#10 دوائر التثبيت — إزاحة مستوى DC

تجد أدناه جميع الأسطر المكتوبة في الدفتر مع النص الكامل للشرح الصوتي.

1. 1. القص مقابل التثبيت

   

   دائرة القص → تزيل جزءاً من الموجة

   دائرة التثبيت → تزيح الموجة كاملة

   يُحفظ الشكل وV_pp

   يتغير مستوى DC فقط

   تُسمى أيضاً DC restorer

   نص الشرح الصوتي

   أهلاً بكم من جديد. في سلسلة القص تعلمنا كيف نقطع قمم الموجة. شكل الخرج كان يتغير لأن جزءاً من الإشارة كان يُزال. اليوم نبدأ عائلة جديدة من دوائر الديود: دوائر التثبيت. دائرة التثبيت تفعل شيئاً مختلفاً تماماً. تُزيح الموجة بأكملها إلى الأعلى أو الأسفل دون تغيير شكلها على الإطلاق. الجهد من القمة إلى القمة يبقى نفسه تماماً. فقط مستوى التيار المستمر يتحرك. فكر فيها كمصعد. القص كمقص يقطع أعلى المبنى. التثبيت كمصعد ينقل المبنى بأكمله إلى طابق آخر. تُسمى أيضاً مُعيد التيار المستمر لأنها تُعيد مرجع تيار مستمر معروف لإشارة تيار متردد.

2. 2. الدائرة الأساسية

   

   v_i → مكثف C متسلسل → الخرج v_o

   من الخرج إلى المرجع: D وR_L

   D ON → يشحن C

   D OFF → يحفظ C شحنته

   الشحنة المخزنة تزيح الموجة كاملة

   نص الشرح الصوتي

   هذه هي دائرة التثبيت الأساسية. الإشارة تمر عبر مكثف C على التوالي. على جانب الخرج يتصل ديود D من عقدة الخرج إلى الأرضي. ومقاومة حمل R موازية للديود. المكثف هو العنصر الأساسي. يمنع التيار المستمر لكنه يمرر التيار المتردد. خلال نصف دورة يوصل الديود ويشحن المكثف إلى جهد معين. خلال النصف الآخر يتوقف الديود ويحافظ المكثف على شحنته. هذه الشحنة المخزنة تُضاف إلى إشارة الدخل وتزيح الموجة بأكملها.

3. 3. الشحن وحفظ الجهد

   

   v_i = +V → D ON

   $v_{\mathrm{o}} = 0,\; V_{\mathrm{C}} = V$

   v_i = −V → D OFF

   $v_{\mathrm{o}} = v_{\mathrm{i}} - V_{\mathrm{C}} = -2V$

   الدخل [−V,+V] → الخرج [−2V,0]

   نص الشرح الصوتي

   لنتتبع عملية الشحن خطوة بخطوة مع ديود مثالي وموجة مربعة من زائد V إلى سالب V. في نصف الدورة الأول الدخل هو زائد V. الديود منحاز أمامياً ويوصل. يتدفق التيار عبر الديود ويشحن المكثف. المكثف يشحن حتى يصل جهده إلى V. بينما الديود موصل، الخرج مثبت عند صفر فولت. في نصف الدورة الثاني ينخفض الدخل إلى سالب V. الآن الديود منحاز عكسياً ويتوقف. لا يتدفق تيار فيحافظ المكثف على شحنته عند V. نطبق قانون كيرشوف للجهد حول الحلقة. الخرج يساوي الدخل ناقص جهد المكثف. أي سالب V ناقص V يساوي سالب اثنين V. الموجة بأكملها انزاحت إلى الأسفل بمقدار V. الدخل يتأرجح بين زائد V وسالب V. الخرج يتأرجح بين صفر وسالب اثنين V. القيمة من القمة إلى القمة لا تزال اثنين V. لم يُقطع شيء. الشكل متطابق. فقط مستوى التيار المستمر تغير.

4. 4. الخرج المثالي

   

   الدخل: من +V إلى −V

   الخرج: من 0 إلى −2V

   $V_{\mathrm{pp,in}} = V_{\mathrm{pp,out}} = 2V$

   $مقدار الإزاحة = V_{\mathrm{C}} = V$

   نص الشرح الصوتي

   هذه مقارنة أشكال الموجة. المنحنى الأزرق هو الدخل: موجة مربعة من زائد V إلى سالب V. المنحنى الأخضر هو الخرج: انزاح إلى الأسفل بحيث القمة الموجبة عند الصفر والقمة السالبة عند سالب اثنين V. لاحظ أن القيمة من القمة إلى القمة محفوظة. الإزاحة تساوي جهد المكثف V C وهو في الحالة المثالية يساوي V تماماً.

5. 5. نموذج السيليكون

   

   $V_{\mathrm{m}} = 5 V,\; V_{\mathrm{D}} = 0.7 V$

   $V_{\mathrm{C}} = V_{\mathrm{m}} - V_{\mathrm{D}} = 4.3 V$

   $v_{\mathrm{o,max}} = +0.7 V$

   $v_{\mathrm{o,min}} = -5 - 4.3 = -9.3 V$

   $V_{\mathrm{pp,out}} = 10 V$

   نص الشرح الصوتي

   الآن نضيف انخفاض جهد ديود السيليكون. الدخل موجة مربعة بقيمة عظمى خمسة فولت تتأرجح من زائد خمسة إلى سالب خمسة. ديود السيليكون له جهد أمامي V d يساوي 0.7 فولت. في المنطقة الأولى الدخل زائد خمسة فولت والديود يوصل. المكثف يشحن إلى V m ناقص V d. أي خمسة ناقص 0.7 يساوي 4.3 فولت. الخرج خلال هذه المرحلة ليس صفراً. يساوي جهد الديود الأمامي: زائد 0.7 فولت. في المنطقة الثانية ينخفض الدخل إلى سالب خمسة فولت ويتوقف الديود. الخرج يساوي الدخل ناقص جهد المكثف. أي سالب خمسة ناقص 4.3 يساوي سالب 9.3 فولت. إذاً الخرج يتأرجح من زائد 0.7 فولت إلى سالب 9.3 فولت. القيمة من القمة إلى القمة عشرة فولت تطابق الدخل تماماً.

6. 6. التثبيت المنحاز

   

   الدخل: من +10 V إلى −10 V

   مرجع التثبيت: V_bias = +5 V

   $v_{\mathrm{o,max}} = +5 V$

   $v_{\mathrm{o,min}} = 5 - 20 = -15 V$

   $الخرج [+5,-15] V;\; V_{\mathrm{pp}}=20 V$

   نص الشرح الصوتي

   ماذا لو أردنا إزاحة الموجة إلى مستوى مختلف وليس فقط إلى الأسفل نحو الصفر؟ نضيف مصدر جهد مستمر V bias على التوالي مع الديود. هذه تسمى دائرة تثبيت منحازة. مصدر التيار المستمر ينقل نقطة المرجع. بدلاً من تثبيت القمة الموجبة عند الصفر نثبتها عند V bias. لنأخذ مثالاً عددياً واضحاً: موجة مربعة تتأرجح من موجب عشرة إلى سالب عشرة فولت، مع V bias يساوي موجب خمسة فولت. يوصل الديود عندما تبلغ القمة الموجبة مرجع الخمسة فولت، لذلك تكون القيمة العظمى للخرج موجب خمسة فولت. قيمة الدخل من القمة إلى القمة عشرون فولت، ومن ثم تكون القيمة الصغرى للخرج خمسة ناقص عشرين، أي سالب خمسة عشر فولت. إذن يتأرجح الخرج من موجب خمسة إلى سالب خمسة عشر فولت. مصدر الانحياز يغير مستوى DC، بينما يبقى مدى العشرين فولت محفوظاً.

7. 7. ملخص الطريقة

   

   عند D ON يشحن C نسبة إلى المرجع

   عند D OFF يزيح V_C إشارة الدخل

   مثالي: يمكن تثبيت القمة عند 0 V

   سيليكون: يتحرك المرجع بمقدار V_D

   انحياز: ينتقل المرجع إلى V_bias

   التحقق: يجب حفظ الشكل وV_pp

   نص الشرح الصوتي

   لنراجع. دائرة التثبيت تستخدم مكثفاً وديوداً لإزاحة مستوى التيار المستمر للموجة. المكثف يشحن خلال نصف الدورة عندما يوصل الديود. هذا الجهد المخزن يُضاف إلى الدخل خلال نصف دورة عدم التوصيل مما ينشئ إزاحة التيار المستمر. مع ديود مثالي القمة الموجبة تُثبت عند الصفر. مع سيليكون تُثبت القمة عند V d أي 0.7 فولت. إضافة مصدر انحياز ينقل نقطة التثبيت إلى V bias. القاعدة الأساسية: القيمة من القمة إلى القمة تُحفظ دائماً. فقط مستوى التيار المستمر يتغير. في الدرس التالي سنحل المزيد من أمثلة التثبيت بأوضاع ديود واتجاهات انحياز مختلفة.

الفيديو المصدر: أساسيات الإلكترونيات #10 | دوائر التثبيت: إزاحة مستوى التيار المستمر بالمكثف والديود (5:50)