مضاد للانصهار

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

جهاز منع الانصهار هو جهاز كهربائي يؤدي وظيفة معاكسة لوظيفة الانصهار . فبينما يبدأ الانصهار بمقاومة منخفضة، وهو مصمم لقطع أو فتح مسار كهربائي موصل بشكل دائم (عادةً عندما يتجاوز التيار المار في المسار حدًا معينًا)، يبدأ جهاز منع الانصهار بمقاومة عالية - دائرة مفتوحة - ويتم تحويلها برمجيًا إلى مسار كهربائي موصل دائم (عادةً عندما يتجاوز الجهد عبر جهاز منع الانصهار مستوى معينًا). [ 1 ] لهذه التقنية تطبيقات عديدة، ويُعرف جهاز منع الانصهار بشكل خاص باستخدامه في مصابيح أشجار عيد الميلاد الصغيرة (أو المصغرة) ذات الجهد المنخفض .

أضواء شجرة عيد الميلاد

لا تتحمل مصابيح الجهد المنخفض الجهد الكامل المعتاد في الدوائر الكهربائية المنزلية، ولذلك تُوصل على التوالي، على عكس مصابيح C7 وC9 الأكبر حجمًا والتقليدية التي تُوصل على التوازي ومصممة للعمل مباشرةً بجهد التيار الكهربائي المنزلي. ولأن احتراق مصباح في دائرة كهربائية متصلة على التوالي يؤدي إلى قطع الدائرة بأكملها، فإن سلسلة المصابيح المتصلة على التوالي تتعطل تمامًا عند تعطل مصباح واحد. [ 2 ]

لهذا السبب، تحتوي كل لمبة على صمام مضاد للانصهار مُثبّت بداخلها، عادةً كسلك تحويل داخلي. [ 3 ] عند احتراق اللمبة، يمر كامل جهد التيار الكهربائي عبر اللمبة المحترقة. يؤدي هذا إلى قيام الصمام المضاد للانصهار بتقصير دائرة اللمبة المحترقة بسرعة، مما يسمح لدائرة التوالي باستئناف عملها، وإن كان ذلك بنسبة أكبر من جهد التيار الكهربائي تُطبّق الآن على كل لمبة من اللمبات المتبقية. يُصنع الصمام المضاد للانصهار باستخدام سلك ذي طلاء عالي المقاومة، ويُلف هذا السلك حول سلكي دعم الفتيل الرأسيين داخل اللمبة. يتحمل عازل سلك الصمام المضاد للانصهار الجهد المنخفض العادي المُطبّق على اللمبة العاملة، ولكنه ينهار بسرعة تحت تأثير جهد التيار الكهربائي الكامل، مما يُفعّل وظيفة الصمام المضاد للانصهار.

مع ازدياد عدد المصابيح المعطلة في السلسلة، يرتفع الجهد الكهربائي عبر كل مصباح متبقٍ، مما يزيد من احتمالية تعطلها. كما يرتفع التيار المار في السلسلة، لذا عادةً ما تحتوي السلاسل على مصهر عادي للحماية من احتمال حدوث تيار زائد شديد في حال تعطل عدد كبير من المصابيح. في بعض الحالات، تؤدي هذه الوظيفة "مصباح مصهر" بدون مصهر مضاد، وله تصنيف مختلف قليلاً بحيث ينفجر أولاً عند ارتفاع التيار بشكل كبير.

مضادات الانصهار في الدوائر المتكاملة

تُستخدم الصمامات المضادة على نطاق واسع لبرمجة الدوائر المتكاملة بشكل دائم . [ 4 ] يمكن استخدام الصمامات المضادة في ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة ( PROM ). يحتوي كل بت على صمام وصمام مضاد، ويتم برمجته بتفعيل أحدهما. هذه البرمجة، التي تُجرى بعد التصنيع، دائمة وغير قابلة للعكس، وهي وسيلة لتحقيق ما يُعرف باسم "البرمجة لمرة واحدة" (OTP). [ 5 ]

تستخدم بعض أجهزة المنطق القابلة للبرمجة (PLDs)، مثل الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs) المهيكلة ، تقنية الصمامات لتكوين الدوائر المنطقية وإنشاء تصميم مخصص من تصميم دائرة متكاملة قياسي. تتميز أجهزة PLDs المضادة للصمامات بإمكانية برمجتها لمرة واحدة، على عكس أجهزة PLDs الأخرى القائمة على ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM) والتي يمكن إعادة برمجتها لإصلاح الأخطاء المنطقية أو إضافة وظائف جديدة. تتمتع أجهزة PLDs المضادة للصمامات بمزايا على أجهزة PLDs القائمة على ذاكرة SRAM، حيث إنها، مثل الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات ، لا تحتاج إلى إعادة تكوين في كل مرة يتم فيها توصيل الطاقة. [ 6 ] كما أنها قد تكون أقل عرضة لتأثير جسيمات ألفا التي يمكن أن تتسبب في تعطل الدوائر. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون الدوائر المبنية عبر مسارات التوصيل الدائمة للصمامات المضادة للصمامات أسرع من الدوائر المماثلة المنفذة في أجهزة PLDs باستخدام تقنية SRAM.

صمامات مضادة للكهرباء

تستخدم الصمامات المضادة العازلة حاجزًا رقيقًا جدًا من الأكسيد بين موصلين. ويتم تشكيل القناة الموصلة عن طريق انهيار عازل ناتج عن نبضة جهد عالٍ. تُستخدم الصمامات المضادة العازلة عادةً في عمليات CMOS وBiCMOS نظرًا لأن سمك طبقة الأكسيد المطلوبة أقل من تلك المتوفرة في العمليات ثنائية القطب.

صمامات مضادة للانصهار من السيليكون غير المتبلور

تعتمد إحدى طرق تصميم الدوائر المتكاملة التي تستخدم تقنية منع الانصهار على استخدام حاجز رقيق من السيليكون غير المتبلور غير الموصل بين موصلين معدنيين . عند تطبيق جهد عالٍ كافٍ عبر السيليكون غير المتبلور، يتحول إلى سبيكة من السيليكون والمعادن متعددة التبلور ذات مقاومة منخفضة ، مما يجعلها موصلة للكهرباء.

السيليكون غير المتبلور هو مادة لا تستخدم عادة في عمليات ثنائية القطب أو CMOS وتتطلب خطوة تصنيع إضافية.

يتم تشغيل الصمام المضاد عادةً باستخدام تيار يبلغ حوالي 5 مللي أمبير . في حالة الصمام المضاد متعدد الانتشار، تولد كثافة التيار العالية حرارةً تؤدي إلى انصهار طبقة عازلة رقيقة بين السيليكون متعدد التبلور وأقطاب الانتشار، مما يُنشئ وصلة سيليكون مقاومة دائمة.

صمامات زينر المضادة للانصهار

يمكن استخدام ثنائيات زينر كصمامات مضادة للانصهار. يتم تحميل وصلة pn التي تعمل كصمام ثنائي بتيار زائد، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. عند درجات حرارة أعلى من 100  درجة مئوية وكثافة تيار أعلى من 10⁵ أمبير  /سم²، تخضع الطبقة المعدنية للهجرة الكهربائية ، مُشكّلةً نبضات كهربائية عبر الوصلة، مما يؤدي إلى قصرها؛ تُعرف هذه العملية في الصناعة باسم "صعقة زينر" . تتشكل النبضة على سطح السيليكون وأسفله قليلاً، أسفل طبقة التخميل مباشرةً دون إتلافها. وبالتالي، لا يؤثر التحويل الموصل على سلامة وموثوقية جهاز أشباه الموصلات. عادةً ما  تكون نبضة قصيرة (بضع ميلي ثانية) بتيار 100-200 ميلي أمبير كافية للأجهزة ثنائية القطب الشائعة، وذلك لهيكل صمام مضاد للانصهار غير مُحسَّن؛ أما الهياكل المتخصصة فتتطلب طاقة أقل. وتكون المقاومة الناتجة للوصلة في حدود 10 أوم.

تُستخدم تقنية زينر بشكل متكرر في دوائر الإشارات المختلطة لضبط قيم المكونات التناظرية. على سبيل المثال، يمكن تصنيع مقاومة دقيقة بتكوين عدة مقاومات متصلة على التوالي مع زينرات متوازية (موجهة بحيث تكون غير موصلة أثناء التشغيل العادي للجهاز)، ثم توصيل زينرات مختارة لتوصيل المقاومات غير المرغوب فيها. بهذه الطريقة، لا يمكن إلا خفض قيمة المقاومة الناتجة. لذلك، من الضروري تعديل هوامش التفاوت في التصنيع بحيث تكون أدنى قيمة يتم تصنيعها مساوية أو أكبر من القيمة المطلوبة. لا يمكن أن تكون قيمة المقاومات المتوازية منخفضة جدًا لأن ذلك سيؤدي إلى امتصاص تيار زينر؛ في مثل هذه الحالات، يتم استخدام مزيج من المقاومات والصمامات المضادة للانصهار على التوالي والتوازي. [ 7 ]

إنارة الشوارع (مهجورة)

على غرار أضواء شجرة عيد الميلاد، قبل ظهور مصابيح التفريغ عالي الكثافة ، كانت دوائر إنارة الشوارع التي تستخدم المصابيح المتوهجة تُشغَّل غالبًا كدوائر توالي عالية الجهد. كان كل مصباح شارع مزودًا بفتحة غشائية ؛ وهي عبارة عن قرص صغير من غشاء عازل يفصل بين نقطتي تلامس متصلتين بالسلكين المؤديين إلى المصباح. وكما هو الحال مع أضواء عيد الميلاد المذكورة أعلاه، إذا تعطل المصباح، فإن كامل جهد دائرة إنارة الشارع (آلاف الفولتات) يُطبَّق على الغشاء العازل في الفتحة، مما يؤدي إلى تمزقه. وبهذه الطريقة، يتم تجاوز المصباح المعطل واستعادة الإضاءة لبقية الشارع.

على عكس أضواء عيد الميلاد، كانت الدائرة الكهربائية عادةً تحتوي على جهاز أوتوماتيكي لتنظيم التيار الكهربائي، مثل محول التيار الثابت. عند احتراق كل مصباح من مصابيح السلسلة وحدوث قصر في الدائرة، يقوم منظم التيار المتردد بخفض الجهد، مما يحافظ على تشغيل كل مصباح متبقٍ بجهده وتياره وسطوعه وعمره الافتراضي الطبيعي. عند استبدال المصباح التالف، يتم تركيب غشاء عازل جديد، يفصل مرة أخرى نقاط التلامس الكهربائية في الفتحة. يمكن تمييز هذا النوع من إضاءة الشوارع من خلال العازل الخزفي الكبير الذي يفصل المصباح والعاكس عن ذراع تثبيت المصباح؛ كان العازل ضروريًا لأن نقطتي التلامس في قاعدة المصباح قد تعملان بشكل روتيني بجهد يصل إلى عدة آلاف من الفولتات فوق الأرض.

تُستخدم الآلية نفسها (قطع قرص الفيلم) على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب إضاءة متسلسلة، [ 8 ] مثل أضواء مدرج المطار وممرات الطائرات. [ 9 ] [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بوبدا، كريستوف (30 سبتمبر 2007). مقدمة في الحوسبة القابلة لإعادة التكوين: البنى والخوارزميات والتطبيقات . جيلدفورد بولدر: سبرينغر لندن نت لايبراري، إنك. [الموزع]. ص  29. ISBN 978-1-4020-6100-4.
  2. ↑ وود، دانيال (16 ديسمبر 2015). "كيف تعمل أضواء العطلات؟" . وزارة الطاقة .
  3. ↑ براين، مارشال (26 مارس 2014). "كيف تعمل أضواء عيد الميلاد" . HowStuffWorks . مؤرشف من الأصل في 26 مارس 2014. تم الاسترجاع في 23 سبتمبر 2023 .
  4. ↑ إبرارد، إيلودي؛ ألار، برونو؛ كانديلييه، فيليب؛ والتز، باتريس (ديسمبر 2009). "مراجعة لحلول الصمامات ومضادات الصمامات لتقنيات CMOS القياسية المتقدمة" . مجلة الإلكترونيات الدقيقة . 40 (12): 1755-1765 . doi : 10.1016/j.mejo.2009.09.007 .
  5. ↑ جينبونغ، ​​كيم؛ لي، كويرو (سبتمبر 2003). "مصفوفة خلايا ذاكرة قراءة فقط قابلة للبرمجة لمرة واحدة (OTP) بثلاثة ترانزستورات باستخدام صمام مضاد لأكسيد بوابة CMOS القياسي". رسائل أجهزة الإلكترونيات IEEE . 24 (9): 589-591 . Bibcode : 2003IEDL...24..589K . doi : 10.1109/LED.2003.815429 . ISSN 0741-3106 . 
  6. ^ باتيزاتي، نيكولو؛ باتيزاتي، نيكولو؛ ستيربون، لوكا؛ فيولانتي، ماسيمو (2011). مصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية القابلة لإعادة التشكيل للتطبيقات ذات المهام الحرجة . نيويورك: سبرينغر. ص. 118. ردمك  978-1-4419-7595-9.
  7. ↑ كومر، دونالد ت. (1996-01-01). "تقنية زينر زاب لضبط الصمامات المضادة في دوائر VLSI" . تصميم VLSI . 5 (1): 89-100 . doi : 10.1155/1996/23706 . ISSN 1065-514X . 
  8. ↑ "قطع أقراص الأفلام - ميريديان إلكتريك" . www.meridianelectric.net . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-09-2023 .
  9. ↑ فيليبس، سيسيل ب. (1975). تقييم إضاءة خط منتصف ممرات الطائرات لمخارج المدرج وتقاطع ممرات الطائرات . المركز التقني ويليام ج. هيوز. ص 3. 
  10. ↑ "التعميم الاستشاري 150/5345-46B" . إدارة الطيران الفيدرالية . سبتمبر 1998.