی‌مرز» خوانده می‌شد، روان شده بودند. چون در این سفر، خداحافظی اغلب به معنای این بود که دیگر دیداری صورت نخواهد گرفت، وجود امکان پیام‌رسانی بی‌سیم به بازماندگان در سرزمین مادری، برای بیش‌تر مهاجران به مانند لنگری بود که آنان را به وطن خود مرتبط نگه می‌داشت. (6:31)

(تا دقیقه‌ی 6:58 پیام‌های نمادین به زبان سوئدی)

برای این که مخابرات تله‌گرافی روزافزون با آمریکا بی‌وقفه تداوم داشته باشد، مجلس سلطنتی سوئد در سال 1920 مصوب کرد تا ایستگاه‌های گیرنده و فرستنده‌ی ضروری ساخته شوند. موقعیت « گریمه‌تون» در فاصله‌ی 80 کیلومتری «گوته‌بورگ» برای این مقصود ایده‌آل بود. دشت مسطح وسیع این منطقه، به امواج اجازه‌ی جریان آزاد به سوی غرب را می‌داد. این امواج سپس از روی دریا عبور کرده و پس از گذر از اسکاتلند به ایستگاه گیرنده در نیویورک می‌رسیدند. نام « گریمه‌تون» هم نام ساده‌ای بود و حتی امریکایی‌ها هم می‌توانستند آن را، بدون این که تپق بزنند و یا کج و کوله‌اش کنند، بر زبان بیاورند. (7:41)

عملیات ماجراجویانه‌ی آکروباتیک در ارتفاع 127 متری و کار واقعاً طاقت‌فرسا بر روی زمین به مدت دو سال، برنامه‌ی روزمره‌ی آنانی بود که از سال 1922 برای احداث این ایستگاه فرستنده آستین‌ها را بالا زده بودند. بزرگ‌ترین چالش، برقرار کردن شش برج آنتن بود که هر یک از دیگری 380 متر فاصله داشتند. (8:12)

این برج‌های آنتن با ستون‌ها و اجزای مورّبِ سازه‌ی خرپایی عظیمِ خود به یک پایگاه پرتاب موشک‌های فضایی شباهت دارند. حتی اگر امروز از این تاسیسات عظیم فقط به عنوان علامت راهنمای رسیدن به « گریمه‌تون» استفاده شود، با زیبایی‌شناختی فن‌آورانه‌ی خود یادآور آن دورانی است که در آن این سامانه‌ی آنتن یکی از مهم‌ترین سکوهای استارت و فرمان امواج الکترومغناتیسی ساخته‌‌ی دست بشر بوده است.(8:54)

این طور نبوده که در این ایستگاه رادیویی فقط مخابره شود، بلکه در آن رانندگی هم می‌شده است، زیرا سامانه‌ی آنتن می‌بایستی به طور دایمی معاینه و نگهداری می‌گردید. به این منظور مسلّماً یک دوچرخه و یا یک موتوسیکلت کفایت می‌کرده است. اما چون ساختمان این ایستگاه پانصدهزار کرون کم‌تر از پیش‌بینی خرج برداشته بوده، امکان این بوجود آمد که هزینه‌ی تدارک یک خودرو، که در آن زمان امکان بسیار لوکسی محسوب می‌شد، فراهم آید. بگذریم از این که، در این جای دورافتاده، راننده‌ی آن فقط می‌توانسته برای چند راس گاو خودش را بگیرد و به آنها پُز بدهد! (10:00)

در مقابل، اما، این خودرو توجه و علاقه‌ی انبوهی از مردم را به خود جلب کرد، چرا که پادشاه را در خود جا داده بود. اعلی‌حضرت شاه گوستاو پنجم در روز دوم ژوئیه‌ی 1925 با آن به « گریمه‌تون» نزول‌اجلال کردند تا به طور رسمی ایستگاه مخابراتی سوئد برای مبادله‌ی پیام‌های تله‌گراف بی‌سیم با آمریکا را افتتاح کنند. در این مراسم، حضور پیشگام مخابرات بی‌سیم، ارنست الکساندرسون، در زمینه‌ و حاشیه‌ی تصاویر ثبت شده و جلب توجه می‌کند، علی‌رغم این که افتخار این روز به او تعلق داشت، چرا که در واقع این ژنراتور الکساندرسون بود که ارتباط بی‌سیم به آمریکا را میسّر ساخته بود، نه حضور گوستاو شاه! (10:59)

این که پادشاه شخصاً ایستگاه مخابراتی را افتتاح کرد، نشانه‌ای از اهمیت این امکان مخابراتیِ روزآمد برای سوئد بود. این ایستگاه می‌بایستی در دهه‌های پیش رو فضای مخابراتی جهان را در بر بگیرد. (11:20)

در دفترهای تله‌گراف «گوته‌بورگ» اطلاعات جمع‌آوری می‌شدند. تله‌گرام‌ها به خطوط نقاله می‌رسیدند، تجزیه می‌شدند و مُهر ساعت بر روی آنها زده می‌شد. سپس فرآیند تبدیل کلمات به علایم مورس آغاز می‌شد. بعد، پیام‌ها که بر روی نوار پانچ ثبت شده بودند، از اداره‌ی تله‌گراف توسط خط کابلی به « گریمه‌تون» و از آنجا سوار بر امواج مافوق بلند با سرعت نور به آمریکا فرستاده می‌شدند. (12:09)

اینجا در «نیوآیلند» علایم مورس دریافت می‌شدند و فوری دوباره به کلمات برگردانده می‌شدند. برای این که تله‌گرام‌هایی که اندک‌زمانی پیش در سوئد مخابره شده بودند، در کوتاه‌زمان به دست گیرندگان برسند، تله‌گرام‌رسان‌های جوانی با لباس یکسان به صورت تمام‌وقت در شهر خدمت می‌کردند. (12:37)

تله‌گراف بی‌سیم تنها یک اتفاق بزرگ در تاریخ مخابرات نبود، بلکه نجات دهنده‌ی انسان‌ها نیز بود: به عنوان مثال در ماجرای غرق‌شدن کشتی تیتانیک. اما این ایستگاه فرستنده بعدها برای انتشار اخبار بی‌ارزش مورد سوءاستفاده قرار گرفت و به عنوان روزنامه‌‌ی خبری عرشه‌ی کشتی‌های مسافربری بخاری به خدمت گرفته شد و چنان که مثلاً «توماس مان» طی سفرش به امریکا گزارش کرده است، بارها و بارها تکرار خبر مست‌شدن پلنگی در یک باغ‌وحش اعصاب او را خرد کرده بود. او در یکی از نوشته‌های خود به نام «سفر دریاییِ دون کیشوت» می‌نویسد: “یک معجزه‌ی فنی مانند تله‌گراف رادیویی باید در خدمت انتقال این درآیند که چنین نوآوری هایی را به سطح کشور گسترش دهند… آه، بشریت! پیشرفت روحی و اخلاقی تو نتوانسته پا به پای توسعه‌ی فنی پیش برود و از آن بسیار عقب افتاده است. (13:38)

وقتی که در دوران تله‌گراف بی‌سیم پیشرفت روحی و اخلاقی انسان نتوانسته پا به پای توسعه‌ی فنی پیش برود و در راه مانده است، بهتر آن است که از من نپرسید که امروز، در دوران مخابرات بی‌سیم، پیشرفت روحی و اخلاقی انسان از چه جایگاهی برخوردار است. (14:00)

از زمانی که هر فرد می‌تواند پیشرفت علمی را در جیب جای دهد، و فرستنده‌های خصوصی در هر ساعت شبانه‌روز و در همه جا در دسترس هستند، و دایماً در حال جذب انسان‌ها برای انتقال ایده‌ها و پیام‌هایی هستند که هیچکس تمایلی به شنیدن آنها ندارد. آن مقدار از این اخبار که امروزه، روزانه، در سرتاسر جهان منتشر می‌شوند، و در مورد پلنگ مست باغ‌وحشی در گوشه ای از عالم گزارش می‌کنند، کم نیستند. در این مورد، همان طور که گفتیم صحبت نخواهیم کرد!

مطالب مرتبط:

بیایید با هم جادوی مخابرات بی سیم را دوباره کشف کنیم!

چگونه «انتشار الکتریکی نیرو» کشف شد؟

اولین‌های رادیوی ملی ایران

از گذشته های رادیو

مهر ماه امسال تلویزیون در ایران 60 ساله شد

… از یادداشت های روزانه ی یک رادیو آماتور

قرقره ی رومکُورف، سیم پیچ صاعقه!

دکل های مخابراتی

فرستنده ی امواج مافوق بلند 16 کیلوهرتز به نام Rugby

منابع:

بسیاری جاها در اینترنت

www.etesalkootah.ir || 2017-04–12 ©

آوریل 12, 2017

فیلتر سرامیکی در ساخت نوسان ساز با فرکانس متغیر

ساخت یک مدار نوسانگر ویژه که برتری های یک VFO و یک نوسان‌ساز کریستالی را با هم دارد

نوسانگری که با کریستال کوارتز (VXO) ساخته شود، مداری که آن را «نوسانگر کریستالی» می خوانند، با پایداری فرکانس بسیار بالایی کار خواهد کرد و به همین دلیل فقط اجازه‌ی تغییر بسیار اندکی در حدود 5 کیلوهرتز در فرکانس خروجی خود خواهد داد. اما، در مقابل، فرکانس خروجی یک «نوسانگر با فرکانس متغیر»، که به انگلیسی به آن VFO = Variable Frequency Oscillator می‌گویند، و در «مدار تشدید» آن از سیم‌پیچ و خازن استفاده می شود، یعنی یک «نوسانگر LC»، می تواند در حد چند صد کیلوهرتز تغییر داده شود. این مدارها پایداری فرکانسی کمتری دارند و امکان انحراف فرکانس خروجی آنها از مقدار مطلوب بسیار زیاد است.

می‌توان از برتری‌های هر دو نوع نوسانگر پیش‌گفته، با استفاده از یک فیلتر سرامیکی در مدار نوسانگر، بهره مند شد. یعنی هم «بازه‌ی تنظیم فرکانس» قابل قبولی داشت و هم «پایداری فرکانسی» خوبی روی مقدار تنظیم شده به دست آورد.

فهرست افزاره های مدار نوسانگر قابل تنظیم با فیلتر سرامیکی

فرکانسِ کار مدار نوسانگری که در این نوشتار معرفی می‌شود، در بازه ای برابر 35 کیلوهرتز قابل تنظیم است و ثبات خوبی هم دارد. مدار نامعمول LC بر روی کلکتور ترانزیستور VT1 دو نقش بر دوش دارد. نقش نخست این است که شکل موج سیگنال خروجی را بهبود بخشد و دیگر این که همزمان افت دامنه‌ی موج خروجی از فرکانس حدود 7020 کیلوهرتز به بالاتر را جبران کند. پایه و اساس این برتری ها، شکلِ منحنیِ گذر فیلتر می‌باشد. مدار LC روی 7035 کیلوهرتز روی بیشینه‌ی دامنه‌ی خروجی (2 ولت قله به قله) تنظیم شده است.

این نوسانگر باید با یک ولتاژ تثبیت شده (رگوله) 6 ولتی تغذیه شود.

طبقه‌ی خروجی را می‌توان به دلخواه روی هارمونیک های دوم، سوم یا چهارم فرکانس پایه تنظیم نمود. البته در این حال، برای بهبود دادن به شکل سیگنال، به یک طبقه‌ی تقویت‌کننده‌ی تنظیم‌شده روی هارمونیک مورد نظر نیاز خواهد بود. به این ترتیب، این مدار نوسانگر برای کار روی باندهای رادیوییِ 20 متر (14000 تا 14070 کیلوهرتز، باند 15 متر (21000 تا 21150 کیلوهرتز) و یا باند 10 متر (28000 تا 28140 کیلوهرتز) قابل استفاده خواهد بود.

مطالب مرتبط:

ساخت یک نوسانگر همه کاره برای رادیوآماتورها

یک مدار ساده ی نوسانگر کریستالی

www. etesalkootah.ir || 2017-04–12 ©

آوریل 11, 2017

دست سوم: ابزاری ساده و سودمند برای الکترونیکی‌ها

هنگام کار روی فیبرهای مدار چاپی این «قرار» کارآمد به کمک شما می آید و آن را ثابت و صاف نگه می دارد. فرقی نمی کند که آیا شما مشغول لحیم کاری هستید یا سوراخ کاری، این ابزار فیبر مدار چاپی را در وضعیتی پایدار روی میز کار نگه می دارد

قرار یا فیکسچر برای لحیم کاری فیبرهای مدار چاپی

آیا تا به حال شده، که در یک دست سیم قلع و در دست دیگر هویه، یک بعدازظهر کامل را دور میز به دنبال فیبر مدار چاپی “گریزپا”یی که از زیر دست شما می‌لغزد و به چپ و راست پیچ و تاب می‌خورد، به امید این که آن را به تمیزترین شکل ممکن لحیم کنید، تعقیب کرده باشید؟! برای من بالاخره روزی رسید که یک فکر اساسی برای این مشکل بکنم: در روزهای اول گوشه‌ی فیبر را با چسب کاغذی بر روی میز می‌چسباندم که البته راه حل خوبی نبود.

هنگام کار روی فیبرهای مدار چاپی این «قرار» کارآمد به کمک شما می‌آید و آن را ثابت و صاف نگه می‌دارد. فرقی نمی‌کند که آیا شما مشغول لحیم‌کاری هستید یا سوراخ‌کاری، این ابزار فیبر مدار چاپی را در وضعیتی پایدار روی میز کار نگه می‌دارد. طراحی ساده‌ی این وسیله ساخت آن را برای همگان ممکن می‌سازد.

در بازار البته ابزارهای نگه‌دارنده‌ی متنوعی وجود دارند که برخی از آنها را همه‌ی ما دیده‌ایم. اما بیش‌تر آنها فیبر مدار چاپی را به شکلی «روی هوا» نگه می‌دارند و این وضعیت، به ویژه هنگام کار با افزاره های ریزنقش و بسیار سبک نصب سطحی (اس.ام.دی.)، چالش‌برانگیز است و دقت کار را پایین می‌آورد.

دست شما برای انتخاب اندازه‌های این ابزار باز است و می‌توانید بر اساس نیاز خود آن را کوچک‌تر یا بزرگ‌تر بسازید. در نمونه‌ی ما طول فک متحرک 7/5 و عرض و ارتفاع آن 2 سانتی‌متر است. میله‌ی محور در حدود 20 سانتی‌متر طول دارد.

برای استفاده از این قرار کافی است که فک متحرک را در طولی کمی کمتر از اندازه‌ی فیبر روی محور ثابت کرد. به همین شکل برای آزاد کردن فیبر لازم است که به سادگی فک متحرک را کمی به عقب کشید.

مطالب مرتبط:

www.etesalkootah.ir || 2017-04–06 ©

آوریل 6, 2017

دسی بل و نمایش توان در سامانه های مخابراتی

در بیشترِ سامانه‌های مخابراتی با دامنه ی تغییرات و دینامیک وسیعی در توانِ علایم و سیگنال‌‌ها روبرو هستیم، دینامیکی که در بازه‌ی توان‌های دهگانی قرار دارد. کار کردن با این اعدادِ بزرگ آسان نیست. به این دلیل، سودمند است که سطح و مقدار توان‌ها را در این سامانه‌ها با «مقادیر نمایی» نمایش دهند.

یکای توان «وات» (W) است. نظر به این که لگاریتم‌ها باید مقداری مطلق و بدون یکا باشند، توان‌ها را نسبت به یک «توان مبنا» نشان‌می‌دهند، به این معنی که یک «نسبتِ توان» ایجاد می‌کنند. در مخابرات برای توان‌ها مقدار «یک میلی وات» به عنوان «مقدار مبنا» انتخاب شده است. به این ترتیب، سطوح لگاریتمی توان را با «دسی‌بل میلی‌وات» (dB Milliwatt) نشان می‌دهند و به آن dBm می‌گویند:

گاهی وقت‌ها توان‌ها را نسبت به یک وات و بر حسب dB Watt [db W] نمایش می‌دهند:

برای تبدیل بین این دو یکای توان از رابطه‌ی زیر استفاده می‌شود:

در جدول زیر مقدارهای متناظر برای توان بر حسب وات و dB W و dBm داده شده‌اند:

در نشانی زیر نرم‌افزار سودمندی برای تبدیل بین dBm, dBu, dBV, V_PEAK و V_RMS در اختیار همگان قرار داده شده است:

V_RMS/dBm/dBu/dBV calculators

مطالب مرتبط:

www. etesalkootah.ir || 2017-03–22 ©

مارس 22, 2017

فوت و فن سفیدگری در الکترونیک!

معرفی روش هایی برای سفیدکردن مس (مِسگری) بر فیبرهای مدار چاپی

چینش و قطعه‌گذاری افزاره‌های ریزنقشِ نصب سطحی (اس.ام.دی.ها) بر روی فیبرهای مدار چاپیِ دست ساز چندان آسان نیست، زیرا این فیبرها در مقایسه با فیبرهایی که به صورت حرفه‌ای و صنعتی تولید می‌شوند، “سفید” نشده‌اند و نوارهای مسی روی فیبر «لخت» می‌باشند. چون مس در هوای آزاد به سرعت اکسیده می‌شود، انجام لحیم‌کاری بر روی آن، به ویژه برای قطعات نصب سطحی، مشکل می‌شود. علاوه بر پایین‌آمدن لحیم‌پذیری، با گذشت زمان، خوردگی و اکسیداسیون نوارهای مسی بر روی فیبرهای مدار چاپی نه تنها آنها را از ریخت می‌اندازد و لکه‌های زشتی روی آنها ایجاد می‌کند، بلکه قابلیت اعتماد به کارکرد بی‌نقص مدار را نیز کاهش می‌دهد.

برای آبکاری و سفیدکردن مس در محدوده‌ی توانایی های فنی آماتوری، دو روش مختلف وجود دارد: اولی عبارت است از سفیدکردن با استفاده از خمیر لحیم‌کاری که در محل اتصالات و فیتینگ ها در لوله‌کشی مسی به کار برده می‌شود، و دیگری استفاده از قلع شیمیایی. هر دو روش موثرند و مونتاژ آسان‌تر و تمیزتر را تضمین می‌کنند.

روش یکم: خمیر قلع فیتینگ

در روش اول خمیر ساده‌ی قلع فیتینگ، که در لوله‌کشی‌های مسی آب و دستگاه‌های سرمایشی و گرمایشی مورد استفاده دارد، به کار برده می‌شود. چنین خمیرهایی را می‌توان از فروشگاه‌های لوازم تاسیساتی و ساختمانی و فروشگاه‌هایی که لوازم و مواد مصرفی لحیم‌کاری می‌فروشند، به قیمت ارزانی تهیه کرد. در خصوص ویژگی‌های این خمیرها می‌توان موارد زیر را برشمرد:

حفاظت بسیار خوب در برابر خوردگی،
لحیم‌پذیری خوب،
همیشه ایجاد یک سطح قلع‌اندود یکدست و صاف، که برای مونتاژ اس.ام.دی.ها مهم است، مقدور نمی باشد،
فیبرهای مدار چاپی بر اثر گرمادیدن شدید تا حدودی شکننده می شوند.

چگونگیِ فرآوری

خمیر خاکستری رنگ و غلیظ را به کمک یک قلم‌مو به طور یکنواخت روی سطح مسینِ فیبر می‌کشیم،
با «هویه‌ی هوای داغ»، که در بازار به آن «هیتر» یا «تفنگ هوای داغ» هم گفته می‌شود، این خمیر را تا حد ذوب شدن مورد گرمکاری قرار می‌دهیم،
قلع اضافی را، در حالی که هنوز مذاب است، با یک دستمال از روی فیبر پاک می کنیم. فیبر را نباید خیلی شدید گرم کرد، زیرا ممکن است به تخریب آن منجر شود،
باقی‌مانده‌ی ماده‌ی روان‌کننده (نشادر) ویژگی خورندگی دارد و باید پس از خنک‌شدن فیبر، با وسواس و دقت ابتدا با آب شسته شده و سپس، در صورت لزوم، با یک برس و صابون تمیز شود.

در فیلم های زیر نحوه ی کار به روشنی دیده می شود:

قلع‌اندود‌کردن فیبر مدار چاپی با خمیر قلع – 1

قلع‌اندود‌کردن فیبر مدار چاپی با خمیر قلع – 2

روش دوم: کاربرد «قلع شیمیایی»

قلع شیمیایی، یا همان محلول «تیوره» (Thiourea یا تیوکاربامید CH₄N₂S) است که کمی بوی تخم‌مرغ گندیده می‌دهد و با آب و دو ماده ی شیمیایی دیگر مخلوط می شود. یک و نیم لیتر محلول قلع شیمیایی برای سفیدگریِ یک تا یک و نیم مترمربع فیبر مدار چاپی کفایت می‌کند. هزینه‌ی خرید مواد شیمیایی لازم برای سفیدگری هر مترمربع فیبر مدار چاپی در حدود پنج هزار تومان است. بورس شیمیایی‌فروش‌ها در تهران در خیابان ناصرخسرو، کوچه‌ِ خدابنده‌لو قرار دارد.

فرآیند کار با آن ساده و بی‌دردسر است. فیبری که به مدت 2 تا 3 دقیقه در این محلول قرار گیرد، با لایه‌ای از قلع به ضخامت تقریبی 5 میکرومتر پوشیده خواهد شد. ویژگی های این لایه عبارتند از:

حفاظت خیلی خوب در برابر خوردگی،
لحیم‌پذیری خوب،
مناسب برای مونتاژ اس.ام.دی.ها به دلیل سطح تمام‌شده‌ی یکنواخت،
سطح تمام‌شده با ظاهر خیلی خوب و اُپتیکِ بسیار تمیز،
نیازی به کاربرد حرارت بالا و مصرف جریان برق وجود ندارد.

آماده‌سازی محلول

برای آماده‌سازی محلول، به یک ظرف غیرفلزی 1/5 لیتریِ مقاوم در برابر گرما احتیاج داریم،
این ظرف را با یک لیتر آب 50 درجه‌ی سانتی‌گراد پر می کنیم. بهتر آن است که از آب مقطر استفاده شود،
با احتیاط و به آرامی 100 میلی‌لیتر اسیدسولفوریک 30% را به آب اضافه می کنیم. مراقب باشید که برای مخلوط کردن آب و اسید سولفوریک از ریختن آب بر روی اسید اجتناب کنید و برای جلوگیری از پاشش اسید به دست و صورت و محیط از روش «تزریق اسید به درون محلول» (با یک سرنگ معمولی بدون سوزن) استفاده کنید. توجه: این اسید (H₂SO₄) به شدت خورنده و سوزاننده است و پوست و گوشت و پارچه و فرش و سنگ را می‌خورد و چشم را کور می‌کند و بخار آن ریه‌ها را از کار می‌اندازد و در دراز مدت موجب سرطان می‌شود و لکه‌های دایمی و زشت و پاک نشدنی روی همه چیز ایجاد می کند)،
مقدار 45 گرم تیوره را به مخلوط بالا افزوده و بهم می‌زنیم (یا اگر در ظرف در بسته قرار دارد، آن را تکان می دهیم) تا جایی که تیوره به طور کامل حل شود،
سپس، در حالی که محلول بالا به طور دایم هم زده می شود، 5 گرم کلرید قلع دو ظرفیتی (SnCl₂) به آن اضافه می کنیم. باید توجه داشت که بسته به دمای آب، حل شدن کامل کلرید قلع و آماده شدن محلول نهایی ممکن است تا 10 دقیقه به درازا بکشد.

به‌کارگیری محلول

پیش از به‌کارگیری محلول آن را تکان دهید و هم‌بزنید، زیرا به مرور زمان مقداری لِرد در کف ظرفِ محلول ته‌نشین می‌شود. با گرم‌کردن این محلول به میزان 30 تا 40 درجه‌ی سانتی‌گراد، این لرد دوباره در محلول حل خواهد شد.

سطح فیبری را که قرار است سفید شود خیلی خوب و اساسی با الکل یا آستون از هر گونه لکه و چربی و بازمانده های موادی که در هنگام عملیات چاپ فیبر بر روی آن کشیده شده بودند، پاک کنید،
فیبر را، پیش از آغاز فرآیند آبکاری، با آب فراوان بشویید و دقت کنید که وجود هر گونه ماده ی غریبه روی سطح مس عمر لایه‌ی قلع را به شدت کاهش می‌دهد،
فیبر را درون محلول قرار دهید. فرآیند نشست قلع بر روی فیبر فوری آغاز می‌شود و پس از 2 تا 3 دقیقه به پایان می‌رسد. بیش تر از این ماندن فیبر در محلول هیچ برتری یا کاستی در لایه ی قلع ایجاد نمی کند. فعل و انفعال همواره به تشکیل لایه ای از قلع به ضخامت حدود 5 میکرومتر محدود است،
پس از آبکاری، فیبر را زیر آب داغ فراوان بشویید،
فیبر را با مالیدن دستمال کاغذی آشپزخانه خشک کنید، طوری که لایه‌ی قلع براق و صیقلی شود.

سطح سفیدشده‌ی فیبری، که بر اثر بیکار ماندن به مدت طولانی لک افتاده باشد، می تواند برای تجدید سفیدگری دوباره در حمام قلعی که در بالا تشریح شد، قرار داده شود.

در فیلم های زیر فرآیندِ اثر و عملکرد «قلع شیمیایی» نمایش داده شده است:

سفید‌کردن فیبر مدار چاپی با قلع شیمیایی – 1

سفید‌کردن فیبر مدار چاپی با قلع شیمیایی – 2

نگه داری و انبارش

این محلول، بنا به ادعای تولیدکننده، تا 6 ماه در مکان تاریک قابل نگهداری و انبارش است. این محلول هیچ گازی تولید نمی‌کند، بنابراین، می توان درپوش ظرف آن را محکم بست. تحت این شرایط انبارش، من توانستم محلول را به مدت یک سال نگه دارم. تنها چالش در برابر انبارش درازمدت، جدا شدن و ته نشین شدن قلع از محلول است که به صورت یک لرد سفید رنگ در کف ظرف قابل تشخیص می باشد. همان طور که پیش از این هم اشاره شد، این لرد با گرم کردن محلول تا 30-40 درجه‌ی سانتی‌گراد دوباره در محلول حل خواهد شد. دقت گردد که در حین گرم کردن، از دمای گفته شده در بالا تجاوز نشود زیرا در غیر این صورت، ترکیب شیمیاییِ محلول دگرگون گشته و بی خاصیت خواهد شد.

ملاحظاتی در خصوص کار با مواد شیمیایی

و نکته ی آخر این که همه‌ی مواد شیمیایی کم و بیش سمی، خورنده، سوزاننده و در یک کلام «خطرناک» هستند. هنگام کار با مواد شیمیایی چیزی نخورید، نیاشامید و دود نکنید. مواد غذایی و نوشیدنی ها را از محل کار با این مواد دور نگه دارید. پس از کار با مواد شیمیایی، دستان خود را خوب بشویید.

مواد شیمیایی را در بسته بندی های کوچک، درست متناسب با مقدار مصرفِ پیش بینی شده، بخرید تا به علت انقضای تاریخ مجبور به دور انداختن آن نشوید.

همچنین، تلاش کنید پیش از دور انداختن ظروفی که حاوی مواد شیمیایی هستند، محتوای آن را تمام و کمال به کار ببرید و استفاده کنید تا ذره ای از آن وارد زباله ی منزل و بعداً محیط زیست نشود.

به یاد داشته باشید که

هر یک از ما نسبت به پاک نگه داشتن

خاک و آب و هوای سرزمین و محیط زیست خود مسوولیت داریم.

مطالب مرتبط:

تعیین پهنای مسیرهای مسی روی فیبرهای مدار چاپی

یک روش ساده و دقیق برای چاپ فیبر مدار چاپی

مواد ترکیبی نوین برای ساخت فیبرهای مدار چاپی

یک روش ساده برای ساختن خمیر قلع در خانه

مارس 22, 2017

ساخت یک شارژر آفتابی با مدار خورشید پیرو

ساخت یک شارژر باتری که مانند یک گل آفتابگردان همواره خود را در سمت و سوی خورشید نگه می‌دارد و نیروی آفتاب را با راندمان بالا برای پر کردن باتری‌های شارژشو به کار می‌گیرد… و به این شکل مدار شارژر را بسیار ساده می‌کند

برای استفاده از نیروی خورشید، «ضریب بهره» یا «راندمان» نقش تعیین‌کننده‌ای را بازی می‌کند. هر کس که با امر بهره‌برداری از انرژی آفتاب سر‌و‌کار داشته بوده باشد، بالاترین ارزش را برای تنظیم بهترین موقعیت ممکن و جهت یابی و قراول روی به سوی خورشید قایل می شود. در این راستا، چه بهتر که صفحات خورشیدی، خودشان به صورت خودکار، به سوی پرتوهای آفتاب بچرخند و همواره بیشترین برداشت را از نیروی خورشید داشته باشند.

شارژکردن باتری توسط سلول‌های خورشیدی

پر‌کردن باتری‌های قابل شارژ اصولاً کار ساده‌ای است. یک منبع ولتاژ (در اینجا یک پانل خورشیدی) مستقیماً به یک باتری شارژشو وصل است. در مسیر این ارتباط یک دیود قرار داده شده است تا وقتی که باتری پر باشد، انرژی آن برنگردد و در سلول‌های خورشیدی تلف و تخلیه نشود.

به جای استفاده از یک دیود معمولی، اما، از یک «دیود شاتکی» بهره‌گیری شده است، زیرا دیودهای شاتکی دارای این برتری هستند که نسبت به دیودهای معمولی «ولتاژ پیشرو»ی کمتری دارند. مقدار این ولتاژ که در دیودهای معمولی در حدود 0/65 ولت است، در شاتکی‌ها میان 0/3 تا 0/4 ولت قرار دارد. حالا که شارژر ما فقط از یک دیود و یک پانل خورشیدی تشکیل یافته، لازم است کاری کنیم که تا حد ممکن ولتاژ یکنواختی در مدار ایجاد شود و این کار ممکن نیست، مگر این که پانل ما خورشید را به دقت تعقیب کند تا همواره مقدار ثابتی نیروی خورشیدی دریافت نماید.

طرح مدار خورشید پیرو

برای این که پانل ما خورشید را تعقیب کند، لازم است که متحرک باشد و یک «نیروی محرکه» آن را به چرخش و حرکت درآورد. ساز‌و‌کار لازم برای چنین مقصودی باید تا حد ممکن سبک باشد تا نیروی زیادی برای کاراندازی آن به هدر نرود (تمرین خوبی برای مکاترونیکی‌ها، سازندگان ابزار دقیق و همه ی کسانی که به مکانیک علاقه‌مند هستند).

محرکه‌ی ارزان

آن نیرویی را که برای راه‌اندازی محرکه مورد نیاز خواهد بود، می توان با طراحی خوب، مستقیماً از سلول‌های خورشیدی دریافت کرد. به این منظور از یک طرف باید از یک الکتروموتور جعبه‌دنده‌دار کوچک و کم مصرف استفاده کرد، و از طرف دیگر تعدادی سلول خورشیدی برای تامین نیروی مورد نیاز آن در نظر گرفت. راه حل بهینه آن است که برای تامین انرژی مورد نیاز موتور، حتی خود باتری‌های در حال شارژ شدن نیز، در صورتی که لازم باشد، اندکی کمک بدهند!

در تصویرهای بالا نمونه ی جالبی از یک موتور گیربکسی کم‌مصرف که نسبت دور آن نیز با تغییردادن جای چرخ‌دنده‌ها بین دو نرخ تبدیل 9:1 و 27:1 قابل انتخاب است، دیده می‌شود. این موتور گیربکسی کوچک در اروپا به قیمتی نزدیک به 9 یورو فروخته می‌شود. این موتور با ولتاژ اندکی به میزان 0/4 ولت شروع به چرخش می‌کند و مصرف جریان آن هم در حدود 20 میلی آمپر است. سرعت چرخش محور این موتور با ولتاژ تغذیه‌ی 5/0 ولت و نرخ تبدیل جعبه‌دنده 27:1 برابر 10 دور در دقیقه خواهد بود. اندازه‌ی آن 38×25 میلی‌متر، قطر محور آن 2 میلی‌متر و طول سیم های اتصال آن 7 سانتی‌متر می‌باشد که برای ساخت مدل‌های خورشیدی از هر لحاظ ایده آل است.

سلول‌های خورشیدی با توان بالا

سلول‌های خورشیدی در این مدار نه تنها باید توانایی شارژ کردن باتری‌ها را داشته باشند، بلکه در صورت لزوم باید بتوانند موتور و مدار فرمان آن را نیز تغذیه کنند. با توجه به این موضوع، برای این پروژه دو عدد سلول آفتابی با مشخصات زیر با هم به صورت موازی بسته شده‌اند:

ولتاژ نامی: 8/4 ولت
جریان نامی: 85 میلی آمپر

با موازی بستن آنها بیشینه‌ی ولتاژی که در اختیار قرار می‌گیرد تقریباً برابر ولتاژ شش عدد باتری شارژشو است (ولت7/2=1/2×6). اما جریان نامی دو برابر شده است.

مدار الکترونیکی

بدون شک آن چه که قلب مدار مورد نیاز به حساب می‌آید، یک «تقویت‌کننده‌ی عملیاتی» است. چون ولتاژ تغذیه ی مدار الکترونیک توسط سلول‌های خورشیدی تامین می‌گردد و ممکن است این ولتاژ در شرایطی دچار افت شدید شود، تقویت‌کننده‌ی عملیاتی که به کار گرفته شده از نوعی که دارای پسوند AN است، انتخاب شد. این نوع آی.سی.ها برخلاف نوع معمولی دارای پسوند N حتی با ولتاژی به کمیِ 1/5 ولت هم به خوبی کار می کنند. آی.سی. تقویت‌کننده‌ی عملیاتی که در این پروژه مورد استفاده قرار گرفت از تیپ LM358AN بود.

مقاومت های نوری (LDR)

دو عدد «مقاومت وابسته به نور» به شکل مدار «تقسیم‌کننده‌ی ولتاژ» روی ورودی تقویت‌کننده‌های عملیاتی بسته شده‌اند. بسته به موقعیت استقرار دستگاه، اگر نسبت نوری که به این دو مقاومت نوری می تابد، یکسان باشد، به معنی آن است که جهت قراول رویِ سلول های آفتابی صحیح و دقیق به سمت خورشید است. در این حالت خروجی تقویت‌کننده ها صفر بوده و موتور نخواهد چرخید.

اگر جایی برای نگرانی نسبت به کمبود و نوسان ولتاژ تغذیه نبود، می‌شد مدار را از نوعی انتخاب کرد که با یک ولتاژ متقارن تغذیه شود، یعنی با یک ولتاژ مثبت و یک ولتاژ منفی که در خط صفر ولت با هم مشترک بودند. در اینجا، اما سلول های آفتابی به ندرت می توانند به صورت اطمینان‌بخش آن مقدار ولتاژ را تولید کنند که برای داشتن چنین ولتاژ منفی و مثبتی کفایت کند. بنابراین، چاره‌ی دیگری جز به کار گیری دو عدد تقویت‌کننده‌ی عملیاتی، که هر دو در یک دانه LM358 وجود دارند، در اختیار نبود. هر یک از این تقویت‌کننده‌ها مسوول چرخش به یک سو هستند: یکی برای چرخش به چپ و دیگری برای چرخش صفحه ی خورشیدی به راست. منبع تغذیه داری یک خط زمین (صفر ولت) است و یک خط دیگر با ولتاژ مثبت اما ناپایدار. با آی.سی. AN ی که به کار گرفت شده، هر گاه این ولتاژ مثبت بین 1/5 تا 15 ولت قرار داشته باشد، مدار الکترونیکی می تواند به درستی کار کند و به موتور فرمان بدهد.

محرکه ی چپ‌گرد – راست‌گرد

خروجی های هر دو تقویت‌کننده‌ی عملیاتی طوری مداربندی شده‌اند که به کمک یک «تبدیل‌کننده‌ی قطب‌ها»، می‌توانند موتور را در دو جهت به چرخش درآورند.

چنین مُبدّلی را می‌شد به سادگی با رله ساخت، اما در کاربرد ما، چون توان تلفاتی رله بسیار بالا است، قابل استفاده نیست. اما، حتی اگر از مینیاتوری ترین رله هم استفاده می شد، باز هم موانع زیر بر سر راه استفاده از رله قرار داشتند:

در اولین ساعت های پس از برآمدن خورشید، هیچ ولتاژ تغذیه ی ثابتی در اختیار نیست که بتواند رله را به کار اندازد،
به محض گرفتنِ رله، به سبب مصرف جریانِ بالای آن، فوری ولتاژ منبع تغذیه دچار افت می شود.

به این علت‌ها، مدار مبدلِ قطب با ترانزیستور ساخته می شود.

همان طور که در شماتیک بالا دیده می‌شود، ترانزیستورهای 1 و 2 تقویت کافی برای علایم خروجی از آی.سی. را تامین می کنند تا به پایداری عملکرد تقویت‌کننده‌های عملیاتی خدشه ای وارد نشود،

جفت ترانزیستورهای 3+6 و 4+5 هر یک، در جهت خلاف دیگری، موتور را به منبع ولتاژ تغذیه وصل می کنند (بر حسب این که کدام خروجی آی.سی. به یکی از این دو جفت ترانزیستور فرمان بدهد).

مدار کامل دستگاه، طرح فیبر مدار چاپی و راهنمای چینش افزاره ها بر آن در زیر ارایه شده‌اند.

با ترانزیستورهای داده شده در شماتیک بالا می توان فقط موتورهای کوچک را کنترل کرد. اما، در صورتی که این مدار قرار باشد به موتورهایی با مصرف جریان حدود یک آمپر فرمان دهد، بایستی از BD135 برای ترانزیستورهای 5 و 6 ، و از BD136 برای ترانزیستورهای 3 و 4 استفاده کرد. این ترانزیستورها باید به گرماگیر آلومینیومی مناسبی مجهز شوند. چون پایه های این ترانزیستورها با ترانزیستورهای داده شده در شماتیک تفاوت دارد، روشن است که در طراحی فیبر مدار چاپی باید اصلاحاتی صورت بگیرد.

تصویرهایی از دستگاه

در نمونه ی ساخته شده، صفحه ی خورشیدی بر روی یک محور که توسط موتور گیربکسی می چرخید قرار داده شده بود. در صورتی که ذوق مکانیکی وجود داشته باشد، خواننده می تواند با ساختن دو مدار و استفاده از دو موتور مستقل از هم، هر دو حرکت زاویه ای (Azimuth) و ارتفاعی (Elevation) را داشته باشد.

مطالب مرتبط:

مارس 19, 2017

طرز ساختن یک تفنگ الکترومغناتیسی ساده

«تفنگ الکترومغناتیسی» که به آن «تفنگ گاوس» هم می‌گویند، یک «شتاب‌دهنده‌ی جرم» است. شتاب‌دهنده‌ای که به کمک خودالقاییِ الکترومغناتیسی به یک «پرتابه»‌ی آهنی شتاب می‌دهد

«تفنگ الکترومغناتیسی» که به آن «تفنگ گاوس» هم می‌گویند، یک «شتاب‌دهنده‌ی جرم» است. شتاب‌دهنده‌ای که به کمک خودالقاییِ الکترومغناتیسی به یک «پرتابه»‌ی آهنی شتاب می‌دهد. به این ترتیب می‌توان فرض کرد که پرتابه به سرعت تقریباً بی‌نهایت برسد. شرط اولیه برای به تحقق پیوستن این فرض، اما، آن است که مقدار بی‌اندازه زیادی انرژی الکتریکی صرف شود.

مبنای این موضوع بسیار ساده است: یک خازن را با ولتاژی در بازه ی 300 تا 400 ولت پُر می‌کنیم. حال، اگر بار الکتریکی ذخیره شده در این خازن را در یک سیم‌پیچ تخلیه کنیم، برای مدت کوتاهی یک میدان آهنربایی بسیار نیرومند در آن پیدا خواهد شد. این میدان مغناتیسی توانایی آن را دارد که به عنوان مثال یک پرتابه‌ی آهنی را به صورت لحظه‌ای به خود جذب کند. چون که این جذبِ پُرتوان در زمان خیلی کوتاهی اتفاق می‌افتد، و از سوی دیگر عاملی برای متوقف‌کردن آن پیش‌بینی نشده است، پرتابه پس از گذشت لحظه‌ی تخلیه‌ی خازن به پرواز خود ادامه خواهد داد. اگر به جای ولتاژ لحظه‌ای، یک ولتاژ دایمی به سیم‌پیچ داده می شد، جریان ثابتی در آن برقرار می‌گردید و پرتابه توسط نیروی دایمیِ آهنربایی در داخل سیم پیچ نگه‌داشته می‌شد.

خوب، تا اینجا با اصل موضوع آشنا شدیم. حالا باید فقط به فکر این باشیم که خازن الکترولیت ما، که به عنوان مثال 600 ولت روی 4000 میکروفاراد دارد، وقتی آن را به سیم‌پیچ وصل می کنیم مانند آن است که از روی میزکارمان توپ درمی‌کنیم!

اما چگونه می توانیم خازن را به سیم‌پیچ وصل کنیم، بدون آن که صدای مهیب انفجاری ایجاد شود؟ خیلی ساده! به یاریِ یک «تریستور»! باید پیش خودتان این طور تصور کنید که تریستور دارای 3 پایه است. به یکی از آن‌ها یک سرِ سیم‌پیچ وصل می‌شود و یک پایه‌ی دیگرش به خط مثبت تغذیه می‌رود. قطب منفی خازن ما به سر دیگر سیم‌پیچ وصل می‌شود. حال اگر بین این دو پایه ی تریستور اتصال کوتاه کنیم، همان صدای مهیب تولید خواهد شد، اما اگر به پایه‌ی سوم تریستور ولتاژِ کمی بدهیم، مثلاً از یک باتری، دو پایه‌ی دیگر تریستور مانند آن است که به یکدیگر وصل می‌شوند. تفاوت در این است که این بار از صدای مهیب انفجاری خبری نیست. خوب شد، این طور نیست؟ ما در این نگاشته‌ی کوتاه قصد نداریم وارد جزییات کسالت‌آورِ کار تریستورها شویم، به این خاطر خیلی سریع به تفنگ برقی برمی‌گردیم. با دانسته هایی که تا اینجا به دست آوردیم، الان بهتر می‌توانیم عملکرد مدار را درک کنیم.

در مداری که در اینجا معرفی شده، یک ترانسفورماتور 220 به 300 ولت به کار رفته است. این ترانس از سمت اولیه ی خود به شبکه ی برق شهری 220 ولت وصل می شود. بنابراین به کسانی که تجربه و تسلط کافی به کار با برق را ندارند اکیداً توصیه می کنیم که این مدار را نسازند. اما اگر به مسوولیت خودشان آن را ساختند، همواره زیر نظارت یک فرد متخصص این کار را انجام دهند.

در ثانویه ی ترانسفورماتور ولتاژ 300 ولت متناوب خواهیم داشت. روشن است که با ولتاژ متناوب نمی‌توان خازنی را شارژ کرد. به این دلیل روی ثانویه ی این ترانسفورماتور دو عدد دیود یکسوساز پیش بینی کرده ایم تا ولتاژ پیش گفته را به صورت جریان مستقیم درآورد. یک باتری معمولی 9 ولت از طریق یک مقاومت عمل راه اندازی (آتش کردن یا «تریگ») پایه ی کنترل تریستور، یعنی «گِیت» آن را به عهده دارد. همان طور که در شماتیک هم دیده می شود، مدار ما بسیار ساده و مختصر و مفید طراحی شده و تا جای ممکن از افزاره های کمی در ساخت آن بهره‌گیری شده است.

حالا توپ الکتریکی ما آماده‌ی شلیک است. با وجود این، باید نکته ای را یادآور شویم و آن این که شما هنگام به کارگیری این وسیله، باید بی‌اندازه احتیاط کنید تا از خازن پرشده با ولتاژ 300 ولت شوک الکتریکی به بدن تان وارد نشود، زیرا انرژی ذخیره شده در خازن، مثلاً در نمونه ای که من ساختم، معادل 300 ژول بود!

چالشی که در میان است، این است که از این 300 ژول در بهترین حالت تنها 5% اش به انرژی سینتیک تبدیل می شود. این بدان معنا است که پرتابه ی آهنی ما، در خوشبینانه‌ترین ارزیابی، فقط 15 ژول انرژی دریافت خواهد کرد. در بیش تر موارد فقط 1% نیروی خازن به انرژی جنبشی تبدیل خواهد شد که رقم رقت آور 3 ژول خواهد بود! با وجود این ارقام ناامیدکننده، همین 3 ژول ناقابل را هم نباید دست کم گرفت، چرا که قادر است یک قوطی نوشابه را «آبکش» کند!

یا حتی جان هیولاها (!) را هم بگیرد:

در پایان چند پیشنهاد و توصیه داریم که می تواند کارکرد تفنگ الکتریکی شما را بهبود بخشد:

در ساخت سیم‌پیچ از سیم لاکی ضخیم استفاده کنید و تعداد دور زیادی بپیچید،
لوله ی هدایت پرتابه را از جنس پلاستیک انتخاب کنید و هرگز نوع فلزی را به کار نبرید،
ظرفیت خازن را، تا جایی که برای شما امکان دارد، بیش تر کنید، همچنین بالاتر بردن ولتاژ شارژ هم بسیار موثر است.

حتماً با «قانون اُهم» آشنا هستید که می گوید مقاومت = ولتاژ ÷ جریان . با بالارفتن ظرفیت خازن، به طور متناسب، شدت جریان تخلیه ی خازن در سیم پیچ هم افزایش پیدا خواهد کرد. اگر مسیرهای ارتباطی بین خازن و سیم‌پیچ مقاومت الکتریکی زیادی داشته باشند، جریان کوچک‌تری در مدار می‌تواند برقرار گردد و در نتیجه، خازن برای تخلیه ی کامل بار خود به زمان بیشتری احتیاج خواهد داشت و روشن است که طولانی شدن زمان حضور میدان مغناتیسی در سیم پیچ، سبب ترمزشدن پرتابه و کاهش سرعت آن خواهد شد. بنابراین لازم است که برای سیم های ارتباطی در مدار از ضخامت‌های بالا استفاده به عمل آید.

همچنین باید دانست که اگر ولتاژ شارژ بالا برده شود، با توجه به قانون اهم، جریان به مراتب بزرگ تری در کوتاه ترین زمان می تواند در سیم‌پیچ جاری شود، که در مقابل حالت پیشین به این معناست که پرتابه انرژی بیش تری دریافت خواهد کرد.

برای حسن ختام این نگاشته کلیپ زیر را انتخاب کرده ایم که می تواند برای آگاهی بیننده سودمند باشد:

دستگاه شلیک الکتریکی

همچنین، برای آشنایی با مبانی علمی این پدیدۀ الکترومغناتیسی، فیلم پیشنهادی ما را در سایت اتصال کوتاه در «آپارات» تماشا کنید. خوب است همۀ هفت قسمت این مجموعۀ آموزشی را ببینید.

تفاوت میان موتورهای مغناطیسی و موتورهای الکترومغناطیسی

منبع:

سایت teslaundmehr

مطالب مرتبط:

ساخت یک مدار تخلیه ی فرکانس رادیویی پرتوان

پیش بینی پیدایش سلاح های موتاسیونی و ژئوفیزیکی

معرفی کتاب: «بررسی تهدیدات الکترومغناطیسی و سناریوهای تهدید»

آخرین به روز رسانی: ششم آبان 1399