مشبك (إلكترونيات)

دائرة التثبيت (أو دائرة التثبيت أو المشبك ) هي دائرة إلكترونية تُثبّت ذروة الإشارة، سواءً كانت موجبة أو سالبة، عند جهد مُحدد، وذلك بإضافة جهد مستمر متغير، موجب أو سالب، إليها. ^{[ 2 ]} لا تُقيّد دائرة التثبيت مدى تذبذب الإشارة من ذروة إلى ذروة (قص الإشارة)؛ بل تُحرّك الإشارة بأكملها صعودًا أو هبوطًا بحيث تُصبح ذرواتها عند مستوى مرجعي.

تتكون دائرة تثبيت الجهد الثنائي ( وهي نوع بسيط وشائع) من ثنائي يسمح بمرور التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط ويمنع الإشارة من تجاوز القيمة المرجعية؛ ومكثف يوفر إزاحة تيار مستمر من الشحنة المخزنة. يشكل المكثف ثابتًا زمنيًا مع مقاومة الحمل، مما يحدد نطاق الترددات التي تكون الدائرة فعالة ضمنه. على الرغم من بساطة دائرة تثبيت الجهد الثنائي وموثوقيتها العالية، إلا أن عيبها الرئيسي في العديد من التطبيقات هو أن انخفاض الجهد الأمامي للثنائي يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة، مما يجعل جهد الخرج لدائرة تثبيت الجهد الثنائي يتغير بتغير درجة الحرارة، وهو ما يجعلها غير مناسبة للعديد من التطبيقات.

الوظيفة العامة

تقوم دائرة التثبيت بربط الحد الأعلى أو الأدنى لموجة الجهد بمستوى جهد مستمر ثابت. تُعرف هذه الدوائر أيضًا باسم دوائر استعادة جهد التيار المستمر. يمكن تصميم دوائر التثبيت بقطبية موجبة أو سالبة. عند عدم وجود تحيز، تُثبّت دوائر التثبيت الحد الأدنى للجهد (أو الحد الأعلى، في حالة دوائر التثبيت السالبة) عند صفر فولت. تعمل هذه الدوائر على تثبيت ذروة الموجة عند مستوى جهد مستمر محدد مقارنةً بإشارة مقترنة سعويًا، والتي تتأرجح حول متوسط مستوى جهدها المستمر.

شبكة التثبيت هي شبكة تقوم بتثبيت الإشارة عند مستوى تيار مستمر مختلف. يجب أن تحتوي الشبكة على مكثف، وثنائي، وعنصر مقاوم و/أو حمل اختياري، ولكن يمكنها أيضًا استخدام مصدر تيار مستمر مستقل لإحداث إزاحة إضافية. يجب اختيار قيمتي المقاومة (R) والمكثف (C) بحيث يكون ثابت الزمن RC كبيرًا بما يكفي لضمان عدم انخفاض الجهد عبر المكثف بشكل ملحوظ خلال الفترة التي يكون فيها الثنائي غير موصل.

الأنواع

تُصنّف دوائر التثبيت حسب طريقة عملها: سالبة أو موجبة، ومنحازة أو غير منحازة. تُخرج دائرة التثبيت الموجبة (مثبت الذروة السالبة) موجة موجبة خالصة من إشارة الدخل؛ حيث تُزيح إشارة الدخل بحيث تكون جميع أجزاء الموجة أكبر من 0 فولت. أما دائرة التثبيت السالبة فهي عكس ذلك تمامًا، إذ تُخرج موجة سالبة خالصة من إشارة الدخل. ويُزيح جهد الانحياز بين الصمام الثنائي والأرضي جهد الخرج بنفس المقدار.

على سبيل المثال، عند تطبيق إشارة دخل ذات قيمة ذروة 5 فولت (V _INpeak = 5 فولت) على مشبك موجب مع انحياز 3 فولت (V _BIAS = 3 فولت)، فإن جهد الخرج الذروي سيكون:

V _OUTpeak = 2 × V _INpeak + V _BIAS

V _OUTpeak = 2 × 5 فولت + 3 فولت

V _OUTpeak = 13 فولت

(يبقى الانحراف من الذروة إلى الذروة عند 10 فولت.)

إيجابي وغير متحيز

مشبك موجب غير متحيز.

في الجزء السالب من إشارة التيار المتردد الداخلة، يكون الصمام الثنائي منحازًا انحيازًا أماميًا، فيوصل التيار ويشحن المكثف إلى أقصى قيمة سالبة لجهد الدخل (V _IN) . أما في الجزء الموجب، فيكون الصمام الثنائي منحازًا انحيازًا عكسيًا، فلا يوصل التيار. وبالتالي، يكون جهد الخرج مساويًا للجهد المخزن في المكثف مضافًا إليه جهد الدخل، ^{[ 3 ]} أي أن V _{OUT} = V _IN + V _{INpeak} . تُعرف هذه الدائرة أيضًا بدائرة فيلارد .

سلبي ومحايد

مشبك غير متحيز سلبي

يُعدّ المشبك السالب غير المنحاز عكس المشبك الموجب المكافئ له. في الدورة الموجبة لإشارة التيار المتردد الداخلة، يكون الصمام الثنائي منحازًا أماميًا ويُوصل التيار، مما يؤدي إلى شحن المكثف إلى القيمة الموجبة القصوى لجهد الدخل (V _IN) . أما خلال الدورة السالبة، فيكون الصمام الثنائي منحازًا عكسيًا، وبالتالي لا يُوصل التيار. وعليه، فإن جهد الخرج يساوي الجهد المخزن في المكثف مضافًا إليه جهد الدخل مرة أخرى، أي V _{OUT} = V _IN - V _{INpeak} .

متحيز إيجابياً

تُعدّ دائرة تثبيت الجهد المتحيزة إيجابياً مماثلة لدائرة تثبيت الجهد غير المتحيزة المكافئة، ولكن مع إزاحة جهد الخرج بمقدار الانحياز V _BIAS . وبالتالي، فإن V _OUT = V _IN + (V _INpeak + V _BIAS ).

متحيز سلبياً

إن دائرة تثبيت الجهد ذات الانحياز السالب تُماثل دائرة تثبيت الجهد غير المنحازة المكافئة لها، ولكن مع إزاحة جهد الخرج في الاتجاه السالب بمقدار الانحياز V _{BIAS} . وبالتالي، فإن V _{OUT} = V _{IN} − (V _{INpeak} + V _BIAS ).

دائرة مكبر العمليات

يوضح الشكل دائرة تثبيت تعتمد على مضخم عملياتي مع جهد تثبيت مرجعي غير صفري. تكمن الميزة هنا في أن مستوى التثبيت يكون مطابقًا تمامًا للجهد المرجعي. لا حاجة لأخذ انخفاض الجهد الأمامي للدايود في الحسبان (وهو أمر ضروري في الدوائر البسيطة السابقة لأنه يُضاف إلى الجهد المرجعي). سيتم تقسيم تأثير انخفاض جهد الدايود على خرج الدائرة بواسطة كسب المضخم، مما ينتج عنه خطأ ضئيل. تتميز الدائرة أيضًا بتحسن كبير في الخطية عند إشارات الدخل الصغيرة مقارنةً بدائرة الدايود البسيطة، وهي لا تتأثر بشكل كبير بتغيرات الحمل.

التثبيت لحماية المدخلات

يمكن استخدام التثبيت لتكييف إشارة الإدخال مع جهاز لا يمكنه الاستفادة من نطاق إشارة الإدخال الأصلي أو قد يتضرر بسببه.

مبادئ التشغيل

خلال المرحلة السالبة الأولى لجهد دخل التيار المتردد، يشحن المكثف في دائرة التثبيت الموجب بسرعة. وعندما يصبح _جهدالدخل موجبًا، يعمل المكثف كمضاعف للجهد؛ إذ أنه يخزن ما يعادل جهد _الدخل خلال المرحلة السالبة، فيوفر جهدًا قريبًا من هذا الجهد خلال المرحلة الموجبة. وهذا يُضاعف الجهد الذي يراه الحمل. وعندما يصبح _{جهد الدخل}سالبًا ، يعمل المكثف كبطارية بنفس جهد الدخل . ويتعارض مصدر الجهد والمكثف، مما ينتج عنه جهد صافٍ يساوي صفرًا كما يراه _{الحمل .}

تحميل

بالنسبة للمثبتات السلبية المزودة بمكثف، متبوعًا بثنائي موصول بالتوازي مع الحمل، يمكن أن يؤثر الحمل بشكل كبير على الأداء. يتم اختيار قيمتي المقاومة R والسعة C بحيث يكون ثابت الزمن، $\tau =RC$ تكون قيمة المقاومة كبيرة بما يكفي لضمان عدم انخفاض الجهد عبر المكثف بشكل ملحوظ خلال فترة عدم توصيل الصمام الثنائي. أما مقاومة الحمل المنخفضة جدًا (الحمل الثقيل) فستؤدي إلى تفريغ جزئي للمكثف، مما يتسبب في انحراف قمم الموجة عن جهد التثبيت المطلوب. ويكون هذا التأثير أكبر ما يكون عند الترددات المنخفضة. أما عند الترددات العالية، فيكون الوقت بين الدورات المتاحة لتفريغ المكثف أقل.

لا يمكن زيادة سعة المكثف بشكل عشوائي للتغلب على تفريغ الحمل. خلال فترة التوصيل، يجب إعادة شحن المكثف. ويخضع الوقت اللازم لذلك لثابت زمني مختلف، يُحدد هذا الوقت بواسطة سعة المكثف والمقاومة الداخلية لدائرة القيادة. وبما أن ذروة الجهد تُبلغ في ربع دورة ثم تبدأ بالانخفاض مجددًا، يجب إعادة شحن المكثف في ربع دورة. ويتطلب هذا الشرط قيمة منخفضة لسعة المكثف.

قد يكون من المستحيل التوفيق بين الشرطين المتعارضين لقيمة السعة في التطبيقات ذات مقاومة القيادة العالية ومقاومة الحمل المنخفضة. في مثل هذه الحالات، يجب استخدام دائرة فعالة مثل دائرة مكبر العمليات الموصوفة أعلاه.

متحيز مقابل غير متحيز

باستخدام مصدر جهد ومقاومة، يمكن تحيز دائرة التثبيت لربط جهد الخرج بقيمة مختلفة. سيكون الجهد المُزوَّد لمقياس الجهد مساويًا للإزاحة من الصفر (بافتراض ثنائي مثالي) في حالة التثبيت الموجب أو السالب (يحدد نوع دائرة التثبيت اتجاه الإزاحة). إذا تم تزويد جهد سالب إلى أي من الطرفين الموجب أو السالب، فسيعبر شكل الموجة المحور السيني ويرتبط بقيمة من هذا المقدار على الجانب المقابل. يمكن أيضًا استخدام ثنائيات زينر بدلًا من مصدر الجهد ومقياس الجهد، وبالتالي ضبط الإزاحة عند جهد زينر.

أمثلة

كانت دوائر التثبيت شائعة في أجهزة استقبال التلفزيون التناظري . تحتوي هذه الأجهزة على دائرة استعادة التيار المستمر، التي تعيد جهد إشارة الفيديو إلى الصفر خلال فترة "العودة" من فترة إخفاء الخط (إعادة التتبع). يؤدي التداخل منخفض التردد، وخاصة طنين خطوط الطاقة، إلى تشويه الصورة، وفي الحالات القصوى، يتسبب في فقدان الجهاز للتزامن . يمكن إزالة هذا التداخل بفعالية باستخدام هذه الطريقة.

انظر أيضاً

دائرة القطع (في الإلكترونيات) ، وهي دائرة تفرض حدًا ثابتًا ولا تُعدّل الإشارة.
كاشف الغلاف ، دائرة تُخرج القيمة القصوى (أو الدنيا)؛ دائرة تثبيت مع تبديل الصمام الثنائي والمكثف.
ثنائي شوتكي
دائرة التخميد ، وهي دائرة تقلل من معدل تغير الجهد (dV/dt) أو تحد من ذروة الجهد، وذلك للحد من حدوث الشرارة أو الانهيار.

مراجع

↑ مارتن هارتلي جونز (1995). مقدمة عملية للدوائر الإلكترونية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 261. ISBN 978-0-521-47879-3.
↑ ماكاروف، سيرجي ن.؛ لودفيج، راينهولد؛ بيطار، ستيفن ج. (27 يونيو 2016). الهندسة الكهربائية العملية . سويسرا: سبرينغر إنترناشونال. ص 827. ISBN 9783319211732. OCLC 953450203 .
↑ هورويتز، بول؛ وينفيلد، هيل (30 مارس 2015). فن الإلكترونيات، الطبعة الثالثة . نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 37. ISBN 9780521809269.
↑ إس بي بالي، الدوائر المتكاملة الخطية ، ص 279، دار نشر تاتا ماكجرو هيل، 2008، رقم ISBN 0-07-064807-7.

للمزيد من القراءة

آر إم مارستون (1991). دليل دوائر الثنائيات والترانزستورات وFET . نيونس. الصفحات 13-17 . ISBN 978-1-4831-3540-3.
دليل تطبيقات المقوم HB214/D الإصدار 2. شركة ON Semiconductor . نوفمبر 2001. الصفحات 160-161 .
جيه إيه كوكين (1975). تقنيات النبض عالي السرعة . بيرغامون. الصفحات 60-64 . ISBN 978-1-4831-0548-2.

[Jones1995-1] مارتن هارتلي جونز (1995). مقدمة عملية للدوائر الإلكترونية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 261. ISBN 978-0-521-47879-3.

[2] ماكاروف، سيرجي ن.؛ لودفيج، راينهولد؛ بيطار، ستيفن ج. (27 يونيو 2016). الهندسة الكهربائية العملية . سويسرا: سبرينغر إنترناشونال. ص 827. ISBN 9783319211732. OCLC 953450203 .

[3] هورويتز، بول؛ وينفيلد، هيل (30 مارس 2015). فن الإلكترونيات، الطبعة الثالثة . نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 37. ISBN 9780521809269.

[4] إس بي بالي، الدوائر المتكاملة الخطية ، ص 279، دار نشر تاتا ماكجرو هيل، 2008، رقم ISBN 0-07-064807-7.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	22 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗