بسیاری از خانواده های مختلف منطقی به صورت مدار های مجتمع در سطح تجاری عرضه شده اند. متداول ترین خانواده ها از این قرارند:
TTL - منطق ترانزیستور - ترانزیستور
ECL - منطق کوپل امیتر
MOS - منطق فلز - اکسید - نیمه هادی
CMOS - منطق فلز - اکسید - نیمه هادی مکمل

TTL یک خانواده متداول است که سالها مورد استفاده بوده و به عنوان استاندارد تلقی می شود. ECL در سیستم هایی که به سرعت عمل بالا نیاز دارند ترجیح داده می شوند. MOS برای مدار هایی که نیاز به تراکم بالا دارند مناسب است و CMOS در سیستم های کم مصرف به کار می رود.

خانواده منطقی ترانزیستور - ترانزیستور گونه تکامل یافته تکنولوژی قدیمی تریست که در آن از دیود و ترانزیستور برای ساخت گیت پایه NAND استفاده می شده است. این تکنولوژی منطق دیود ترانزیستور (DTL) خوانده می شده است. بعد ها برای بهبود عملکرد مدار به جای دیود از ترانزیستور استفاده شد و نام خانواده جدید ترانزیستور- ترانزیستور گذاشته شد.
علاوه بر نوع استاندارد TTL انواع دیگری از این خانواده عبارتند از TTL سرعت بالا -TTL توان پایین(یا کم مصرف)-TTL شوتکی -TTL شوتکی توان پایین و....
منیع تغذیه مدار های TTL پنج ولت و در دو سطح منطقی 0 و 3.5 ولت می باشد.

خانواده کوپل امیتر سریع ترین مدار های دیجیتال را به فرم مجتمع در اختیار می گذارند. ECL در مدار هایی مانند سوپر کامپیوتر ها و پردازنده های سیگنال که در آنها سرعت بالا ضرورت دارد بکار می رود. ترانزیستور ها در گیت های ECL در حالت غیر اشباح کار می کنند و رسیدن به تاخیر های انتشاری در حد 1 تا 2 نانو ثانیه در آنها میسر است.

منطق فلز- اکسید- نیمه هادی یک ترانزیستور تک قطبی ست که به جریان یک نوع حامل الکتریکی وابسته است. این حامل ها ممکن است الکترون (در نوع کانال n) یا حفره باشند. این بر خلاف ترانزیستور به کار رفته در گیت های TTL/ECL است که در عین عملکرد هر دو نوع حامل در آن وجود دارد.
یک MOS کانال p را PMOS و یک MOS کانال n را NMOS می نامند. معمولا در مدار هایی که فقط یک ترانزیستور MOS وجود دارد از NMOS استفاده می شود. در تکنولوژی CMOS هر دو نوع ترانزیستور که به شکل مکمل در تمام مدار ها بسته شده اند به کار رفته است . بزرگترین مزیت CMOS نسبت به دو قطبی تراکم بالای مدار ها در بسته بندی ساده بودن تکنیک ساخت و عملکرد مقرون به صرفه آن به دلیل مصرف توان کم است.

به علت مزایای بی شمار مدار های مجتمع انحصارا در تهیه انواع قطعات لازم در طراحی سیستم های کامپیوتر به کار می رود . برای درک سازمان و طراحی کامپیوتر ها آشنایی با انواع قطعات و اجزائ به کار رفته در مدار های مجتمع اهمیت دارد. به این دلیل اجزائ اصلی به همراه خواص منطقی آن تشریح شده است این اجزا مجموعه ای از واحد های عملیاتی دیجیتال را فراهم می کنند که در طراحی کامپیو تر های دیجیتال یه عنوان بلوک های ساختمان اصلی پایه به کار می روند.

انواع فيدبك

فيدبك(پسخورد) از لحاظ علامت بر دونوع مثبت و منفي و از لحاظ حلقه به دو نوع تقسيم مي شود:

فيدبك حلقه باز(Open-Loop): در اين نوع فيدبك خروجي، ورودي را تعقيب مي كند، ولي نه به صورت مقايسه بلكه خروجي با ورودي رابطه اي مستقيم و به اندازه بهره مسير دارد.

اين فيدبك در صورت دارا بودن تجربه قبلي طراح -يعني طراحي دقيق بهره حلقه به منظور انجام كار بدون ناپايداري- داراي اعتبار نسبي است.

فيدبك حلقه بسته(Closed-Loop): در اين نوع فيدبك خروجي، ورودي را تا آنجائي تعقيب مي كند كه برابر با آن شود. در صورت برابر نبودن سيگنال مقايسه غير صفر بوده و به ورودي فيدبك اعمال شده و متناسب با آن خروجي افزايش يا كاهش مي يابد تا در مقايسه بعدي حلقه مطمئن شود كه ورودي با خروجي برابر است و هنگامي كه سيگنال اختلاف Ve صفر شود خروجي همان ورودي است. تا اينجاي بحث بهره حلقه فيدبك يعني B=1 است و بهره A به اندازه كافي بزرگ است. حالا در صورتيكه بهره اين حلقه مخالف 1 و برابر B باشد محاسبات را به ترتيب زير انجام مي دهيم تا خروجي را بر حسب ورودي بدست آوريم:

علامت منفي در مخرج رابطه بهره فيدبك هنگامي ظاهر مي شود كه محاسبات را بر اساس علامت + در شكل صورت گيرد كه فيدبك مثبت نام دارد و از نظر پايداري مطلوب نيست، ولي در نوسان سازها كاربرد دارد. ولي در صورت داشتن فيدبك منفي(-) علامت مثبت در مخرج است.

مزايا و معايب

• كاهش بهره

• تثبيت بهره (كاهش تغييرات خروجي در اثر تغييرات بهره)

• افزايش ميزان سيگنال به نويز

• افزايش پهناي باند به صورت (BW_new=BW_old.(1+A.B

• افزايش يا كاهش مقاومتهاي ورودي و خروجي به صورت دلخواه كه در مبحث بعدي نحوه اعمال اين تغيير را خواهيد ديد.

انواع فيدبك

فيدبك(پسخورد) از لحاظ نمونه برداري از خروجي و انتقال به ورودي به چهار نوع تقسيم مي شود:

فيدبك ولتاژ-ولتاژ(بهره ولتاژ): به اين فيدبك موازي-سري نيز مي گويند.

فيدبك ولتاژ-جريان(مقاومت انتقالي): به اين فيدبك موازي-موازي نيز مي گويند.

فيدبك جريان-جريان(بهره جريان): به اين فيدبك سري-موازي نيز مي گويند.

فيدبك جريان-ولتاژ(هدايت انتقالي): به اين فيدبك سري-سري نيز مي گويند.

در زير بلوك دياگرام فيدبك هاي فوق را مي بينيد:

اصول فيدبك

1. منظور از كلمه موازي در خروجي به معناي نمونه ولتاژ، و در ورودي به معناي تركيب جريان است.

2. منظور از كلمه سري در خروجي به معناي نمونه جريان، و در ورودي به معناي تركيب ولتاژ است.

3. اگر اتصال شبكه فيدبك به خروجي يا ورودي به صورت مستقل و يا با استفاده از عناصر غيرفعال مشابه خازن، مقاومت و يا سلف باشد، اتصال را موازي و اگر با استفاده از عناصر فعال مشابه ترانزيستور به ورودي يا خروجي متصل شود، اتصال سري است.

4. در اتصال فيدبك از هر طرف، اگر مقاومت ديده شده از آن سمت برابر R باشد(در حالت مدار باز)، با فرض وجود اتصال سري مقدار اين مقاومت در ضريب D=1+A.B ضرب، و اگر اتصال موازي بود، بر D تقسيم مي شود. به اين مقدار جديد R_F يعني مقاومت فيدبك گويند. بهره مدار اصلي از بدست آوردن بهره مدار با اثر بارگذاري بند 5 همين اصول و تقسيم آن بر D حاصل مي شود كه به آن A_F=A_{with loading effect}/D گويند.

5. براي يافتن مدار معادل بدون فيدبك با اثر بارگذاري(Loading)، در نگاه كردن از هر طرف براي يافتن بارهاي R₁ و R₂، اگر اتصال طرف مقابل سري بود آنرا از مدار باز و اگر موازي بود اتصال را به زمين متصل مي كنيم.

6. مقادير B از لحاظ ديمانسيوني معكوس مقادير A هستند.

گامهاي حل مسائل فيدبك

1. نوع نمونه برداري را از لحاظ سري و موازي بودن مشخص مي كنيم.

2. با توجه به بند 1 ، نوع A و B را از لحاظ ديمانسيوني تعيين مي كنيم.

3. با توجه به بند 5 اصول فيدبك مدار معادل بدون فيدبك با اثر بارگذاري را بدست مي آوريم.

4. مقدار A و R_i و R_o را در مدار فوق(بند3) محاسبه مي كنيم.

5. مقدار B را محاسبه مي كنيم.

6. مقادير A_F و R_iF و R_oF را با توجه به بند 4 اصول فيدبك بدست مي آوريم.

مرکز تحقیقات استند فورد با استفاده از سیم های سیلیکون در ابعاد نانو قابلیت حفظ شارژ باتری های Li-lon را تا حد چشمگیری یعنی حدود 10 ساعت افزایش داده اند.

برای مثال یک کامپیوتر لپ تاپ که تا 10 ساعت با باتری کار می کرد هم اکنون قابلیت 20 ساعت کاربری را دارد.

مدیر این تحقیقات اظهار داشت": این قابلیت پیشرفت عظیمی در زمینه ی علم الکترونیک به شمار می آید."

افزایش قابلیت باتری های جدید Li-lon توجه بسیاری از صاحبان صنایع ماشین سازی را به خود جلب کرده است.

سازنده ی این باتری اظهار داشت که نسل جدید باتری Li-lon قابل استفاده در صفحه های خورشیدی پشت بام ها به منظور جذب و ذخیره ی انرژی الکتریکی نیز می باشند.

حجم ذخیره سازی باتری Li-lon وابسته به میزان لیتیوم قرار گرفته در قطب مثبت باتری که غالباً از جنس کربن است ولی سیلیکون در مقایسه با کربن قابلیت بالاتری ارائه می دهد.

سیلیکون موجود در باتری با جذب اتم های مثبت لیتیوم در طول شارژ بزرگ تر شده و با استفاده، به تدریج کوچک می شود. (مثلاً زمان پخش iPod) و سیلیکون به تدریج از اتم های لیتیوم خالی می شود.

باتری Li-lon این مسئله را با بهره گیری از تکنولوژی نانو رفع کرده است. لیتیوم در حجم زیادی از سیم های سیلیکونی در ابعاد نانو محصور شده که هر کدام قطری معادل یک ورق کاغذ را دارند.

سیم های سیلیکونی با اشباع شدن از لیتیوم چهار مرتبه از سایز طبیعی خود بزرگتر می شود.

ولی بر خلاف سایر محصولات سیلیکونی شکسته نمی شوند.

منبع خبر: gsm.ir

کريستال سيليکون سی-اس آی
سی-اس آی، اصلي‌ترين ماده تجاري در توليد سلولهاي خورشيدي است و به اشکال مختلفي استفاده مي شود: سيليکون هاي تک کريستالي ، سيليکون هاي چند کريستالي و سيليکون لايه نازک .تکنيکهاي مرسوم براي توليد کريستالين سيليکون شامل : روش چوکرالسکي، روش محدوده شناور و روشهاي ديگري نظير ريخته‌گري مي باشد. زدودن ناخالصيها از سيليکون اهميت بسياري دارد. اين عمل با کمک تکنيکهايي چون منفعل سازي سطح ( با تابش هيدروژن به يک سطح ) و گترینگ ( يک روش شيميايي که با حرارت دادن ناخالصيها را از سيليکون بيرون مي کشد ) صورت مي پذيرد .با اينکه سلولهاي خورشيدي با سيليکون کريستالي ، از سال 1954 وجود داشته اند ، ابتکاري جديد رو به گسترش دارد . سلولهاي جديدي همچون ( ای دبلیو تی ) ، ( سیس ) از اين دسته اختراعات نو هستند .
سلولهاي خورشيدي با لايه نازک
اين نوع سلولها از لايه هاي بسيار نازک مواد نيمه هادي استفاده مي کنند که ضخامت آنها چند ميکرومتر است. اين لايه روي يک صفحه نگاه دارنده که از مواد ارزان مانند شيشه ، پلاستيک يا فولاد زنگ زن ساخته شده ، قرار مي گيرد. نيمه هادي‌هاي بکاررفته در لايه هاي نازک عبارتند از : سيليکون بي شکل ( آمورف ) ( آ-س آی) ، سی آی اس و تلوريد کادميم ( سی دی-تی ای ) . سيليکون آمورف ، ساختار کريستالي مشخص ندارد و تدريجاٌ با قرار گرفتن در برابر نور از بين رفته وکيفيت ابتدايي خود را از دست مي دهد. منفعل سازي به کمک هيدروژن مي تواند اين اثر را کاهش دهد . از آنجائي که مقدار مواد نيمه هادي بکار رفته در لايه نازک بسيار کمتر از سلولهاي پی وی معمول است، هزينه توليد سلولهاي نازک نيز به ميزان قابل ملاحظه‌اي کمتر از سلولهاي خورشيدي سيليکون کريستال است .

مقدمه

در ظرف بیست سال گذشته به راستی جهش عمده تکنولوژيکى در زمینه استفاده از الکترونیک به خاطر بخشی از یک جهش بزرگتر بوده است.زمانی که شما CD ، DVD ،HDTV ، MP3 و DVR را بررسی می کنید متوجه می شوید که تمام آن ها مبتنی بر الگوی همانندی ساخته شده اند: تبدیل اطلاعات متداول آنالوگ اطلاعات دیجیتال. این تحول اساسی در فن آوری ،به طورکامل چگونگی دسترسی به اطلاعات دیداری و شنیداریمان را تغیر داده است و امکانات موجود را دوباره تعریف کرده. دوربینهای دیجیتال نمونه ای چشمگیراز این تحول اند زیرا تفاوت آشکار بسیاری با پیشینیان خود دارند. دوربین های معمولی متداول کاملا به فرایندهای مکانیکی و شیمیایی وابسته اند و شما برای راه اندازی آن ها حتی به الکتریسیته نیاز ندارید.از سوی دیگر تمام دوربین های دیجیتال به صورت دیجیتال ساخته شده اند و تمام آن ها تصاویر را به صورت الکتریکی ثبت می کنند. این شیوه جدید موفقیت فوق العاده ای داشته است. با این حال از آنجایی که هنوز فیلم تصاویری با کیفیت بهتر را تامین می کند دوربین دیجیتال به صورت کامل جایگزین دوربین های متداول نشده اند.اما چون فن آوری ارائه تصویر دیجیتال در حال بهبود است رواج دوربین های دیجیتال به سرعت در حال افزایش است. در این مقاله ما را با آنچه که در درون این وسایل شگفت انگیز عصر دیجیتال می گذرد آشنا میکند.

مفاهیم اساسی

در اصل تصویر دیجیتال فقط یک رشته طولانی از 0 و 1 است که نماینده تمام نقاط رنگی بسیار کوچک( پیکسل) که مجتمعا تصویر را تشکیل می دهند، است. دوربین دیجیتال از روشنایی که از اشیا منعکس می شود نمونه برداری می کند و فورا آن الگوی روشنایی را به یک سری از مقادیر پیکسلی تجزیه میکنید. کاملا مشابه دوربین های متداول ٬ دوربین دیجیتال دارای یک سری از عدسی ها است که نور را برای ایجاد تصویر منظره متمرکز میکنند.اما به جای تمرکز این نور بر بخشی از یک فیلم ٬ آن را بر یک وسیله نیمه هادی که نو را به صورت الکترونیکی ثبت میکند(فوتودیود یا دیود حساس به نور که انرژی نور را از شکل فوتون به بارالکتریکی تبدیل می کند) متمرکز میکند.آنگاه پردازنده این اطلاعات الکترونیکی را به داده های رقمی(دیجیتال) می شکند. تمام خصوصیات مطلوب و جذاب دوربین های دیجیتال به خاطر نتیجه سریع این فرایند است.

اولین دوربین های دیجیتال بوسیله شرکت های کداک و اپل در سال 1994 عرضه شد.

حسگر تصویر به کاررفته در اکثر دوربین های دیجیتال وسایل تزویج بار CCD(وسیله ای که از حساسیت نوری سلول های نوری برای ایجاد نقشه بیتی تصویر استفاده میکند)است. بعضی از دوربین ها نیز از فن آوری CMOS (نيمه هادى اکسيد فلزى تکميلى) به جای CCD استفاده میکنند.هردو حسگر تصویر روشایی را به الکترونها تبدیل می کنند.

همینکه حسگر روشنایی را به الکترون ها تبدیل کند ٬ آن مقدار بار انباشته شده سلول در تصویر خوانده می شود. CCD بار الکتریکی را از طریق تراشه عبور میدهد و آن رادر یک گوشه از آرایه بازخوانی میکنند. آنگاه مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) مقدار هر پیکسل را بوسیله اندازه گیری بار الکتریکی هر فوتوسایت و تبدیل حاصل اندازه گیری به صورت دودویی به مقدار دیجیتال تبدیل میکند.

دستگاه های CMOSبرای تقویت و حرکت بار الکتریکی بیشتر از چندین ترانزیستور در هر پیکسل استفاده می کنند.سیگنال CMOS دیجیتال است، بنابراین نیازی به مبدل آنالوگ به دیجیتال ندارد.

A CCD senso

تفاوت های میان این دو نوع منجر به بعضی موافقت ها و مخالفت ها شده است. سنسور های CCDتصاویری با کیفیت بالا و نویز کم تولید می کنند اما سنسورهای CMOS معمولا بیشتر در معرض نویز هستند.

چون در سنسور CMOS هر پیکسل دارای چندین ترانزیستور قرار گرفته در مجاورت خود است ، حساسیت نوری تراشه سی موس به نور کمتر است و بسیاری از فوتون ها به جای گرم کردن ديود حساس‌ به‌ نور ،ترانزیستورها را گرم می کنند. از سوی دیگر سنسورهای CMOS توان مصرفی نامی کمی دارند ولی سنسورهای CCD از فرایندی استفاده می کنند که توان زیادی مصرف می کنند و توان مصرفی آن ها به اندازه صد برابر بیشتر از سنسور CMOS مشابه است. با این حال سنسورهای CCD برای مدت طولانی تری به صورت انبوه تولید شده اند ، بنابراین تکامل یافته تراند. آنها توانایی داشتن پیکسل هایی باکیفیت بالاتر و تعداد بیشتر را دارند. اگرچه تفاوت های بسیاری بین دو حسگر وجود دارد ، هر دوی آنها ایفاگر نقش مشابهی در دوربین هستند— آنها نور را به الکتریسیته تبدیل می کنند. میزان جزئیاتی که دوربین می تواند دریافت کند ، وضوح یا تفکیک پذیری نامیده می شود ، و واحد آن پیکسل است. دوربین با پیکسل بیشتر ، جزئیات بیشتری را می تواند ضبط کند و تصاویر بزرگتری را بدون تار یا دانه دار شدن ایجاد کند. بعضی از تفکیک پذیری های رایج عبارتند از: 256*256 – که دردوربین های بسیار ارزان یافت می شود ، این وضوح انقدر کم است که کیفیت تصویر تقریبا همیشه غیر قابل قبول است. این وضوح مجموعا دارای 65000 پیکسل است. 640*480 – در دوربین های موجود این وضوح ساده است و برای پست الکترونیکی تصویر یا قرار دادن تصویر در سایت اینترنتی ایده ال است.
1216*912 این اندازه تصویر (مگاپیکسل) — مجموع 1109000 پیکسل — برای چاپ تصویر خوب است. 1600*1200 – با مجموع تقریبا 2 میلیون پیکسل ، این وضوح بالاست و شما با این وضوح می توانید با همان کیفیتی که عکس رااز لابراتوار عکس میگیرید در ابعاد 5*4 اینچ (12.5*10 سانتی متر) تصویر را چاپ کنید. 2240*1680— این وضوح در دوربین های 4 مگاپیکسل وجود دارد – استاندارد رایج – این حتی امکان چاپ تصاویر بزرگتر ، با کیفیت چاپ خوب تا حدود 16*20 را فراهم می کند. سطح بالا ترین دوربین دیجیتال با 11.1 مگا پیکسل تصاویری با این وضوح می گیرد. در این جایگاه ، شما می توانید پرینت های 13.5*9 اینچی بدون کاهش کیفیت تصویرداشته باشید.

The size of an image taken at different resolutions

بالا ترین مدل دوربین های مورد استفاده می تواند بیش از 12 میلیون پیکسل را جمع آوری کند و بعضی از دوربین های حرفه ای بیش از 16 میلیون پیکسل یا 20 میلیون پیکسل را نیز( برای دوربین های با قالب بزرگ) پشتیبانی می کنند. برای مقایسه ، طبق برآورد شرکت (HP) Hewlett Packard کیفیت فیلم 35 میلیمتری حدود 20 میلیون پیکسل است. در ادامه ما به دنبال چگونگی اضافه کردن رنگ به این عکس ها خواهیم بود. چه مقدار پیکسل؟ ممکن است شما مطلع باشید که تعداد پیکسل ها و حداکثر وضوح کاملا قابل محاسبه نیستند. به عنوان مثال ،دوربین 2.1 مگا پیکسل می تواند تصاویری با وضوح 1200*1600 یا 1920000 پیکسل تولید کند. اما 2.1 مگاپیکسل در اینجا به معنی دست کم 2100000 پیکسل است. این خطا از طرف گرد کردن یا نیرنگ ریاضی دودوئی نیست. یک اختلاف واقعی بین این اعداد وجود دارد زیرا سنسور سی سی دی شامل مداربندی دارای مبدل آنالوگ به دیجیتال برای اندازه گیری بار الکتریکی است. این مدارات به رنگ سیاه هستند به طوری که مقداری از نور را جذب می کنند و باعث می شوند که تصویر از شکل طبیعی خارج می شود.

مطالبی مفید در زمینه فرکانس متر ها
اصولاً یکی از ابزارهای مهم که در بخشهای مختلف سیستم های الکترونیکی و مخابراتی به کار گرفته می شود فرکانس متر می باشد. این ابزار می تواند به صورت آنالوگ یا دیجیتال پیاده سازی گردد. نکته مهم در پیاده سازی این ابزار توجه به محل استفاده و نیز محدوده فرکانس مورد نظر می باشد...
در این مقاله می توانید مطالبی در مورد انواع فرکانس مترها بیابید. این مقاله به زبان فارسی است . مقاله در فرمت پی دی اف بوده و شما می توانید پس از دانلود ، توسط نرم افزار Adobe Acrobat Reader مقاله را مشاهده نمایید.
دانلود : فرکانس مترها و مدارات مختلف ارائه شده برای آن ها
فرمت : پی دی اف ( pdf )
حجم : 471 Kb

ابتدا یک اسپری پزتیو 20 تازه تهیه نمایید. اگه مانده باشد در حقیقت فاسد شده است و آن حساسیت لازم در برابر نور را ندارد سود سوز آور را می توانید از مغازه های فروش تجهیزات پزشکی تهیه نمایید. ابتدا باید طرح مدار را تهیه نمایید. می توانید طرح را چاپ کرده و آن را به بازار و مغازه های مختلف مهرسازی، چاپ سیلک و چاپخانه ها بدهید که از روی آن فیلم بگیرند. بهترین کار این است که چند طلق ترانسپرنت که قابلیت چاپ با پرینتر لیزری را دارند را تهیه نمایید. طرح خود را روی طلق با یک چاپگر دقیق لیزری چاپ نمایید. بهتر است از طرحتان دو تا پرینت بگیرید و روی هم بگذارید که دیگر نوری از جاهای چاپ شده عبور نکند. فیبر مسی را با یک سمباده نرم کاملا تمیز و عاری از هرگونه چربی نمایید. در یک مکان تاریک و بدور از گرد و غبار و وزش باد با استفاده از اسپری روی آن را رنگ پزتیو بزنید. با فاصله 30 سانتی و با زاویه 45 درجه و با حرکت منظم دست روی سطح مسی را بپوشانید. لازم نیست که چند دست بزنید. یک دست هم کافیست به شرطی که مطمئن شوید همه جای آن را پوشانده است. مواظب باشید که یکنواخت باشد و جایی از جای دیگر بیشتر نباشد .فیبر را حتماً افقی بگیرید که رنگ روی فیبر بماند و نچکد. حالا نوبت به خشک کردن فیبر می باشد. می توانید آن را در جای تاریک به مدت 12 تا 24 ساعت به حال خود بگذارید. باید از طریق گرم کردن اون رو خشک کنید. اگه دستگاه مخصوص خشک کن فیبر در اختیار داشته باشید کار راحت میشود. بعد از 10 الی 15 دقیقه فیبر کاملا خشک شده است. تمام این مراحل در محل تاریک انجام شود.حالا یک ظرف بزرگ تهیه نمایید یک لامپ گازی یا مهتابی کوچک و یا دو سه لامپ معمولی (بسته به اندازه طرحتان دارد) را داخل ظرف بگذارید. یک شیشه روی ظرف بگذارید و طرح چاپ شده یا فیلم را روی آن . سپس فیبر روی طرح گذاشته به صورتی که سطح مسی رنگ خورده رو به پایین و روی طرح چاپ شده باشد. توجه نمایید که روی فیبر را با یک وزنه و یا یک شیشه دیگر سنگین نمایید که فیبر کاملا با فشار زیاد در مدت نور دهی به طرح بچسبد. تمام این مراحل در جای تاریک باید انجام شود. حالا لامپ و یا مهتابی را روشن نمایید. به مدت 20 الی 30 دقیقه به آن نور دهید این مدت زمان کاملا بسته به شدت نور و مهمتر از آن بسته به کیفیت اسپری می باشد. اگر اسپری تازه باشد این مدت حتی می تواند کمتر باشد. چون در زمان خیلی کوتاهی در مجاورت نور عکس العمل نشان می دهد. حالا باید یک ظرف تهیه نمایید تا در آن سودسوز آور را با آب حل نمایید. مقداری آب که 1 سانت روی فیبر را بگیرد را داخل ظرف بریزید و حدود 10 تا 20 گرم سود را داخل آن بریزید . زیاد نریزید که کل رنگ پزتیو را خواهد خورد. و به هم بزنید تا کاملا حل شود. دوباره در یک محل یک کم تاریک فیبر مسی را داخل این محلول سود بیندازید و خیلی آرام آرام محلول را به مدت 30 تا 60 ثانیه تکان دهید. می بینید که جاهایی که لازم است خالی باشد کم کم در محلول حل می شود. بعد از این سریعا فیبر را بیرون آورده و با آب بشوید. حالا لازم است که آن را داخل اسید بیاندازید.

نیم رساناهایی که به سبب ضریب مقاومت گرمایی زیادشان بکار می‌روند، به مقاومتهای حساس به دما یا ترمیستور thermistors که از عبارت temperature sensitive resistors گرفته شده ، معروف هستند. مقاومتهای حساس به دما در شاخه‌های مهندسی کاربردهای مهم و زیادی دارند:
در کنترل خودکار ، فاصله سنجی و نیز در دماسنجهای خیلی دقیق و حساس بکار برده می‌شوند.
دماسنجهای مقاومتی یا بارترها barertte دستگاهی است برای اندازه گیری چگالی شار تابشی که طرز کار آن بر پایه تغییر مقاومت الکتریکی پیل حساس نیم رسانایی در موقع گرم کردن آن استوار است)، را خیلی پیش در آزمایشگاهها بکار می‌بردند. ولی قبلا آنها را از فلز می‌ساختند که به سبب محدودیت گسترده کاربردشان ، مشکلات زیادی به بار می‌آوردند.
برای اینکه مقاومت بارتر را در مقایسه با مقاومت سیمهای رابط بالا ببرند، ناچار بودند بارتر را از سیم نازک و دراز بسازند. به علاوه تغییر مقاومت فلزات با دما خیلی کم است و از این اندازه گیری دما به کمک بارتر فلزی به اندازه گیری خیلی دقیق مقاومت نیاز داشت.
بارترهای نیم رسانایی (ترمیستورها) این معایب را ندارند. مقاومت ویژه الکتریکی آنها آنچنان بالاست که یک بارتر می‌تواند فقط چند میلیمتر طول داشته باشد. با چنین ابعاد کوچکی ، ترمیستور خیلی زود به دمای محیط بیرون می‌رسد. همین امر به آن امکان می‌دهد که دمای اشیای کوچک (مثلا برگ گیاهان یا ناحیه‌هایی روی پوست بدن) را اندازه بگیرد.
● ترمیستورهای مدرن (ترمیستورهای نیم رسانا)
حساسیت ترمیستورهای امروزی چنان بالاست که تغییری به اندازه یک میلیونیم کلوین را می‌توان به کمک آنها آشکار سازی و اندازه گیری کرد. این وضع عملی بودن کاربرد آنها را در دستگاههای جدید به جای پیلهای ترموالکتریک برای اندازه گیری شدت تابش خیلی ضعیف نشان می‌دهد.
در ابتدا انرژی لازم برای آزاد شدن الکترون از حرکت گرمایی یعنی انرژی داخلی نیم رساناها ، تأمین می‌شد. ولی این انرژی را جسم می‌تواند در ضمن جذب انرژی نور به الکترون انتقال دهد. مقاومت چنین نیم رساناهایی بر اثر نور به مقدار زیادی کاهش می‌یابد. این پدیده را نور رسانش فوتو رسانش یا اثر فوتو الکتریکی ذاتی گویند.
اصطلاح ذاتی در اینجا تأکید بر این واقعیت دارد که الکترونهای آزاد شده با نور ، مانند انتشار الکترون از فلز درخشانی که به “اثر فوتوالکتریک غیر ذاتی“ معروف است، مرزهای جسم را ترک نمی‌کنند. این الکترونها در جسم باقی می‌مانند و دقیقا رسانندگی آن را تغییر می‌دهند. دستگاههایی که بر پایه این پدیده ساخته می‌شوند را در مقیاس صنعتی برای دستگاههای اعلان و خودکار بکار می‌برند (مانند دزدگیر و ...).
فقط بخش کوچکی از الکترونهای آزاد نیم رسانا در حالت آزادند و در جریان شرکت می‌کنند. اما درست این است که بگوییم همین الکترونها بطور دائم در حالت آزادند و دیگران در حالت مقید. بر عکس ، در نیم رساناها همزمان دو فرآیند رخ می‌دهد:
از یک طرف با صرف انرژی داخلی یا انرژی نورانی فرآیند آزادسازی الکترونها اتفاق می‌افتد.
از طرف دیگر ، فرآیند ربایش الکترونهای آزاد ، یعنی ترکیب مجدد آنها با بعضی از یونهای باقیمانده (یعنی ، اتمهایی که الکترونهایشان را از دست داده‌اند) مشاهده می‌شود. بطور متوسط ، هر الکترون آزاد شده فقط مدت کوتاهی (از ۳-۱۰ تا ۸-۱۰ ثانیه) آزاد می‌ماند. همواره الکترونهایی وجود دارد که پیوسته جایشان را با الکترونهای مقید عوض می‌کنند. تعادل بین الکترونهای آزاد و مقید از نوع تعادل دینامیکی است.

منبع:

شبکه اطلاع رسانی رشد

ظرفیت
ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌‌باشد. باید گفت که ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد

بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد µF، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.
µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F
n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:

الف – صفحات هادی ب – عایق بین هادیها (دی الکتریک) ساختمان خازن هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است. انواع خازن الف- خازنهای ثابت • سرامیکی • خازنهای ورقه‌ای • خازنهای میکا • خازنهای الکترولیتی o آلومینیومی o تانتالیوم
ب- خازنهای متغیر • واریابل • تریمر انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها 1. مسطح 2. کروی 3. استوانه‌ای انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها 1. خازن کاغذی 2. خازن الکترونیکی 3. خازن سرامیکی 4. خازن متغییر

خازن کروی

خازن مسطح (خازن تخت) دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود. ظرفیت خازن (C) نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.
C = kε0 A/d
C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد
Q = بار ذخیره شده برحسب کولن
V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت

ε0 = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: 8.85 × 12-10 _ C2/N.m2

k (بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن 1

A = سطح خازن بر حسب m2

d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب m

چند نکته • آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد. • بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد. یعنی: q a v • ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد. یعنی: C a 1/d • ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی الکتریک (K )نسبت مستقیم دارد. یعنی: C a A و C a K شارژ یا پر کردن یک خازن وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترونها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار (+) و صفحه دیگر بار (-) پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی با توجه به اینکه کلید همچنان بسته است؛ ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده است. دشارژ یا تخلیه یک خازن ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده است. اگر خازن کاملاً پر شود دیگر جریانی برقرار نمی‌شود و اگر خازن کاملاً تخلیه شود باز هم جریانی برقرار نمی‌شود.

تأثیر ماده دی‌الکتریک در فضای بین دو صفحه موازی یک خازن وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتمی عایقی که در درون صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دو قطبیهای موجود در عایق طوری شکل گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمّع کنند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند؛ بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق؛ بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراین با افزایش ثابت دی الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد. با گذاشتن دی الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد. میدان الکتریکی درون خازن تخت در فضای بین صفحات خازن بار دار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است. اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد.
E=V/d

E: میدان الکتریکی
V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن
d: فاصله بین دو صفحه خازن

میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد. به هم بستن خازنها خازنها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند: 1. موازی 2. متوالی (سری) بستن خازنها به روش موازی در بستن به روش موازی بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این نوع روش:
• اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکی است. • بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت موازی مولد V = V1 = V2 = V3
بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3
CV = C1V1 + C2V2 + C3V3
ظرفیت کل : C = C1 + C2 + C3

اندیسها مربوط به خازنهای 1 ؛ 2 و 3 می‌باشد. هرگاه چند خازن باهم موازی باشند، ظرفیت خازن معادل برابر است با مجموع ظرفیت خازنها.

بستن خازنها بصورت متوالی در بستن به روش متوالی بین خازنها یک نقطه اشتراک وجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده ؛ از مولد بار دریافت می‌کند. صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافت می‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهم برابر است. در بستن خازنها به طریق متوالی:
• بارهای روی صفحات هر خازن یکی است. • اختلاف پتانسیل دو سر مدار برابر است با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر یک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت متوالی:
بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3
اختلاف پتانسیل کل V = V1 = V2 = V3
q/C = q1/C1 + q2/C2 + q3/C3
C-1 = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

ظرفیت کل در حالت متوالی ، وارون ظرفیت معادل ، برابر است با مجموع وارون هریک از خازنها.

انرژی ذخیره شده در خازن پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری که در فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید. کاربرد خازن با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود.
خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند.
این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند:
خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.

خازنهای ثابت
این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.
خازنهای متغیر
به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: "فاصله صفحات" ، "سطح صفحات" و "نوع دی الکتریک". اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود "واریابل" نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن "تریمر" گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل 10 تا 400 پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای سرامیکی
خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 5 پیکو فاراد تا 1/0 میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای 100 مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.
خازنهای ورقه‌ای
در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:
خازنهای کاغذی
دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.
خازنهای پلاستیکی
در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریکهایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها "پلی استر" گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.
خازنهای میکا
در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 01/0 تا 1 میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا ، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.

خازنهای الکترولیتی
این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی ‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل ، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی ، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت – نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است .خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند.
خازن آلومینیومی
این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود "آند" نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.
خازن تانتالیوم
در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا 3 برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

ابعاد کوچکتر جریان نشتی کمتر عمر کارکرد طولانی از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی عبارتند از:

خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند. نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن ، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس ترند. قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند. خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا 330 میکرو فاراد ساخته می شوند).
کد رنگی خازن ها
در خازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می‌‌شد. در این کدها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می‌‌دهند و رنگ چهارم تولرانس(درصد خطا) را نشان می‌‌دهد . برای مثال قهوه‌ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است. خازن‌های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می‌شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت.
ترتیب رنگی خازن‌ها به ترتیب از ۰ تا ۹ به صورت زیر است:
سیاه، قهوه ای، قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، خاکستری، سفید
خازن‌ها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطور مثال خازن‌های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن‌های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند. دلیل اینکار چنین است :
فرض کنیم بخواهیم خازن‌ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم. مثلاً 10 و 20 و 30 و. .. به همین ترتیب. در ابتدا خوب بنظر می‌‌رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می‌‌دهد ؟
مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و. .. که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکروفاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مساله معقول بنظر نمی‌رسد. برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن‌ها، می‌توان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود. مثلاً 7/4 - 47 - 470 و. .. و یا 2/2 - 220 - 2200 و.. .
خازن‌های متغیر
در مدارات تیونینگ رادیویی از این خازن‌ها استفاده می‌شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می‌شود. ظرفیت این خازن‌ها خیلی کم و در حدود 100 تا 500 پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پایین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
در مدارات تایمینگ از خازن‌های ثابت استفاده می‌شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم، این عمل بکمک مقاومت انجام می‌شود .
خازن‌های تریمر
خازن‌های تریمر خازن‌های متغییر کوچک و با ظرفیت بسیار پایین هستند. ظرفیت این خازن‌ها از حدود 1 تا 100 پیکوفاراد است و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌‌گیرند .

در این قسمت با یک مدار ساره جهت نمایشگر لیزری(Show Laser) و همچنین در مدارمکمل آن با کنترل PWM موتور DC جهت show laser نیز آشنا می شوید.همچنین سعی کرده ایم مداری ساده جهت کنترل دور موتور برای laser show را به شما نشان دهم.که در زیر به توضیحات مربوط به هر قسمت خواهیم پرداخت. این نمایشگر لیزری از یک بخش مکانیکی و یک بخش الکترونیکی تشکیل شده است .
● کنترل PWM موتور(کنترل سرعت موتور)
از این مدار جهت کنترل فن نیز می توانید استفاده کنید.اگر می خواهید از این مدار در یک فاصله زمانی طولانی و مداوم استفاده کنید برای ترانزیستور های قدرت BD ۱۴۰ از خنک کننده یا heat sink برای هر دو ترانزیستور استفاده کنید.
ترانزیستور BD۱۴۰ یک ترانزیستور قدرت PNP یا مثبت است.که با توجه به ساختار آن زمانی این ترانزیستور فعال می شود که بیس آن زمین یا دارای ولتاژ صفر شود.برای روشن شدن تکلیف این ترانزیستور در زمانی که بیس آن با زمین تحریک نشده است.بیس آن را با یک مقاومت ۴۷ کیلو اهم به مثبت ولتاژ متصل نمایید.
اگر به سرهای موتور دقت کنید می بینید که یک سمت آن دارای ولتاژ زمین یا صفر است.وسمت دیگر آن از کلکتور ترانزیستور تغذیه می شود.که کلکتور وظیفه اش دراین حالت ارسال ولتاژ ۵ تا ۱۲ ولت بر روی سمت دیگر موتور است.
که با ایجاد این اختلاف پتانسیل موتور شروع به حرکت کند.البته در اعمال ولتاژ تغذیه ۵ تا ۱۲ ولت به ولتاژ قابل تحمل موتور نیز توجه کنید.
در داخل آی سی ۵۵۵ ترانزیستوری از نوع NPN موجود است.که امیترش زمین شده است.و کلکتور آن به پایه ۷ آی سی ۵۵۵ متصل است.پایه ۷ نیز با شارژ کامل خازن متصل به پایه های ۲ و ۶ فعال می شود .،و زمین را بر روی سر بیس ترانزیستور قدرت bd۱۴۰ می اندازد.این ترانزیستور نیز با دریافت ولتاژ زمین در روی بیس آن فعال می شود .،و و لتاژ ۵ تا ۱۲ ولت را بسته به نوع موتور از امیتر بر روی کلکتورش می اندازد و موتور روشن می شود.
با پیچاندن پتانسیومتر توسط پیچ گوشتی ساعتی متوجه می شوید که سرعت موتر تغییر می کند.سر وسط این پتانسیومتر به پایه ۳ که در واقع پایه خروجی آی سی ۵۵۵ است.متصل می باشد.و پایه های کناری این پتانسیومتر با دو عدد دیود به پایه ۲و۶ که با یک سیم به هم متصل شده اند .می رود.با پیچاندن پتانسیومتر فواصل زمانی تولید پالس در خروجی و فیدبک آن از پایه ۳ به پایه های ۲و ۶ را تغییر می دهید.در جایی با پیچاند پتانسیومتر متوجه می شوید سرعت موتور کم شده است.
در واقع در اینجا پتانسیومتر را به سمتی می برید که مقاومت آن زیاد می شود.، و در این حالت زمان که از حاصلضرب مقاومت ایجاد شده در خازن ۱۰۳ بوجود می آید کمتر خواهد بود.و در جای دیگر این مقاومت زیاد می شود.و فواصل زمانی تولید پالس نیز زیاد می شود.
دیودهای متصل به پایه های پتانسیومتر نیز جهت تفکیک پایه های کناری پتانسیومتر و تاثیر عملکر مجزای آن ها بر روی پایه های مشترک شده ۲و ۶ است.اگر با جاگذاری فعلی ای دیودها موتور را روشن کنید.
می بینید در جایی که با پیچ گوشتی پتانسیومتر را در یک سمت به انتها می برید.سرعت موتور حداکثر و در سمت دیگر سرعت موتور حداقل و در نهایت صفر می شود.حال اگر ترتیب چیدمان دیود ها را عوض کنید در واقع سمت حداکثر و حداقل پتانسیومتر نیز عوض می شود این مورد را نیز براحتی می توانید تجربه کنید.
در مورد دیود بایستی بدانید سمتی از آن که یک حلقه دایره ای شکل مشکی دارد.سمت کاتد و سمت دیگر آند است.سمت کاتد نیز در نقشه با یک خط افقی در انتها یک سمت دیود مشخص می شود.در اتصال دیودها جهت عملکرد صحیح مدار دقت کنید.
خازن های متصل به پایه ۸ نیز خازن های تغذیه جهت عملکرد بهتر مدار است.خازن های دو سر موتور نیز به این علت است که موتور یک مصرف کنند سلفی است.که جریان در آن از ولتاژ جلوتر است برای هماهنگ شدن ولتاژ با جریان از یک خازن استفاده می کنیم.
چرا که در خازن این ولتاژ است که از جریان جلوتر است که استفاده از این دو المان در کنار یکدیگر باعث حرکت و عملکرد موتور خواهد شد.البته در این حالت به خاطر اتصال ثابت یک سمت موتور به زمین و سبک بودن باری که موتور تحمل می کند مشکل چندانی ایجاد نمی شود که شما نیز می توانید آنرا به راحتی یک بار با وجود خازن و بار دیگر بدون خازن تجربه کنید.
این مدار را بر روی برد بور یا بردهای سوراخدار مسی یا مدارات چاپی برای دو موتور ببندید.و موتور ها را مطابق قسمت مکانیک که در انتهای صفحه مشاهد می کنید.بر روی صفحه ای چوبی یا فلزی سوار کنید.و اشکال مختلف را با پیچاندن پتانسیومترها مشاهده کنید.اگر هر دو موتور ثابت باشند بر روی دیوار تنها یک نقطه مشاهد می کنید.
در صورت ثابت بودن یک موتور و چرخش موتور دیگر تنها یک بیضی را بر روی دیوار مشاهد می کنید.حال اگر هر دو موتور بچرخند اشکال زیبا و لیساژوری را بر روی دیوار مشاهده خواهید کرد.در ضمن برای مشاهد هر چه بهتر laser show توصیه می کنم.این کار را در یک محیطی تاریک مانند اتاق انجام دهید.
اطلاعات مربوط به ترانزیستور bd۱۴۰ را در این لینک ببینید.برای دیدن می بایست برنامه Acrobat reader را در سیستم داشته باشید.
● لیست قطعات
▪ ۲ عدد آی سی ۵۵۵
▪ ۴ عدد دیود ۱N۴۱۴۸
▪ ۲ عدد دیود ۱N۴۰۰۷
▪ ۶ عدد خازن ۱۰۳
▪ ۶ عدد خازن ۱۰۴
▪ ۱ عددخازن ۱۰ میکروفاراد
▪ ۲ عدد مقاومت ۱ کیلو اهم
▪ ۲ عدد مقاومت ۴۷ کیلو اهم
ٍ ▪ ۲ عدد موتور DC با رنج ولتاژ ۵ تا ۱۲ ولت
▪ ۱ عدد جاسویچی لیزری
▪ ۲ عدد ترانزیستور BD۱۴۰
● مکانیک مدار
نمونه ای از ربات پرتابگر ساخته شده توسط دانش آموزان استان اصفهانازمدار فوق جهت کنترل دور موتور می توانید استفاده کنید. قسمت مکانیک را نیز جهت laser show مورد استفاده قرار دهید.
منظور از screen نیز صفحه نمایش یا پرده است که در اینجا دیوار نیز می تواند باشد.بر روی هر موتور یک صفحه مدور چوبی به قطر ۳ سانتی متر را قرار دهید.این صفحه مدور را از هر جسم سبکی مانند چوب نیز می توانید تهیه کنید.دقیقا منطبق با این صفحه یک صفحه شیشه ای گرد را بر روی این صفحه مدور با چسب بچسبانید و پس از محکم شدن صفحه شیشه ای بر روی صفحه چوبی مدور،آنرا بر روی موتور ها قرار دهید.
جهت سوار شدن این صفحه مدور، مرکز این دایره چوبی را پیدا کنید.و از آن سمتی که شیشه مدور بروی آن منطبق نیست.سوراخی کوچک در مرکز دایره ایجاد کنید تا بتوانید این صفحه را بر روی موتور سوار کنید.این کار را برای هر دو موتور تکرار کنید.
جاسویچی لیزری را نیز مطابق شکل زیر با زاویه ۴۵ درجه بر روی برد سوار کنید.در این وضعیت به محض برخورد نور جاسویچی لیزری با نزدیکترین موتور که آینه مدور بر روی آن سوار است .نور لیزر از روی اولین آینه بر روی دومین آینه بازتابیده می شود و سپس از آن بر روی دیوار منعکس می شود.
در هر دو حالت زیر که شکل های آنرا مشاهده می کنید در صورت ثابت بودن یک موتور و حرکت موتور دیگر تنها شکل یک بیضی را بر روی دیوار مشاهد می کنید.

منبع:

دایرکتوری جامع مدارات و رباتیک

الکترون چیست؟

^{الكترون معناي يوناني كهربا است كهربا ماده اي است كه در مالش به پارچه پشمي باردار شده و خرده هاي كوچك كاه را جذب مي كنداين ربايش بعلت نيرويي مرموز اتفاق مي افتد كه يونانيان آن را الكتريسيته ناميده اند}

اجزای ماده :

همه مواد از ملكولهاي شكل ميگيرند كه آنها نيز خود از اتمها ساخته مي شوند . اتمها از دو جز’ اصلي الكترون و هسته ساخته مي شوند كه الكترونها در مدارهاي مشخص بدور هسته در گردش مي باشند .
چه عاملي سبب ماندن الكترون در مدار مشخص خود مي شود ؟
بين الكترون و هسته نيروي جاذبه الكتريكي وجود دارد كه اندازه آن برابر نيروي دافعه گريز از مركز ناشي از چرخش سريع الكترون بدور هسته مي باشد

درون هسته چيست ؟

هسته شامل ذرات بسياري است كه مهمتريت آنها از نظر جرم پروتون و نوترون است .

بار الكتريكي چيست ؟
بين الكترونها و پروتونها نيروي جاذبه و بين خودشان باهم نيروي دافعه وجود دارد كه ماهيت اين نيروها هنوز شناخته نشده است اما براي تحليل ساده تر بارالكتريكي را مطرح كرده كه براي الكترون با علامت منفي و براي پروتون با علامت مثبت مشخص شده است.

چگونه می توان مواد را باردار کرد ؟
روشهای باردار کردن ماده همان روشهای توليد الکتريسيته است .بعبارت ديگر می توان با استفاده از اين روشها الکتريسيته توليد کرد . ساده ترين اين روشها مالش دو ماده بهم است که باعث می شود الکترونها از يک ماده به ماده ديگری بروند و در نتيجه اختلاف بار بين دو ماده ايجاد شود . مثلا مالش يک ميله شيشه ای به يک پارچه پشمی سبب باردار شدن هر دو ماده می شود که يکی بار مثبت ( کمبود الکترون ) و ديگری بار منفی ( ازدياد الکترون) می يابد .

نيروي الكتريكي چيست ؟
بين بارهاي الكتريكي اعم از مثبت يا منفي نيروي الكتريكي وجود دارد اين نيرو به مقدار بار الكتريكي و فاصله آنها از هم بستگي دارد . مطابق قانون كولن مقدار نيرو از حاصل ضرب بارها در ضريب ثابتي كه به جنس محيط بستگي دارد تقسيم بر مجذور فاصله بين دو بار بدست مي آيد . اما در تحليل ساده تر هرچه مقدار بارها بيشتر باشد مقدار نيرو نيز بيشتر و هرچه فاصله آنها بيشتر شود مقدار نيرو نيز كمتر مي شود .

مواد در حالت عادي از نظر بار الكتريكي چگونه اند ؟
همه مواد در حالت عادي داراي مقدار الكترون و پروتون مساويند به همين دليل از نظر برايند بارهاي الكتريكي خنثي مي باشند .

چگونه مي توان يك ماده خنثي را باردار كرد ؟
هرگاه تعادل بين بارهاي مثبت و منفي در يك جسم خنثي بهم بخورد ماده بار دار شده است . بهمين منظور كليه روشهاي توليد الكتريسيته كاري نمي كنند جز برهم زدن تعادل بين بارهاي الكتريكي مثبت و منفي . مي دانيم كه الكترون نسبت به پروتون قابليت جابجايي و حركت بيشتري دارد . بنابراين مي توان با دادن يا گرفتن الكترون ماده را باردار نمود . اگر تعداد الكترونها بيشتر از تعداد پروتونها شود جسم بار منفي و در صورتي كه عكس اين حالت روي دهد جسم بار مثبت پيدا مي كند .

باردار كردن مواد چه ربطي به توليد الكتريسيته دارد ؟
اجازه دهيد براي جواب به اين سوال نخست مواد را دسته بندي كنيم:

.مواد از نظر هدايت الكتريكي به چند دسته تقسيم مي شوند ؟
همه مواد از نظر هدايت الكتريكي جز يك از سه دسته زير مي باشند
الف - هادي ها : موادي كه براحتي برق را از خود عبور مي دهند
ب - عايقها : موادي كه برق را از خود عبور نمي دهند
ج - نيمه هادي ها : اين مواد در شرايط خاصي مانند هادي ها يا نيمه هادي ها عمل مي كنند . اما در حالت عادي برق را به مقدار ناچيز از خود عبور مي دهند

هدايت الكتريكي عناصر

هدايت الكتريكي:

در تعريف هدايت الكتريكي مي توان گفت : اگر الكترون در باند هدايت قرار گيرد ، آنقدر وابستگي آن از اتم مادر كم مي شود كه مي توان آن را جا به جا كرد ، با جا به جايي اين الكترون جريان الكتريكي ايجاد شده ؛ در نتيجه هدايت الكتريكي خواهيم داشت .
عناصر از لحاظ هدايت الكتريكي به چهار د سته زير تقسيم مي شوند :
1. عايق ها (Insulators) .
2. نيمه هاديها (Semi conductors) .
3. هاديها (Conductors) .
4. ابر رساناها (Super conductors) .
ساختار اتمي اين عناصر از سه نوع باند زير تشكيل شده است :
1. باند ظرفيت (Balance Band ) .
2. باند ممنوعه (Forbidden Band) .
3. باند هدايت (Conductance) .
سطح انرژي اين سه باند رامي توان به صورت زير نشان داد :
باند ظرفيت > باند ممنوعه > باند هدايت .
عايقها :
در عايق ها شكاف انرژي (تفاوت انرژي باند هدايت و باند ظرفيت ) آنقدر بزرگ است كه با دادن انرژي به عنصر ، الكترون هاي باند ظرفيت نمي توانند به باند هدايت بروند در نتيجه هدايت الكتريكي نخواهيم داشت .
هاديها :
در هادي ها شكاف انرژي وجود ندارد . در نتيجه الكترون هاي باند ظرفيت آزادانه در دماي اتاق( ( Room Temperature =300 k به باند هدايت مي روند ؛ بنابراين هدايت الكتريكي در اين نوع عناصر وجود دارد .
نيمه هاديها :
در نيمه هادي ها شكاف انرژي صفر نيست اما در درجه حرارت اتاق معمولا يك الكترون- ولت (كمتر يا بيشتر) مي باشد كه درشرايط خاص مي توان بر آن غلبه كرد و الكترون هاي باند ظرفيت رابه باند هدايت فرستاد تا هدايت الكتريكي ايجاد شود .

پيوند كووالانسي نيمه هادي ها:

پيوند كووالانسي نيمه هادي ها :
گرچه تعداد زيادي از عناصر داراي خاصيت نيمه هادي الكتريكي هستند ، ولي در اينجا به بررسي عناصر سيليكن و ژرمانيم كه داراي كاربرد وسيعي در الكترونيك مي باشند، مي پردازيم. اين عناصر (سيليكن و ژرمانيم ) عناصر چهار ظرفيتي بوده كه در باند ظرفيت داراي چهار الكترون هستند [تعداد الكترونهاي سيليكن 14 و ژرمانيم 32 است ]. علاوه بر سيليكن و ژرمانيم عناصر ديگر نظير كربن و يا تركيباتي مثل گاليم ، ارسنيد (Ga-As) مي توانند به صورت نيمه هادي مورد استفاده قرار گيرند ، ولي به علت ملاحظات عملي كاربرد سيليكن و ژرمانيم در ساختن قطعات الكتريكي بطور وسيعي افزايش يافته است .
عناصر سيليكن و ژرمانيم هر دو داراي ساختمان كريستالي هستند . ساختمان كريستالي اين عناصر نظير اكثر جامدات ، بصورت سه بعدي و منظم است .
ساختمان سه بعدي كريستالهاي سيليكن و ژرمانيم بصورت هرم چهار گوش مي باشد كه در هر راس آن يك اتم قرار گرفته است.
در اين شبكه كريستالي چهار الكترون ظرفيت هر يك ازا تمها با الكترونهاي ظرفيت اتمهاي مجاور خود به اشتراك گذاشته شده و پيوند ظرفيتي تشكيل مي دهند . بنابراين هر اتم ، ديگر داراي چهار الكترون ظرفيت نبوده بلكه در مدار خارجي آن هشت الكترون مشترك با ساير اتمهاي مجاور قرار خواهد گرفت . اين به اشتراك گذاشتن الكترونها باعث پيوند هر اتم با اتمهاي مجاور خواهد بود . الكترونهايي كه در اين پيوندهاي كووالانسي قرار مي گيرند ، الكترونهاي آزاد نبوده و نمي توانند در هدايت الكتريكي شركت نمايند . اين الكترونها وابسته به هسته هاي اتمي بوده و به اين ترتيب اين عناصر با وجود داشتن جهار الكترون ظرفيت ، داراي هدايت الكتريكي خيلي كمي خواهند بود .
اگر به اتمهاي اين عناصر انرژي كافي داده شود ، در اينصورت بعضي از اين پيوندها شكسته شده و الكترونهاي باند ظرفيت وارد باند هدايت شده و نظير الكترون آزاد عمل مي نمايند و به اين ترتيب هدايت الكتريكي آن افزايش پيدا مي كند .
انرژي لازم براي تحريك اتمها و يا شكستن پيوندهاي كووالانسي مي تواند بصورت انرژي نوراني ، حرارتي و يا الكتريكي به عنصر اعمال شود .
يك نيمه هادي خالص كه در آن الكترونهاي باند ظرفيت تشكيل پيوند كووالانسي مي دهند بصورت يك عايق عمل مي نمايند . در اينحالت سطوح انرژي باند هدايت خالي است . در درجه حرارت اتاق ، انرژي حرارتي كافي براي شكستن بعضي از پيوندهاي ظرفيتي وجود دارد. بنابراين برخي از پيوندها شكسته شده و الكترونهايي آزاد مي شوند . اما اگر نيمه هادي سرد شود و درجه حرارت آن به صفر مطلق برسد ؛ در اينصورت انرژي حرارتي از بين رفته وتمامي الكترونهاي عنصر تشكيل پيونهاي ظرفيتي خواهند داد (مگر اينكه شكل ديگري از انرژي به عنصر اعمال شده باشد ) . در اينحالت عنصر به هيچوجه هدايت نخواهد كرد .

فرايند‌هاي توليد قطعات الكترونيكي

ماده اوليه
امروزه همه مي‌دانند كه ماده اوليه پردازنده‌ها همچون ديگر مدارات مجتمع الكترونيكي، سيليكون است. در واقع سيليكون همان ماده‌ سازنده شيشه است كه از شن استخراج مي‌شود. البته عناصر بسيار ديگري هم در اين فرايند به‌كار برده مي‌شوند و ليكن از نظر درصد وزني، سهم مجموع اين عناصر نسبت به سيليكون به‌كار رفته در محصول نهايي بسيار جزئي است.

آلومينيوم يكي از مواد ديگري است كه در فرايند توليد پردازنده‌ها اهميت زيادي دارد. هرچند كه در پردازنده‌هاي مدرن، مس به‌تدريج جايگزين آلومينيوم مي‌شود.

علاوه بر آنكه فلز مس داراي ضريب هدايت الكتريكي بيشتري نسبت به آلومينيوم است، دليل مهم‌تري هم براي استفاده از مس در طراحي پردازنده‌هاي مدرن امروزي وجود دارد. يكي از بزرگ‌ترين مسائلي كه در طراحي پردازنده‌هاي امروزي مطرح است، موضوع نياز به ساختارهاي فيزيكي ظريف‌تر است. به‌ياد داريد كه اندازه‌ها در پردازنده‌هاي امروزي در حد چند ده نانومتر هستند. پس ازآنجايي‌كه با استفاده از فلز مس، مي‌توان اتصالات ظريف‌تري ايجاد كرد، اين فلز جايگزين آلومينيوم شده است.
آماده‌سازي
فرايند‌هاي توليد قطعات الكترونيكي از يك جهت با بسياري از فرايند‌هاي توليد ديگر متفاوت است. در فرايند‌هاي توليد قطعات الكترونيك، درجه خلوص مواد اوليه مورد نياز در حد بسيار بالايي اهميت بسيار زيادي دارند. اهميت اين موضوع در حدي است كه از اصطلاح electronic grade براي اشاره به درجه خلوص بسيار بالاي مواد استفاده مي‌شود.

به همين دليل مرحله‌ مهمي به‌نام آماده‌سازي در تمامي فرايند‌هاي توليد قطعات الكترونيك وجود دارد. در اين مرحله درجه خلوص موارد اوليه به روش‌هاي گوناگون و در مراحل متعدد افزايش داده مي‌شود تا در نهايت به مقدار خلوص مورد نظر برسد. درجه خلوص مواد اوليه مورد نياز در اين صنعت به اندازه‌اي بالا است كه توسط واحد‌هايي مانند ppm به معني چند اتم ناخالصي در يك ميليون اتم ماده اوليه، بيان مي‌شوند.

آخرين مرحله خالص‌سازي ماده سيليكون، به‌اين صورت انجام مي‌شود كه يك بلورِ خالص سيليكون درون ظرف سيليكون مذاب خالص شده قرار داده مي‌شود، تا بلور بازهم خالص‌تري در اين ظرف رشد كند (همان‌طور كه بلورهاي نبات در درون محلول اشباع شده به‌دور يك ريسمان نازك رشد مي‌كنند). در واقع به اين ترتيب، ماده سيليكون مورد نياز به‌صورت يك شمش تك كريستالي تهيه مي‌شود (يعني تمام يك شمش بيست سانتي‌متري سيليكون، يك بلور پيوسته و بدون نقص بايد باشد!).

اين روش در صنعت توليد چيپ‌ به روش CZ معروف است. تهيه چنين شمش تك بلوري سيليكون آن‌قدر اهميت دارد كه يكي از تحقيقات اخير اينتل و ديگر شركت‌هاي توليد‌كننده پردازنده، معطوف توليد شمش‌هاي سي‌سانتي‌متري سيليكون تك‌بلوري بوده است. درحالي‌كه خط توليد شمش‌هاي بيست سانتي‌متري سيليكون هزينه‌اي معادل 5/1 ميليارد دلار در بر دارد، شركت‌هاي توليد كننده پردازنده، براي به‌دست آوردن خط توليد شمش‌هاي تك بلوري سيليكون سي سانتي‌متري، 5/3 ميليارد دلار هزينه مي‌كنند.

موضوع جالب توجه در اين مورد آن است كه تغيير اندازه شمش‌هاي سيليكون تك‌بلوري، تا كنون سريع‌تر از يك‌بار در هر ده‌ سال نبوده است.

پس از آنكه يك بلور سيليكوني غول‌آسا به شكل يك استوانه تهيه گشت، گام بعدي ورقه ورقه بريدن اين بلور است. هر ورقه نازك از اين سيليكون، يك ويفر ناميده مي‌شود كه اساس ساختار پردازنده‌ها را تشكيل مي‌دهد. در واقع تمام مدارات يا ترانزيستورهاي لازم، بر روي اين ويفر توليد مي‌شوند. هر چه اين ورقه‌ها نازك‌تر باشند، عمل برش بدون آسيب ديدن ويفر مشكل‌تر خواهد شد.

از طرف ديگر اين موضوع به معني افزايش تعداد چيپ‌هايي است كه مي‌توان با يك شمش سيليكوني تهيه كرد. در هر صورت پس از آنكه ويفر‌هاي سيليكوني بريده شدند، نوبت به صيقل‌كاري آنها مي‌رسد. ويفر‌ها آنقدر صيقل داده مي‌شوند كه سطوح آنها آيينه‌اي شود. كوچكترين نقصي در اين ويفر‌ها موجب عدم كاركرد محصول نهايي خواهد بود. به همين دليل، يكي ديگر از مراحل بسيار دقيق بازرسي محصول در اين مرحله صورت مي‌گيرد. در اين گام، علاوه بر نقص‌هاي بلوري كه ممكن است در فرايند توليد شمش سيليكون ايجاد شده باشند، نقص‌هاي حاصل از فرايند برش كريستال نيز به‌دقت مورد كنكاش قرار مي‌گيرند.

پس از اين مرحله، نوبت به ساخت ترانزيستور‌ها بر روي ويفر سيليكوني مي‌رسد. براي اين‌كار لازم است كه مقدار بسيار دقيق و مشخصي از ماده ديگري به درون بلور سيليكون تزريق شود. بدين معني كه بين هر مجموعه اتم سيليكون در ساختار بلوري، دقيقاً يك اتم از ماده ديگر قرار گيرد. در واقع اين مرحله نخستين گام فرايند توليد ماده نيمه‌هادي محسوب مي‌شود كه اساس ساختمان قطعات الكترونيك مانند ترانزيستور را تشكيل مي‌دهد. ترانزيستورهايي كه در پردازنده‌هاي امروزي به‌كار گرفته مي‌شوند، توسط تكنولوژي CMOS توليد مي‌شوند.
CMOS مخفف عبارت Complementary Metal Oxide Semiconductor است. در اينجا منظور از واژه Complementaryآن است كه در اين تكنولوژي، از تعامل نيمه‌هادي‌هاي نوع n و p استفاده مي‌شود.

بدون آنكه بخواهيم وارد جزئيات فني چگونگي توليد ترانزيستور بر روي ويفر‌هاي سيليكوني بشويم، تنها اشاره مي‌كنيم كه در اين مرحله، بر اثر تزريق مواد گوناگون و همچنين ايجاد پوشش‌هاي فلزي فوق نازك (در حد ضخامت چند اتم) در مراحل متعدد، يك ساختار چند لايه و ساندويچي بر روي ويفر سيليكوني اوليه شكل مي‌گيرد. در طول اين فرايند، ويفر ساندويچي سيليكوني در كوره‌اي قرار داده مي‌شود تا تحت شرايط كنترل‌شده و بسيار دقيق (حتي در اتمسفر مشخص)، پخته مي‌شود و لايه‌اي از SiO2 بر روي ويفر ساندويچي تشكيل شود.

در جديدترين فناوري اينتل كه به تكنولوژي 90 نانومتري معروف است، ضخامت لايه SiO2 فقط 5 اتم است! اين لايه در مراحل بعدي دروازه يا gate هر ترانزيستور واقع در چيپ پردازنده خواهد بود كه جريان الكتريكي عبوري را در كنترل خود دارد (ترانزيستورهاي تشكيل دهنده تكنولوژي CMOS از نوع ترانزيستورهاي اثر ميداني يا Field Effect Transistor :FET ناميده مي‌شوند. در اين ترانزيستورها، جريان الكتريكي از اتصالي به‌نام Source به اتصال ديگري به‌نام Drain جريان مي‌يابد. وظيفه اتصال سوم به‌نام Gate در اين ترانزيستور، كنترل و مديريت بر مقدار و چگونگي عبور جريان الكتريكي از يك اتصال به اتصال ديگر است).

آخرين مرحله آماده‌سازي ويفر، قرار دادن پوشش ظريف ديگري بر روي ساندويچ سيليكوني است كه photo-resist نام دارد. ويژگي اين لايه آخر، همان‌طور كه از نام آن مشخص مي شود، مقاومت در برابر نور است. در واقع اين لايه از مواد شيميايي ويژه‌اي ساخته شده است كه اگر در معرض تابش نور قرار گرفته شود، مي‌توان آن‌را در محلول ويژه‌اي حل كرده و شست و در غير اين صورت (يعني اگر نور به اين پوشش تابانده نشده باشد)، اين پوشش در حلال حل نخواهد شد. فلسفه استفاده از چنين ماده‌اي را در بخش بعدي مطالعه خواهيد كرد.

ماسك كردن
اين مرحله از توليد پردازنده‌ها، به‌نوعي از مراحل قبلي كار نيز مهم‌تر است. در اين مرحله عمل فتوليتوگرافي
(Photolithography) بر روي ويفر ساندويچي انجام مي‌شود. در واقع آنچه در اين مرحله انجام مي‌شود آن است كه بر روي ويفر سيليكوني، نقشه و الگوي استنسيل مشخصي با استفاده از فرايند فتوليتوگرافي چاپ مي‌شود، تا بتوان در مرحله بعدي با حل‌كردن و شستن ناحيه‌هاي نور ديده به ساختار مورد نظر رسيد (ازآنجايي كه قرار است نقشه پيچيده‌اي بر روي مساحت كوچكي چاپ شود، از روش فتوليتوگرافي كمك گرفته مي‌شود.

در اين روش نقشه مورد نظر در مقياس‌هاي بزرگتر- يعني در اندازه‌هايي كه بتوان در عمل آنرا توليد كرد، مثلاً در مربعي به مساحت يك متر مربع - تهيه مي‌شود. سپس با تاباندن نور به الگو و استفاده از روش‌هاي اپتيكي، تصوير الگو را بر روي ناحيه بسيار كوچك ويفر مي‌تابانند. مثلاً الگويي كه در مساحت يك متر مربع تهيه شده بود، به تصوير كوچكي در اندازه‌هاي چند ميليمتر مربع تبديل مي‌شود!). در اين موارد چند نكته جالب توجه وجود دارد. نخست آنكه الگوها و نقشه‌هايي كه بايد بر روي ويفر چاپ شوند، آنقدر پيچيده هستند كه براي توصيف آنها به 10 گيگابايت داده نياز است.

در‌واقع مي‌توان اين موضوع را به حالتي تشبيه كرد كه در آن قرار است نقشه‌اي مانند نقشه يك شهر بزرگ با تمام جزئيات شهري و ساختماني آن بر روي ويفر سيليكوني به مساحت چند ميلي‌متر مربع، چاپ شود. نكته ديگر آنكه در ساختمان چيپ‌هاي پردازنده، بيش از بيست لايه مختلف وجود دارد كه براي هر يك از آنها لازم است چنين نقشه‌هايي ليتوگرافي شود.

موضوع ديگري كه بد نيست در اينجا ذكر‌شود، آن است كه همانطور كه از دروس دبيرستاني ممكن است به‌ياد داشته باشيد، نور در لبه‌هاي اجسام دچار انحراف از مسير راست مي‌شود. پديده‌اي كه به پراش يا Diffraction معروف است. هرچه لبه‌هاي اجسامي كه در مسير تابش واقع شده‌اند، كوچك‌تر يا ظريف‌تر باشند، پديده پراش شديد‌تر خواهد بود.

در واقع يكي از بزرگ‌ترين موانع توليد پردازنده‌هايي كه در آنها از ساختار‌هاي ظريف‌تري استفاده شده باشد، همين موضوع پراكندگي يا تفريق نور است كه باعث مات‌شدن تصويري مي‌شود كه قرار است بر روي ويفر چاپ شود. براي مقابله با اين مسئله، يكي از موثرترين روش‌ها، آن است كه از نوري در عمل فتوليتوگرافي استفاده كنيم كه داراي طول موج كوچك‌تري است (بر اساس اصول اپتيك، هرچه طول موج نور تابانده شده كوچك‌تر باشد، شدت پديده پراكندگي نور در لبه‌هاي اجسام كمتر خواهد بود). براي همين منظور در توليد پردازنده‌ها، از نور UV (ماوراي بنفش) استفاده مي‌شود.

در واقع براي آنكه بتوان تصوير شفاف و ظريفي در اندازه‌ها و مقياس آنچناني بر روي ويفر‌ها توليد كرد، تنها طول‌ موج ماوراي بنفش جوابگو خواهد بود. اما اگر بخواهيم در نسل بعدي پردازنده‌ها، از الگوهاي پيچيده‌تري استفاده كنيم، تكليف چه خواهد بود؟ در تئوري مي‌توان از تابشي با طول موج بازهم كوتاه‌تري استفاده كرد. اما مشكل در اينجا است كه تابش با طول موج كوتاه‌تر به معني استفاده از نوعي اشعه ايكس است. مي‌دانيد كه چنين اشعه‌اي بيشتر از آنكه قادر باشد تصويري از نقشه مورد نظر بر روي ويفر ايجاد كند، به‌علت قابليت نفوذ زياد، از تمامي نواحي الگو به‌طور يكسان عبور خواهد كرد!

از موارد فوق كه بگذريم، پس از آنكه نقشه مورد‌نظر بر روي ويفر چاپ شد، ويفر درون محلول شيميايي ويژه‌اي قرار داده مي‌شود تا جاهايي كه در معرض تابش واقع شده‌اند، در آن حل شوند. بدين ترتيب شهر مينياتوري را بر روي ويفر سيليكوني تجسم كنيد كه در اين شهر خانه‌ها داراي سقفي از جنس SiO2 هستند (مكان‌هايي كه نور نديده‌اند و در‌نتيجه لايه مقاوم در برابر حلال مانع از حل شدن ( SiO2 بوده است). خيابان‌هاي اين شهر فرضي نواحي كه مورد تابش نور واقع شده‌اند و لايه مقاوم آن و همچنين لايه SiO2 در حلال حل شده‌اند) از جنس سيليكون هستند.
تكرار
پس از اين مرحله، لايه photo-resist باقي مانده از روي ويفر برداشته مي‌شود. در اين مرحله ويفري در اختيار خواهيم داشت كه در آن ديواره‌اي از جنس SiO2 در زميني از جنس سيليكون واقع شده‌اند. پس از اين گام، يكبار ديگر يك لايه SiO2 به همراه پلي‌سيليكون (Polysilicon) بر روي ويفر ايجاد شده و بار ديگر لايه photo-resist جديدي بر روي ويفر پوشانده مي‌شود.

همانند مرحله قبلي، چندين بار ديگر مراحل تابش نور و در حلال قرار دادن ويفر انجام مي‌شوند. بدين ترتيب پس از دست يافتن به ساختار مناسب، ويفر در معرض بمباران يوني مواد مختلف واقع مي‌شود تا نيمه‌هادي نوع n و p بر روي نواحي سيليكوني باقي‌مانده تشكيل شوند. به اين وسيله، مواد مشخصي در مقادير بسيار كم و دقيق به‌درون بلور سيليكون نفوذ داده مي‌شوند تا خواص نيمه‌هادي نوع n و p به‌دست آيند. تا اينجاي كار، يك لايه كامل از نقشه الكترونيكي ترانزيستوري دوبعدي بر روي ويفر سيليكوني تشكيل شده است.

با تكرار مراحل فوق، عملاً ساختار لايه‌اي سه بعدي از مدارات الكترونيكي درون پردازنده تشكيل مي‌شود. در بين هر چند لايه، از لايه‌اي فلزي استفاده مي‌شود كه با حك كردن الگو‌هاي مشخص بر روي آنها به همان روش‌هاي قبلي، لايه‌هاي سيم‌بندي بين المان‌ها ساخته شوند. پردازنده‌هاي امروزي اينتل، مثلاً پردازنده پنتيوم چهار، از هفت لايه فلزي در ساختار خود بهره مي‌گيرد. پردازنده AMD Athlon 64 از 9 لايه فلزي استفاده مي‌كند.

p-nساخت پیوند:

ساخت پیوند p-n
برای ساختن پیوند p-n به یک بخش از یک تک بلور نیمه هادی نا خالصی نوع n و به بخش دیگر نا خالصی نوع p
می افزایند . پیوند ها بسته به چگونگی ایجاد ناحیه ی انتقال از pبه n دردرون تک بلور طبقه بندی می شوند . هنگامی که ناحیه انتقال بسیار باریک باشد , پیوند ناگهانی نامیده می شود . پیوند تدریجی پیوندی است که ناحیه انتقالش در محدوده ی وسیعتری "پخش " شده باشد.

پیوند p-n ناگهانی به وسیله ی آلیاژ سازی و رشد رونشتی تشکیل می شوند . پیوند های تدریجی از طریق نفوذ گازی ناخالصیها یا کشت یونها ساخته می شوند.

رشد رونشستی :
رشد رونشستی یک لایه ی نیمه هادی روی یک پایه ی تک بلور نیمه هادی روشی برای تشکیل ناگهانی است . رشد رونشستی با گرم کردن پولک میزبان ؛ مثلأ سیلیسیم نوع n و عبور دادن جریان کنترل شده ی گازی حاوی تتراکلرید سیلیسیم ((sicl4و هیدروژن از روی سطح انجام می شود . در اثر فعل و انفعال گازها اتمهای سیلیسیم روی سطح پولک میزبان ته نشین می شود . چون معمولأ دما بالاتر از 1000درجه سانتی گراد است ؛ اتمهای ته نشین شده انرژی و قابلیت حرکت کافی دارند تا خود را به طور صحیح با شبکه ی بلور میزبان تطبیق دهند . این عمل سبب می شود که شبکه از روی سطح اصلی به طرف بالا امتداد یابد . سرعت نمونه ای رشد لایه ی رونشستی حدود یک میکرون در هر دقیقه است.

برای تشکیل لایه های نوع n یا p می توان در هنگام رشد رونشستی ؛ انتهای ناخالصی را به شکل ترکیب گازی به گاز حامل اضافه کرد . با رشد دادن یک لایه ی نوع pرونشستی (epi) بر روی یک پولک میزبان نوع nپک پیوند تقریبأ ناگهانی شکل می گیرد.البته ؛ ترتیبهای دیگر مثل رشد لایه ی نوع n به روش نشستی روی یک لایه ی نوع p نیز ممکن است.

فرایند رونشستی به طور وسیع در ساخت مدارهای مجتمع (IC)ها به کار می رود. دیود p-n تشکیل شده در فرایند رونشستی (epi)به طور معکوس با یاس می شود تا مدار را از پایه (پولک میزبان جدا سازد . اخیرأ از روش رونشستی در شکل دهی ساختارهای SOSمخفف Si-on_sapphire یا Si-on-spinel سیلیسیم)روی یاقوت سرخ یا یاقوت کبود ) است. یاقوتهای کبود , ترکیبات گوناگونی از اکسید منیزیم (Mgo)و اکسیدآلومینیم (Al203) هستند و ارتباط نزدیکی با یاقوت سرخ دارند . به طور خلاصه ناخالصی سیلیسیم به طریق رونشستی بر روی پایه های یاقوت سرخ یا کبود رشد داده می شود .انگیزه استفاده از پایه های یاقوت سرخ یا کبود , کیفیت عایق بودن این پایه ها در جدا سازی مدارها در طراحی IC های حاوی ادوات سریع ,به خصوص مدارهای مجتمع در مقیاس فشرده (LSI) است .

ديود زنر

ديود زنر:
ديود هاي زنر يا شكست ، ديود هاي نيمه هادي با پيوند p-n هستند كه در ناحيه باياس معكوس كار كرده و داراي كاربردهاي زيادي در الكترونيك ، مخصوصآ به عنوان ولتاژ مبنا و يا تثبيت كننده ي ولتاژ دارند.

هنگاميكه پتانسيل الكتريكي دو سر ديود را در جهت معكوس افزايش دهيم در ولتاژ خاصي پديده شكست اتفاق مي افتد، بد ين معني كه با افزايش بيشتر ولتاژ ، جريان بطور سريع و ناگهاني افزايش خواهد داشت. ديود هاي زنر يا شكست ديود هايي هستند كه در اين ناحيه يعني ناحيه شكست كار ميكنند و ظرفيت حرارتي آنها طوري است كه قادر به تحمل محدود جريانمعيني در حالت شكست مي باشند، براي توجيه فيزيكي پديده شكست دو نوع مكانيسم وجود دارد.
مكانيسم اول در ولتاژهاي كمتر از 6 ولت براي ديودهايي كه غلظت حامل ها در آن زياد است اتفاق مي افتد و به پديده شكست زنر مشهور است. در اين نوع ديود ها به علت زياد بودن غلظت ناخالصي ها در دو قسمت p و n ، عرض منطقه ي بار فضاي پيوند باريك بوده و در نتيجه با قرار دادن يك اختلاف پتانسيل v بر روي ديود (پتانسيل معكوس) ، ميدان الكتريكي زيادي در منطقه ي پيوند ايجاد مي شود.
با افزايش پتانسيل v به حدي مي رسيمكه نيروي حاصل از ميدان الكتريكي ، يكي از پيوند هاي كووالانسي را مي شكند. با افزايش بيشتر پتانسيل دو سر ديود از انجايي كه انرژي يا نيروهاي پيوند كووالانسي باند ظرفيت در كريستال نيمه هادي تقريبأ مساوي صفر است ، پتانسيل تغيير چنداني نكرده ، بلكه تعداد بيشتري از پيوندهاي ظرفيتي شكسته شده و جريان ديود افزايش مي يابد.
آزمايش نشان ميدهد كه ضريب حرارتي ولتاژ شكست براي اين نوع ديود منفي است ، يعني با افزايش درجه حرارت ولتاژ شكست كاهش مي يا بد. بنابر اين ديود با ولتاژ كمتري به حالت شكست مي رود (انرژي باند غدغن براي سيليكن و ژرمانيم در درجه حرارت صفر مطلق بترتيب 1.21 و0.785 الكترون_ولت است، و در درجه حرارت 300 درجه كلوين اين انرژي براي سيليكن ev 1.1و براي ژرمانيم ev0.72 خواهد بود). ثابت مي شود كه مي دان الكتريكي لازم براي ايجاد پديده زنر در حدود 2*10است.
اين مقدار براي ديود هايي كه در آنها غلظت حامل ها خيلي زياد است در ولتاژهاي كمتر از 6 ولت ايجاد مي شود . براي ديودهايي كه داراي غلظت حاملهاي كمتري هستند ولتاژ شكست زنر بالاتر بوده و پديده ي ديگري بنام شكست بهمني در آنها اتفاق مي افتد (قبل از شكست زنر) كه ذيلأ به بررسي آن مي پردازيم.
مكانيسم ديگري كه براي پديده شكست ذكر مي شود ، مكانيسم شكست بهمني است. اين مكانيسم در مورد ديودهايي كه ولتاژ شكست آنها بيشتر از 6 ولت است صادق مي باشد . در اين ديود ها به علت كم بودن غلظت ناخالصي ، عرض منطقه ي بار فضا زياد بوده و ميدان الكتريكي كافي براي شكستن پيوندهاي كووالانسي بوجود نمي آيد ، بلكه حاملهاي اقليتي كه بواسطه انرژي حرارتي آزاد مي شود ، در اثر ميدان الكتريكي شتاب گرفته و انرژي جنبشي كافي بدست آورده و در بار فضا با يون هاي كريستال برخورد كرده و در نتيجه پيوندهاي كووالانسي را مي شكنند . با شكستن هر پيوند حاملهاي ايجاد شده كه خود باعث شكستن پيوند هاي بيشتر مي شوند .
بدين ترتيب پيوندها بطور تصاعدي يا زنجيري و يا بصورت پديده ي بهمني شكسته مي شوند و اين باعث مي شود كه ولتاژ دو سر ديود تقريبأ ثابت مانده و جريان آن افزايش يافته و بواسطه ي مدار خارجي محدود مي شود . چنين ديود هايي داراي ضريب درجه ي حرارتي مثبت هستند . زيرا با افزايش درجه ي حرارت اتمهاي متشكله كريستال به ارتعاش در آورده ، در نتيجه احتمال برخورد حاملهاي اقليت با يونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زيادتر مي گردد . به علت زياد شدن برخوردها احتمال اينكه انرژي جنبشي حفره يا الكترون بين دو برخورد متوالي بمقدار لازم براي شكست پيوند برسد كمتر شده و در نتيجه ولتاژ شكست افزايش مي يابد.

اشاره :

درحالي‌كه شركت‌هاي پيشگام در صنعت ميكروالكترونيك و توليد پردازنده‌ها، به تكنولوژي‌هاي بسيار پيشرفته‌اي دست يافته‌اند و ما هر روز با دستگاه‌هاي مجهز به چنين محصولاتي كار مي‌كنيم، مناسب است تا يك‌ بار ديگر نگاهي به فرايند توليد پردازنده‌ها بيندازيم، فرايندي كه در آن اساساً از ماده اوليه‌اي مانند شن، مدارات مجتمع فوق‌ظريفي مانند پردازنده P4 به‌دست مي‌آيد.

ماده اوليه:

امروزه همه مي دانند كه ماده اوليه پردازنده ها همچون ديگر مدارات مجتمع الكترونيكي، سيليكون است.در واقع سيليكون همان ماده سازنده شيشه است كه از شن استخراج مي شود. البته عناصر بسيار ديگري هد در اين فرايند به كار برده مي شوند و ليكن از نظر درصد وزني، سهم مجموع اين عناصر نسبت به سيليكون به كار رفته در محصول نهايي بسيار جزئي است.

آلمينيوم يكي از موارد ديگري است كه در فرايند توليد پردازنده هاي مدرن، مس به تدريج جايگزين آلمينيوم مي شود. علاوه بر آنكه فلز مس داراي ضريب هدايت الكتريكي بيشتري نسبت به آلمينيوم است،دليل مهم تري هم براي استفاده از مس در طراحي پردازنده هاي مدرن امروزي وجود دارد. يكي از بزرگ ترين مسائلي كه در طراحي پردازنده ها ي امروزي مطرح است، موضوع نياز به ساختارهاي فيزيكي ظريف تر است. به ياد داريد كه اندازه ها در پردازنده هاي امروزي در حد چند ده نانو متر هستند. پس از آنجايي كه با استفاده از فلز مس، مي توان اتصالات ظريف تري ايجاد كرد، اين فلز جايگزين آلومينوم شده است.

آماده سازي:

فرايندهاي توليد قطعات الكترونيكي از يك جهت با بسياري از فرايندهاي توليد ديگر متفاوت است. در فرايندهاي توليد قطعات الكترونيك، درجه خلوص مواد اوليه مورد نياز در حد بسيار بالايي اهميت بسيار زيادي دارند.

اهميت اين موضوع در حدي است كه از اصطلاح electronic grade براي اشاره به درجه خلوص بسيار بالايي مواد استفاده مي شود.

به همين دليل مرحله مهمي به نام آماده سازي در تمامي فرايندهاي توليد قطعات الكترونيك وجود دارد. در اين مرحله درجه خلوص موارد اوليه به روش هاي گوناگون و در مراحل متعدد افزايش داده مي شود تا در نهايت به مقدار خلوص مورد نظر برسد. درجه خلوص مواد اوليه مورد نياز در اين صنعت به اندازه اي بالاست كه توسط واحدهايي مانند ppm به معني چند اتم نا خالصي در يك ميليون اتم ماده اوليه،بيان مي شوند.

آخرين مرحله خالص سازي ماده سيليكون،به اين صورت انجام مي شود كه يك بلور خالص سيليكون درون ظرف سيليكون مذاب خالص شده قرار داده مي شود، تا بلور باز هم خالص تري در اين ظرف رشد كند ( همان طور كه بلورهاي نبات در درون محلول اشباع شده به دور يك ريسمان نازك رشد مي كنند ) . در واقع به اين ترتيب، ماده سيليكون مورد نياز به صورت يك شمش تك كريستالي تهيه مي شود ( يعني تمام يك شمش بيست سانتي متري سيليكون، يك بلور پيوسته و بدون نقض بايد باشد!). اين روش در صنعت توليد چيپ به روش cz معروف است. تهيه چنين شمس تك بلوري سيليكون آن قدر اهميت دارد كه يكي از تحقيقات اخير اينتل و ديگر شركت هاي توليد كننده پردازنده، معطوف توليد شمش هاي سي سانتي متري سيليكون تك بلوري بوده است. در حالي كه خط توليد شمش هاي بيست سانتي متري سيليكون هزينه اي معادل 5/1 ميليارد دلار در بر دارد، شركت هاي توليد كننده پردازنده ، براي بدست آوردن خط توليد شمش هاي تك بلوري سيليكون سي سانتي متري، 5/3 ميليارد دلار هزينه مي كنند. موضوع جالب توجه در اين مورد ان است كه تغيير اندازه شمش هاي تك بلوري ، تاكنون سريع تر از يك بار در هر ده سال نبوده است. پس از آنكه يك بلور سيليكوني غول آسا به شكل يك استوانه تهيه گشت، گام بعدي ورقه ورقه بريدن اين بلور است. هر ورقه نازك از اين سيليكون، يك ويفر ناميده مي شود كه اساس ساختار پردازنده ها را تشكيل مي دهد. در واقع تمام مدارات يا ترانزيستورهاي لازم،بر روي اين ويفر توليد مي شوند. هر چه اين ورقه ها نازك تر باشند،عمل برش بدون آسيب ديدن ويفر مشل تر خواهد شد. از طرف ديگر اين موضوع به معني افزايش تعداد چيپ هايي است كه ميتوان با يك شمش سيليكوني تهيه كرد. در هر صورت پس از آنكه ويفرهاي سيليكوني بريده شدند.نوبت به صيقل كاري آنها مي رسد. ويفرها آنقدر صيقل داده مي شوند كه سطوح آنها آيينه اي شود. كوچكترين نقص در اين ويفرها موجب عدم كاركرد محصول نهايي خواهد بود. به همين دليل،يكي ديگر از مراحل بسيار دقيق بازرسي محصول در اين مرحله صورت مي گيرد. در اين گام،علاوه بر نقص هاي بلوري كه ممكن است در فرايند توليد شمش سيليكون ايجاد شده باشند، نقص هاي حاصل از فرايند برش كريستال نيز به دقت مورد كنكاش قرار مي گيرند.

پس از اين مرحله،نوبت به ساخت ترانزيستورها بر روي ويفر سيليكوني مي رسد.

براي اين كار لازم است كه مقدار بسيار دقيق و مشخصي از ماده ديگري به درون بلور سيليكون تزريق شود. بدين معني كه بين هر مجموعه اتم سيليكون در ساختار بلوري دقيقا” يك اتم از ماده ديگر قرار گيرد. در واقع در اين مرحله نخستين گام فرايند توليد ماده نيمه هادي محسوب مي شود كه اساس ساختمان قطعات الكترونيك مانند ترانزيستور را تشكيل مي دهد. ترانزيستورهايي كه در پردازنده هاي امروزي به كار گرفته مي شوند،توسط تكنولوژي CMOS توليد مي شوند.CMOS مخخف عبارتComplementary Metal Oxide Semiconductor است . در اينجا منظور از واژه Complementary آن است كه در اين تكنولوژي از تعامل نيمه هادي هاي نوع n و p استفاده مي شود.

بدون آنكه بخواهيم وارد جزئيات فني چگونه توليد ترانزيستور بر روي ويفرهاي سيليكوني بشويم،تنها اشاره مي كنيم كه در اين مرحله، بر اثر تزريق مواد گوناگون و همچنين ايجاد پوشش هاي فلزي فوق نازك ( در حد ضخامت چند اتم ) در مراحل متعدد، يك ساختار چند لايه اي و ساندويچي بر روي ويفر سيليكوني اوليه شكل مي گيرد. در طول اين فرايند ، ويفر ساندويچي سيليكوني در كوره اي قرار داده مي شود تا تحت شرايط كنترل شده و بسيار دقيق ( حتي در اتمسفر مشخص) پخته مي شود و لايه اي از sio2 بر روي ويفر ساندويچي تشكيل شود. در جديد ترين فناوري اينتل به تكنولوژي 90 نانو متري معروف است، ضخامت لايه sio2 فقط 5 اتم است! اين لايه در مراحل بعدي دروازه يا Gate هر ترانزيستور واقع در چيپ پردازنده خواهد بود كه جريان الكتريكي عبوري را در كنترل خود دارد ( ترانزيستورهاي تشكيل دهنده تكنولوژي CMOS از نوع ترازيستورهاي اثر ميداني field Efect Transistor:FET ناميده مي شوند. جريان الكتريكي از اتصالي بنام Source به اتصال ديگري به نام Drain جريان مي يابد. وظيفه اتصال سوم به نام Gate در اين ترانزيستور، كنترل و مديريت بر مقدار و چگونگي عبور جريان الكتريكي از يك اتصال به اتصال ديگر است ).

اخرين مرحله آماده سازي ويفر، قرار دادن پوشش ظريف ديگري بر روي ساندويچ سيليكوني است كه photo-resist نام دارد. ويژگي اين لايه آخر همان طور كه از نام آن مشخص مي شود، مقاومت در برابر نور است. در واقع اين لايه از مواد شيميايي ويژه اي ساخته شده است كه اگر در معرض تابش نور قرار گرفته شود، مي توان آن را در محلول ويژه اي حل كرده و شست و در غير اين صورت ( يعني اگر نور به اين پوشش تابانده نشده باشد)، اين پوشش در حلال حل نخواهد شد. فلسفه استفاده از چنين ماده اي را در بخش بعدي مطالعه خواهيد كرد.

ماسك كردن:

اين مرحله از توليد پردازنده ها، به نوعي از مراحل قبلي كار نيز مهم تر است. در اين مرحله عمل فتوليتو گرافي ( photolithography ) بر وروي ويفر ساندويچي انجام مي شود. در واقع آنچه در اين مرحله انجام مي شود آن است كه بر روي ويفر سيليكوني، نقشه و الگوي استنسل مشخصي با استفاده از فرايند فتو ليتو گرافي چاپ مي شود، تا بتوان در مرحله بعدي با حل كردن و شستن ناحيه هاي نور ديده به ساختار مورد نظر رسيد ( از آنجايي كه قرار است نقشه پيچيده اي بر روي مساحت كوچكي چاپ شود، از روش فتو ليتو گرافي كمك گرفته مي شود. در اين روش نقشه مورد نظر در مقياس هاي بزرگتر – يعني در اندازه هايي كه بتوان در عمل آنرا توليد كرد، مثلا” در مربعي به مساحت يك متر مربع – تهيه مي شود.سپس با تاباندن نور به الگو و استفاده از روش هاي اپتيكي، تصوير الگو را بر روي ناحيه بسيار كوچك ويفر مي تاباند. مثلا” الگويي كه در مساحت يك متر مربع تهيه شده بود به تصوير كوچكي در اندازه هاي چند ميليمتر مربع تبديل مي شود!) در اين موارد چند نكته جالب توجه وجود دارد. نخست آنكه الگوها و نقشه هايي كه بايد بر وري ويفر چاپ شوند. آنقدر پيچيده هستند كه براي توصيف آنها به 10 گيگابايت داده نياز است. در واقع مي توان اين موضوع را به حالتي تشبيه كرد كه در آن قرار است نقشه اي مانند يك شهر بزرگ با تمام جزئيات شهري و ساختماني آن بر روي ويفر سيليكوني به مساحت چند ميلي متر مربع چاپ شود. نكته ديگر آنكه در ساختمان چيپ هاي پردازنده بيش از بيست لايه مختلف وجود دارد كه براي هر يك از آنها لازم است چنين نقشه هايي ليتو گرافي شود. موضوع ديگر بد نيست در اينجا ذكر شود آن است كه همانطور كه از دروس دبيرستاني ممكن است به ياد داشته باشيد. نور در لبه هاي اجسام دچار انحراف از مسير راست مي شود.

پديده اي كه به پراش يا Diffraction معروف است. هر چه لبه هاي اجسامي كه در مسير تابش واقع شده اند،كوچكتر يا ظريف تر باشند،پديده پراش شديدتر خواهد بود . در واقع يكي از بزرگ ترين موانع توليد پردازنده هايي كه در آنها از ساختارهاي ظريف تري استفاده شده باشد، همين موضوع پراكندگي يا تفريق نور است كه باعث مات شدن تصويري مي شود كه قرار است بر روي ويفر چاپ شود . براي مقابله با اين مسئله، يكي از موثرترين روش ها، آن است كه از نوري در عمل فتوليتو گرافي استفاده كنيم كه دارا ي طول موج كوچكتري است( بر اساس اصول اپتيك،هر چه طول موج نور تابنده شده كوچك تر باشد، شدت پديده پراكندگي نور در لبه هاي اجسام كمتر خواهد بود.) براي همين منظور در توليد پردازنده ها، از نور uv ( ماوراي بنفش ) استفاده مي شود. در واقع براي آنكه بتوان تصوير شفاف و ظريفي در اندازه ها و مقياس آنچناني بر روي ويفرها توليد كرد، تنها طول موج ماوراي بنفش جوابگو خواهد بود. اما اگر بخواهيم در نسل بعدي پردازنده ها، از الگوها ي پيچيده تري استفاده كنيم تكليف چه خواهد بود؟ در تئوري مي توان از تابشي با طول موج كوتاه تر به معني استفاده از نوعي اشعه ايكس است. مي دانيد كه چنين اشعه اي بيشتر از آنكه قادر باشد تصويري از نقشه مورد نظر بر روي ويفر ايجاد كند، به علت قابليت نفوذ زياد، از تمامي نواحي الگو به طور يكسان عبور خواهد كرد! از موارد فوق بگذريم،پس از آنكه نقشه مورد نظر بر روي ويفر چاپ شود،ويفر در درون محلول شيميايي ويژه اي قرار داده مي شود تا جاهايي كه در معرض تابش واقع شده اند، در آن حل شوند. بدين ترتيب شهر مينياتوري را بروي ويفر سيليكوني تجسم كنيد كه در اين شهر خانه ها داراي سقفي از جنس sio2 هستند ( مكان هايي كه نور نديده اند و در نتيجه لايه مقاوم در برابر حلال مانع از حل شدن (sio2 بوده است).خيابان هاي اين شهر فرضي نواحي كه مورد تابش نور واقع شده اند و لايه مقاوم آن و همچنين لايه sio2 در حلال حل شده اند ) از جنس سيليكون هستند.

تكرار:

پس از اين مرحله، لايه photo-resist باقي مانده از روي ويفر بر داشته مي شود. در اين مرحله ويفري در اختيار خواهيم داشت كه در آن ديواره اي از جنس sio2 در زميني از جنس سيليكون واقع شده اند. پس از اين گام، يكبار ديگر يك لايه sio2 به همراه پلي سيليكون (polysilicon ) بر روي ويفر ايجاد شده و بار ديگر لايه photo-resist جديدي بر روي ويفر پوشانده مي شود.

همانند مراحل قبلي، چندين بار ديگر مراحل تابش نور و در حلال قرار دادن ويفر انجام مي شوند. بدين ترتيب پس از دست يافتن به ساختار مناسب،ويفر در معرض بمباران يوني مواد مختلف واقع مي شود تا نيمه هادي نوع n و p بر روي نواحي سيليكوني باقي مانده تشكيل شوند. به اين وسيله،مواد مشخصي در مقادير بسيار كم و دقيق به درون بلور سيليكون نفوذ داده مي شوند تا خواص نيمه هادي نوع n و p به دست آيند. تا اينجاي كار، يك لايه كامل از نقشه الكترونيكي ترانزيستوري دو بعدي بر روي ويفر سيليكوني تشكيل شده است. با تكرار مراحل فوق، عملا” ساختار لايه اي سه بعدي از مدارات الكترونيكي درون پردازنده تشكيل مي شود. در بين هر چند لايه، از لايه اي فلزي استفاده مي شود كه با حك كردن الگوها ي مشخصي بر روي آنها به همان روش هاي قبلي، لايه هاي سيم بندي بين المان ها ساخته شوند. پردازنده هاي امروزي اينتل، مثلا” پردازنده پنتيوم چهار ، از هفت لايه فلزي در ساختار خود بهره مي گيرد. پردازنده AMD Athlon 64 از 9 لايه فلزي استفاده مي كند

نخستین گروه پردازنده‌هاي پنتيوم چهار اينتل،‌ در مواردي كه كاربران اين پردازنده‌ها را در شرايط overclock قرار مي‌دادند، به‌نوعي از كار مي‌افتادند كه بعدها به بيماري مرگ ناگهاني مشهور گشت
(در شرايط overClock پردازنده تحت ولتاژ و درنتيجه جريان الكتريكي بالاتري نسبت به مقدار توصيه شده سازنده قرار داده مي‌شود.)

در حقيقت اين پردازنده‌ها كه به‌نوعي نخستين خروجي خط توليد پردازنده‌هاي اينتل بود كه از فلز مس در آنها استفاده مي‌شد، دچار نقصي بود كه پديده مهاجرت الكتروني در آن نسبتاً به‌راحتي روي مي‌داد. نيازي به يادآوري نيست كه اينتل اين مسئله را به‌سرعت رفع كرد و در پردازنده‌هاي پنتيوم كنوني به‌هيچ وجه چنين پديده‌اي ديده نمي‌شود.

غربال كردن:

توليد ساندويچ هاي پيچيده تشكيل شده از لايه هاي متعدد سيليكون، فلز و مواد ديگر،فرايندي است كه ممكن است روزها و حتي هفته ها به طول انجامد. در تمامي اين مراحل ، آزمايش هاي بسيار دقيقي بر روي ويفر سيليكوني انجام مي شود تا مشخص شود كه آيا در هر مرحله عمليات مربوطه به درستي انجام شده اند يا خير. علاوه بر آن در اين آزمايش ها كيفيت ساختار بلوري و بي نقصي ماندن ويفر نيز مرتبا” آزمايش مي شود. پس از اين مراحل چيپ هايي كه نقص داشته باشند، از ويفر بريده مي شوند و براي انجام مراحل بسته بندي و نصب پايه ها ي پردازنده ها به بخش ها ي ويژه ا ي هدايت مي شوند. اين مراحل واپسين هم داراي پيچيدگي ها ي فني خاصي است. به عنوان مثال پردازنده هاي امروزي به علت سرعت بسيار بالايي كه دارند در حين كار گرم مي شود. با توجه به مساحت كوچك ويفر پردازنده ها و ساختمان ظريف آنها، در صورتي كه تدابير ويژه اي براي دفع حرارتي چيپ ها انديشيده نشود، گرماي حاصل به چيپ ها آسيب خواهد رساند. بدين معني كه تمركز حرارتي چيپ به حدي است كه قبل از جريان يافتن شار حرارتي به رادياتور خارجي پردازنده، چيپ دچار آسيب خواهد شد. براي حل اين مشكل، پردازنده هاي امروزي در درون خود داراي لايه هاي توزيع دما هستند تا اولا” تمركز حرارتي در بخش هاي كوچك چيپ ايجاد نشود و ثانيا” سرعت انتقال حرارت به سطح چيپ و سپس خنك كننده خارجي، افزايش يابد.

اما چيپ هاي آزمايش شده باز هم براي تعيين كيفيت و كارايي چندين بار آزمايش مي شوند. واقعيت آن است كه كيفيت پردازنده ها ي توليد شده حتي در پايان يك خط توليد و د ر يك زمان ، ثابت نيست و پردازنده ها در اين مرحله درجه بندي مي شوند! ( مثل ميوه هايي كه در چند درجه از نظر كيفيت طبقه بندي مي شوند.) برخي از پردازنده ها در پايان خط توليد واجد خصوصياتي مي شوند كه مي توانند مثلا” تحت ولتاژ يا فركانس بالاتري كار كنند. اين موضوع يكي از دلايل اصلي تفاوت قيمت پردازنده ها است.

گروه ديگري از پردازنده ها ، دچار نقص در بخش هايي مي شوند كه همچنان آنها را قابل استفاده نگاه مي دارد. به عنوان مثال ، ممكن است برخي از پردازنده ها در ناحيه حافظه نهان ( cache ) دچار نقص باشند. در اين مورد، مي توان به روش هايي بخش هاي آسيب ديده را از مدار داخلي پردازنده خارج ساخت. بدين ترتيب پردازنده هايي به دست مي ايند كه مقدار حافظه نهان كمتري دارند.

بدين ترتيب پردازنده هايي مانند celeron در اينتل و sempron در شركت AMD ، در خط توليد پردازنده هاي Full cache اين شركت ها نيز توليد مي شوند!

نیم رسانای ذاتیبخش عمده الکترونیک نوین ، وابسته به کاربرد مواد نیرم رسانا است. دیودهای نورگسیل « LEDها) ترانزیستورها و باتریهای خورشیدی از جمله عناصر الکترونیکی متداولی هستند که از نیم رساناها استفاده می‌کنند. نیم رساناهایی مانند Cds و ورمیلیون (Hgs) رنگهای درخشان دارند و هنرمندان نقاشی ، از آنها استفاده می‌کنند. آنچه که تعیین کننده خواص الکترونیکی نیم رسانا است گاف انرژی (گاف نواری). بین ظرفیت و نوار و رسانش است. در بعضی مواد مانند Cds این شکاف اندازه ثابتی دارد. این مواد ، نیم رساناهای ذاتی نامیده می‌شود.

هنگامی که نور سفید ، با نیم رسانا برهمکنش می‌کند الکترونها تحریک شده و به نوار رسانش می‌روند. Cds ، نور بنفش و تا حدودی نور آبی را در می‌آشامد. اما انرژی سایر بسامدها ، کمتر از انرژی لازم برای برانگیختن یک الکترون ورای گاف انرژی است. این بسامدها بازتاب می‌یابند و رنگی که مشاهده می‌کنیم، زرد است. در برخی نیم رساناها مانند GoAS و Pbs ، گاف نواری ، چنان کوچک است که تمام بسامدهای نور مرئی در آنها دیده می‌شوند. هیچ نور مرئی بازتابی وجود ندارد و ماده تیره رنگ است.

نیم رسانای مصنوعی

در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می‌شوند، اندازه گاف نواری ، با افزودن دقیق ناخالصیهایی کنترل می‌شود، که این فرآیند تقویت نامیده می‌شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداولترین نیم رساناهاست.

نیم رسانای نوع n

وقتی به سیلیکون ، ناخالصی فسفر افزوده شود، تراز انرژی اتمی فسفر ، دقیقا در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می‌گیرد.
هر اتم فسفر ، 4 الکترون از 5 الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با 4 اتم si مجاور بکار می‌برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش بر انگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را بر جای گذارد. اتمهای فسفر ، دهنده نامیده می‌شود. رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا در اثر حرکت الکترونهای حاصل از اتمهای دهنده در نوار رسانش، به وجود می‌آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده میشود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترونها حمل می‌شود.

نیم رسانای نوع p

وقتی به سیلیکون ناخالص آلومینیم افزوده می‌شود. تراز انرژی اتمهای AL که اتمهای پذیرنده نامیده می‌شوند، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می‌گیرد. با سه اتم Si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می‌دهد. اما با چهارمین اتم Si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می‌دهد. یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می‌شود. در نهایت ، یک یون منفی تا A غیر متحرک بوجود می‌آمد و در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می‌شود. از آنجا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا شامل حرکت حفره‌های مثبت است این نوع نیم رسانا ، نوع P نامیده می‌شود.

کاربرد نیم رساناها در باطری خورشیدی

یک سلول خورشیدی که از نیم رساناها ساخته شده از سیلیکون استفاده می‌شود. لایه نازکی از نیم رسانای نوع P با یک نیم رسانای نوع n ، در ناحیه‌ای به نام پیوندگاه در تماس است. عمدتا عبور الکترونها و حفره‌های مثبت از میان پیوندگاه بسیار محدود است. زیرا چنین حرکتی ، منجر به تفکیک بار می‌شود: حفره‌های سبک ناشی از نیم رسانای نوع p که از پیوندگاه عبور می‌کنند ناگزیر از یونهای غیر متحرک تا A جدا خواهند شد و الکترونهای ناشی از نیم رسانای نوع n که از پیوندگاه عبور می‌کنند به ناچار از یونهای غیر متحرک ⁺P جدا می‌شوند.

حال در نظر بگیرید که نیم رسانای نوع p در معرض باریکه‌ای از نور قرار گیرد. الکترونهای واقع در نوار ظرفیت ، می‌توانند انرژی ، در آشامیده و همراه با ایجاد حفره‌های مثبت در نوار ظرفیت ، به لایه رسانش ارتقاء یابند. الکترونهای رسانش بر خلاف حفره‌های مثبت می‌توانند به راحتی از پیوندگاه عبور کرده وارد نیم رسانای نوع n شوند. این عمل ، سفارش الکترونها (جریان الکتریکی) را برقرار می‌کند. الکترونها می‌توانند توسط سیمها از میان یک مصرف کننده خارجی مانند لامپها ، موتورهای الکتریکی و … انتقال پیدا کنند و سرانجام به نیم رسانای نوع p باز گردند. جایی که آنها حفره‌های مثبت را پر می‌کنند.

چکیده:
در مسایل راداري همواره قسمت زیادي از سیگنال در محیط انتشار هدر می رود و مقدار کم و ضعیفی از آن به همراه مقدار زی ادي سیگنال ناخواسته دریافت می شود . پس باید سیگنال دریافتی ناخواسته را حذف کرد و بعد سیگنال مورد نظر را تقویت و دمدولاسیون نمود ، اختلاف اساسی اي که بین گیرنده هاي مختلف وجود دارد بعلت نحوه دمدولاسیون سیگنال دریافتی است . از میان انواع مختلف گیرنده هاي رادیویی که در زمانهاي مختلف عرضه شده فقط دو نوع آن از نظر عملی و تجاري داراي اهمیت است، این دو نوع گیرنده عبارتند از و گیرنده هاي سوپر هترودین که در ادامه به بررسی ومقایسه (TRF) گیرنده هاي فرکانس رادیویی تطبیق شده آنها خواهیم پرداخت.
در این مقاله سعی بر آن است اص ول رادار و مدارهاي فرستنده وگیرنده در رادار به طورکلی مورد بررسی قرار گیرد که در این راستا به بررسی عناوین زیر خواهیم پرداخت:
اصول رادار
فرستنده هاي راداري
گیرنده هاي راداري
واژگان کلیدي: رادار، فرستنده، مگنترون، گیرنده، سوپرهترودین
-1 مقدمه:
رادار وسیله اي است براي جمع آوري اطلاعات از اشیا یا هدف هاي محیط به ویژه در فواصل دورکه در آن از تجزیه و تحلیل امواج الکترومغناطیس برگشتی، فاصله، ابعاد، سرعت و بسیاري از خواص هدف موردنظر تعیین می شود . بطور کلی رادار شامل یک فرستنده و یک گیرنده و یک یا چند آنتن است . فرستنده قادر است که توان زیادي را توسط آنتن ارسال دارد و گیرنده تا حد امکان انرژي برگشتی از هدف را جمع می کند، از آنجا که بیشتر رادارها انرژي فرستنده را به صورت پالس ارسال می کنند، بنابراین استفاده از یک آنتن هم براي فرستنده و هم براي گیرنده توسط یک تقسیم ک ننده زمان امکان پذیر خواهد بود. از موارد مهم در طراحی رادار نوع آنتن و پترن تشعشعی آن می باشد . آنتن هاي رادار را معمولا براي مرور نواحی بخصوص از فضا طراحی می کنند که مسیر مرور بستگی به کاربرد آن دارد، آنتن ها در بیشتر رادارها منعکس کننده هاي سهموي با تغذیه شیپور ي یا دو قطبی می باشند. البته در برخی موارد ناچار به استفاده از رادارهایی با آنتن آرایه فازي می باشیم. رادارهاي ،MTI ،CW براي تامین برد راداري مطلوب باید فرستنده از توان کافی برخوردار باشد . رادارهاي آرایه فازي و ... هر یک ویژگیهاي خاصی دارند که بر فرستنده و روش عملکرد آن اثر می گذارد . از مباحثی که باید در طراحی رادار و انتخاب فرستنده مورد توجه قرار گیرد، برد ، ثابت یا متحرك بودن ، وزن، اندازه ، حفاظت و ولتاژ بالا، شرایط مدولاسیون و حتی مسئله خنک کردن آن است. x در برابر اشعه کار گیرنده رادار، آشکار سازي پی امهاي اکوي مورد نظر در حضور نویز ، تداخل یا اکوهاي ناخواسته (کلاتر ) می باشد . گیرنده باید پیامهاي مطلوب را از نامطلوب جدا نموده و پیامهاي مطلوب را تا حدي که اطلاعات هدف براي کاربر قابل نمایش بوده و یا د ر داده پرداز خودکار قابل استفاده باشد، تقویت نماید . ساختار گیرنده رادار نه تنها به شکل موج آشکار شونده بستگی دارد، بلکه به ماهیت اکوهاي کلاتر، تداخل و نویز که با پیامهاي اکو مخلوط می شوند هم بستگی دارد . نویز ممکن است از طریق پایانه آنتن، به همراه پیام مورد نظر، وارد گیرنده خروجی، گیرن ده S/N شود و یا ممکن است در داخل خود گیرنده ایجاد گردد. براي به حداکثر رساندن نسبت و یا معادل آن باشد. بدیهی است که گیرنده باید طوري (Matched Filter) باید داراي یک فیلتر انطباقی طراحی شود که کمترین نویز داخلی را بخصوص در طبقات ورودي که پیام هاي مطلوب در ضعیف ترین حالت خود هستند، ایجاد نماید.
در سیستم هاي راداري از گیرنده هاي سوپر هترودین، بدلیل حساسیت خوب، بهره زیاد، قابلیت گزینش فرکانس و ضریب اطمینان خوب تقریبا همیشه استفاده می شود و هیچ نوع گیرنده اي قابل رقابت با این نوع گیرنده ها نیستند.
-2 اصول رادار:
در واقع اختراع رادار از یک پد یده فیزیکی و بسیار طبیعی به نام انعکاس ناشی شده است . همه ما بارها بازگشت صدا را در مقابل صخره هاي عظیم تجربه کرده ایم. امواج رادیویی و الکترومغناطیس نیز قابلیت انعکاس و بازتاب دارند و رادار بر اساس همین خاصیت ساده بوجود آمد . به کمک امواج الکترومغناطیسی نه تنها از وجود اجسام در فاصله دور باخبر می شویم، بلکه بطور دقیق می توان تعیین کرد ساکن هستند یا از ما دور و یا به ما نزدیک می شوند. حتی سرعت جسم نیز بخوبی قابل محاسبه است . امواج برگشتی توسط دستگاههاي خاص در مبدا تقویت شده و از روي مدت زمان رفت و برگشت این امواج، فاصله بین جسم و رادار اندازه گیري می شود. می توان گفت رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است که براي تشخیص و تعیین موقعیت هدفها بکار می رود. این دستگاه بر اساس ارس ال یک شکل موج خاص به طرف هدف و بررسی شکل موج برگشتی کار می کند . با رادار می توان درون محیطی را که براي چشم غیر قابل نفوذ است دید، مثل تاریکی، باران ، مه ، برف ، غبار و غیره، اما مهمترین مزیت رادار، توانائی آن در تعیین فاصله یا موقعیت و حتی ماهیت هدف می باشد. ساده ترین رادارها در حقیقت از یک فرستنده و یک گیرنده رادیویی بوجود آمدند . در ابتدا این وسیله فقط قادر بود وجود شیء را اعلان کند و به هیچ وجه توانایی تشخیص اندازه و ویژه گی هاي دیگر آن را نداشت. یک رادار ساده شامل آنتن ، فرستنده، گیرنده و عنصر آشکار ساز انرژي برگشتی بصورت قابل شناسایی می باشد . آنتن فرستنده پرتوهاي الکترومغناطیسی تولید شده توسط نوسا نگر را دریافت و ارسال می دارد . معمولی ترین شکل موج در رادارها یک قطار از پالسهاي باریک مستطیلی است که موج حامل سینوسی را مدوله می کند. اکنون رادارها در روي زمین و در هوا، دریا و فضا بکار گرفته شده اند، رادارهاي زمینی بیشتر براي آشکار سازي، تعیین موقعیت و ر دیابی هواپیم ا و یا سایر اهداف هوایی مورد استفاده قرار می گیرند . رادارهاي دریایی بعنوان یک وسیله کمکی به کشتیرانی و وسیله اي مطمئن براي تعیین موقعیت شناورها ، خطوط ساحل و دیگر کشتیها و همچنین دیدن هواپیم اها بکار می روند . رادارهاي هوایی براي آشکار سازي هواپی م ا، کشتی و وس ایل نقلیه زمینی و یا نقشه برداري زمین ، اجتناب از طوفان جلوگیري از برخورد با زمین و یا ناوبري می توانند مورد استفاده قرار گیرند . در فضا ،رادار به هدایت اجسام پرنده کمک می کند و براي ارتباط راه دور با زمین و دریا بکار می رود.
در رادارهاي زمینی قضی ه خیلی پیچیده تر از رادارهاي هوایی است، هنگامی که یک رادار پلیس به ارسال پالس موج رادیویی می پردازد بخاطر وجود اجسام بسیار در سر راهش مانند نرده ها، پلها، تپه ها و ساختمانها اکوهاي بسیاري را دریافت می کن د، اما از آنجایی که تمام این اجسام به جزء خودروي مورد نظر ثابت هستند ، سیستم رادار خودروهاي پلیس، باید از میان امواج منعکس شده، فقط آنهایی را انتخاب کند که در آنها پدیده داپلر قابل شناسایی باشد، آن هم به اندازه اي که جسم متحرك اضافه سرعت داشته باشد در ضمن آنتن این رادارها باید دهانه تنگی داشته باشد ، چرا ک ه فقط بر روي یک خودرو تنظیم می شوند . البته امروزه پلیس در برخی کشورها از جمله کشور خودمان از تکنولوژي لیزر براي تعیین سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده می کند. این تکنولوژي به نام لیدار شناخته می شود و در این مدل بجاي امواج رادیویی از لیز ر استفاده شده است.
-3 فرستنده هاي راداري:
اولین رادارهایی که قبل از جنگ جهانی د وم با موفقیت آماده بهره برداري شدند، از لامپ خلا معمولی داراي استفاده می کردند. نوسان ساز مگنترون، که باعث پیدایش و توسعه ،VHF شبکه کنترل و مناسب کار در باند رادارهاي مایکروویو در زمان جنگ جهانی دو م شد، یکی از پر مصرف ترین و کاربردي ترین فرستنده هاي راداري بود همچنین تقویت کننده هاي کلیسترون امکان کار با شکل موج ه اي پیچیده تر از رشته پالسهاي معمولی را فراهم کرد.
که از خانواده مگنترون بود و انواع گوناگونی دارد ساخته (CFA) در دهه 1960 تقویت کننده میدان متقاطع شد. ویژگیهاي عمومی آنها باند وسیع، بهره نسبتا کم و کوچکی ابعاد آن می باشد و بیش تر شبیه مگنترون است تا کلیسترون همچنین ابزارهاي نیمه هادي از قبیل ترانزیستورها و دیودهاي بهمنی نیز به عنوان نوعی فرستنده به کار می روند اما توان هر یک به تنهایی کم است. براي تامین برد راداري مطلوب باید فرستنده از توان کافی برخوردار باشد، ام ا در عین حال سایر شرایط لازم رادارهاي آرایه فازي و ... هر یک ویژگیهاي خاصی دارند که بر ،MTI ،CW را هم باید بر آورده نماید . رادارهاي فرستنده و روش عملکرد آن اثر می گذارد . از مباحثی که باید در طراحی رادار و انتخاب فرستنده مورد توجه و ولتاژ بالا ، شرایط مدولاس یون و x قرار گیرد، برد ، ثابت یا متحرك بودن ، وزن، اندازه ، حفاظت در برابر اشعه حتی مسئله خنک کردن آن است . البته از آنجا که فرستنده بخش بزرگی از رادار می باشد چگونگی انتخاب آن بسیار حائز اهمیت است. با توجه به معادله کلاسیک رادار دیدیم که اگر بخواهیم به 2 برابر برد موجود برسیم باید توان ارسالی رادار را 16 برابر کنیم ولی افزایش برد با این روش بسیار پر هزینه است. فرستنده ها بسیار پیچیده تر از ی ک لامپ هستند و شامل تقویت کننده هاي راه انداز ، تقویت کننده هاي توان بالا ، منبع تغذیه براي تولید جریان و ولتاژ
in out P GP A p 2 a R4 = مورد نیاز لامپ، مدولاتور، خنک کننده لامپ، مبدل دما، وسایل ایمنی براي تخلیه جرقه ها، کلید هاي ایمنی، می باشد. راندمانی که براي بیشتر لامپها تعریف x وسایل نشان دهنده وضعیت سیستم و محافظی در برابر اشعه ورودي که براي DC خروجی لامپ به توان RF می باشد که عبارتست از توان RF می شود ، راندمان تبدیل برقراري جریان الکترونها لازم است . البته مهندسین سیستم بیشتر، راندمان کلی فرستنده را مورد توجه قرار می دهند. دو ساختار اصلی براي رادارها وجود دارد یکی نوسان س از توان بالاي خود تحریک از جنس مگنترون و دیگري یک تقویت کننده توان بالا ، که خود شامل یک نوسان ساز پایدار و کم توان است و خروجی آن پس از یک یا چند مرحله تقویت به میزان مورد نیاز تقویت می شود. فرستنده هایی که از تقویت کننده هاي توان بهره می گیرند عموماً داراي توان بیشتري بوده و نیز حجیم ترند ، در عین حال داراي پایداري بیشتري نیز می باشند و سایر رادارهاي داپلر حایز اهمیت است. MTI که این امر براي رادار
مگنترون نوسان سازي است که بیش از هر لامپ دیگري در سیستم هاي راداري کاربرد دارد . مگنترون کلاسیک داراي وزن و اند ازه مناسب، قیمت کم و بازدهی زیاد می باشد . ولتاژ کاري آن به قدري کم است که آن نیز قابلیت اعتماد، طول عمر (دوام) و پایداري (coaxial) نمی شود و نوع هم محور x باعث تولید اشعه بیشتري نسبت به نوع کلاسیک آن دارد و اما تقویت کننده هاي کلیسترون توان بالا، بهره زیاد ، پایداري و و تراکم پالس را در اختیار طراح قرار می دهد و د ر رادارهاي توان بالا MTI بازدهی خوب و لازم براي رادارهاي مشابه تقویت هاي کلیسترون است با این تفاوت که وسعت کاري و TWT مورد توجه قرار می گیرد . لامپ هم از خانواده CFA پهناي باند آن بسیار وسیع تر می باشد و بهره کمتري دار د. تقویت کننده میدان متقاطع یا از پهناي باند وسیعی برخوردار است اما بهره آن نسبتا کمتر است، بنابراین در یک TWT مگنترون بوده و مانند زنجیره تقویت، بیش از یک مرحله تقویت لازم دارد. نوسان ساز مگنترون: این نوسان ساز توان بالا در سال 1939 اخت راع شد و بیش از هر وسیله دیگري در پیدایش و توسعه رادارهاي مایکروویو در زمان جنگ جهانی دوم نقش داشت و از آنجا که میدان الکتریکی آن بر یک میدان مغناطیسی ساکن عمود است، یکی از انواع ابزارهاي میدان متقاطع محسوب می شود . این کاربرد حفره هاي تشدید کننده در ساخت ار مگنترون بود که امکان تولید یک نوسان ساز مایکروویوي کارآمد و با توان و بازدهی زیاد را فراهم کرد.
مگنترون داراي مجموعه اي از حفره ها و شیارهاست که مانند مدارهاي تشدید عمل می کنند و کاري مورد استفاده در فرکانس کمتر ) انجام می دهند . حفره ه ا، معادل سیم پیچ هاي ) LC مشابه مدارهاي تشدید و L نامیده می شود) هر یک از p القاگر، و شیار ها معادل خازن می باشند . در حالت کاري مطلوب ( که حالت ها با هم موازي هستند و فرک انس مگنترون تقریبا برابر فرکانس هر یک از تشدیدکننده ها است . کاتد باید از C جنس سختی باشد تا بتواند در مقابل گرما و تجزیه ناشی از برخوردهاي الکترونی (بمباران معکوس الکترونی ) مقاومت کند . بمباران معکوس الکترونی موجب افزایش دماي کاتد شده و گسیل الکترونهاي ثانویه را به دنبال دارد به همین دلیل است که پس از شروع نوسان، برق سیم گرمساز کم و یا قطع می شود . تقاطع میدانهاي الکتریکی و مغناطیسی باعث می شود که الکترونها تقریبا به محض گسیل شدن از کاتد به طور کامل دسته بین حفره هاي مجاور 180 RF بندي شوند . بهترین حالت کاري مگنترون حالتی است که در آن فاز میدان گویند. p درجه اختلاف فاز داشته باشند که به آن حالت هستند، یعنی می توانند با دو فرکانس (degenerate) از نوع چند فرکانسی p تمام حالتها به جز حالت مختلف متناسب با چرخش نمودار ایستا و عوض شدن جاي گره و شکم ، نوسان کنند. بنابراین در یک مگنترون فرکانس وج ود دارد که مگنترون می تواند در هر یک از این حالتها نوسان کند و این مسئله (n- حفره ( 1 n با p ریشه مشکل پایداري است ولی مگنترون باید فقط براي یک حالت کاري غالب طراحی شود که معمولا حالت را ترجیح می دهند زیرا به آسانی از سایر حالتها جدا می شود. در حفره مرکزي ذخیره می شود می توان با وارد کردن یک محور متحرك (مانند RF چون بیشتر انرژي پیستون) در حفره به طوریکه تماسی با جدار آن نداشته باشد، مگنترون را با اطمینان در یک باند وسیع تنظیم نمود. فرکانس مگنترون معمولی با وارد کردن این عنصر تنظیمی که میزان القاگري (اندوکتانس) مدار تشدید را تغییر می دهد قابل تغییر است . لازم نیست که حرکت عناصر تنظیم زیاد باشد بلکه حرکت کسري از اینچ براي تغییر 5 تا 10 درصدي فرکانس کار کافی است . در مگنترونهاي معمولی، تغییر فرکانس از طریق تغییر ظرفیت خازنی نیز امکان پذیر است . در رادارهاي ب ا تغییر سریع فرکانس، فرکانس مگنترون ممکن است پالس به پالس و به گونه اي تغییر کند که تمام باند تنظیمی را بپوشاند . چنین رادارهایی ممکن است براي تسهیل در کشف هدفهاي داراي سطح مقطع متغیر و کاهش اثر لرزش هدف به کار روند . این تنظیم سریع در یک باند باریک به منظور ایجاد تغییرات فوري فرکانس را گاهی تنظیم موتوري یا تنظیم دید می نامند. تقویت کننده کلیسترون:
کلیسترون نمونه اي از لامپهاي داراي پرتو خطی می باشد، مشخصه بارز لامپهاي داراي پرتو خطی آن است که الکترونهاي صادر شده از کاتد، به صورت یک پرتو استوانه اي و بلند درمی آیند که قبل از رسیدن به ناحیه تمام انرژي پتانسیل میدان الکتریکی را دریافت می کند . لامپهاي کم قدرت ممکن است براي ،RF واکنش جفت کردن پیام با پرتو در دهانه ورودي خود داراي یک شبکه باشند در حالیکه در لامپهاي پر قدرت معمولا در دهانه ورودي شبکه اي وجود ندارد ز یرا شبکه نمی تواند قدرت زیاد را تحمل کند. در مورد پهناي باند باید گفت فرکانس این نوع نوسان ساز به وسیله حفره هاي تشدید آن تعیین می شود که اگر تمام حفره ها براي یک فرکانس تنظیم شده باشند، بهره لامپ زیاد، اما پهناي باند آن کم خواهد بود . به این روش، تنظیم هماهنگ می چند IF گویند. افزایش پهناي باند کلیسترونهاي چند حفره اي به گونه اي مشابه افزایش پهناي باند نوسان ساز مرحله اي است یعنی با تنظیم هر یک از حفره ها به یک فرکانس متفاوت بدست می آید که به آن تنظیم ردیفی گویند. بدین ترتیب پهناي باند گسترش خواهد یافت.
یا لامپ موج سیار: TWT
هم یکی دیگر از انواع لامپهاي با پرتو خطی می باشد و از این لحاظ که واکنش بین پرتو الکترونی و TWT که TWT رخ می دهد با کلیسترون تفاوت دارد . ویژگی خاص TWT در سرتاسر فضاي انتشار RF میدان مورد توجه مهندسین قرار دارد، پهناي باند نسبتا وسیع آن است ، زیرا در کاربري هایی که به تفکیک فاصله اي خوب نیاز باشد و یا اجتناب از اختلالهاي عمومی و یا تداخل بین رادارهاي مجاور مورد توجه باشد ، استفاده از مشابه کلیسترون است، اما معمولا مقادیر آنها اندکی کم تر TWT باند وسیع ضرورت دارد . بهره، بازدهی و توان از کلیسترون با همان ابعاد می باشد . در این تقویت کننده ها یک میدان مغناطیسی محوري هم وجود دارد که RF خود را به میدان DC مانند کلیسترون، تمرکز پرتو الکترونی را حفظ می کند ، پس از اینکه الکترونها انرژي تحویل دادند، به وسیله الکترودها جمع آوري می شوند. کلیسترون می تواند د ر گستره نسبتا وسیعی از ولتاژ پرتو کار کند بدون اینکه تغییر عمده اي در بهره آن هاي پرقدرت در صورتیکه ولتاژ پرتو آنها کاهش یابد دچار نوسان می شوند TWT ایجاد شود در حالیکه بنابراین هر چه پهناي باند لامپ بیشتر باشد، قدرت تحمل پرتو آن در برابر تغییرات ولتاژ هم بیشتر خواهد بود . ها علاوه TWT . هم مشابه نیازهاي کلیسترون است اما مشکلتر از آن می باشد TWT نیازهاي حفاظتی لامپ بر اینکه بعنوان یک لامپ توان بالا در سیستم هاي راداري پرقدرت مورد استفاده قرار می گیرد، در سطوح توان پایین تر نیز بعنوان راه انداز لامپ هاي پرقدرت (از قبیل تقویت کننده هاي میدان متقاطع )، و در رادارهاي آرایه فازي که براي افزایش قدرت از تعداد زیادي لامپ استفاده می کنند، هم به کار می روند.
:CFA تقویت کننده هاي میدان متقاطع یا

هم مانند مگنترون ، وجود میدانهاي الکتریکی و مغناطیسی عمود بر CFA مشخصه بارز تقویت کننده هاي هم می باشد . اینگونه لامپ ها، بازدهی زیاد حدود 40 تا 60 درصد دارند، ولتاژ نسبتا کم، اندازه کوچک و وزن کم دارند و براي استفاده در سیستم هاي سیار، مفید هستند. این تقویت کننده ها، طیف وسیع، توان اوج بالا و پایداري فاز ي خوبی دارند اما بهره آنها چندان بالا نمی باشد البته براي دستیابی به قدرت بیشتر می توان را به طور موازي در مدار قرار داد . این لامپها می تواند به عنوان تقویت کننده بعد از مگنترون CFA تعدادي بعنوان بخش راه انداز و TWT و CFA بعنوان بخش تقویت کننده توان نوسان ساز یا به همراه سایر لامپهاي یا بعنوان فرستنده مجزا در رادارهاي آرایه فازي پرتوان مورد استفاده قرار گیر ند. تقویت کننده میدان متقاطع از اصول واکنش الکترونی مگنترون بهره می گیرند، بنابراین همان ویژگی هاي مگنترون را دار است و (CFA) TWT از جوانبی نیز مشابه CFA . از نظر ظاهري هم مشابه مگنترون هستند ،CFA حتی بسیاري از لامپهاي هستند زیرا تقابل الکترونی در هردوي آنها به رو ش موج متحرك (سیار) صورت می گیرد . اجزاي تشکیل دهنده انواع این تقویت کننده ها عموماً عبارتند از : ساختار کاهنده سرعت موج، کاتد، آند و دریچه هاي ورودي و خروجی الکترون.
فرستنده هاي نیمه هادي:
دو گروه نیمه هادي وجود دارند که در سیستم هاي راداري بعنوان منابع بالقوه انرژي مایکروویو تلقی می شوند یکی تقویت کننده هاي ترانزیستوري و دیگري دیودهاي مایکروویو یک قطبی ، که بعنوان نوسان ساز و یا تقویت کننده با مقاومت منفی، عمل می کنند . در گذشته ترانزیستورهاي دو قطبی سیلیسی در فرکانسهاي و پایین تر) مورد استفاده قرار می گرفتند و دیودها در فرکانسهاي بالاتر به کار می L پایین مایکروویو (باند از جنس گالیوم – آرسنید نیز در فرکانسهاي بالاتر استفاده می شدند، از ویژگیهاي FET رفتند. ترانزیستورهاي این دو نوع مولد امواج مایکروویو ترانزیستوري و دیودي، قدرت کم آنها در مقایسه با لامپهاي پرتوان (قدرتی ) ذکر شده می باشد . به دلیل قدرت کم و سایر ویژگیهاي ابزار نیمه هادي، کاربرد آنها در سیستم هاي راداري با کاربرد لامپهاي پرقدرت متفاوت است . گرچه در زمینه ابزار هاي نیمه هادي، پیشرفتهاي چشمگیري حاصل شده و آنها از ویژگیهایی متفاوت با سایر منابع مایکروویو برخوردارند، اما میزان کاربري آنها در سیستمهاي راداري همچنان محدود است.
ترانزیستورهاي مایکروویو:
از یک ترانزیستور مایکروویو بدست می آید، مم کن است به دهها وات L مقدار انرژي پیوسته اي که در باند برسد، برخلاف لامپهاي خلا، توان اوجی که ترانزیستورها، با پ السهاي باریک می توانند ایجاد کنند فقط در حدود دو برابر توان پیوسته آنها می باشد و این امر باعث می شود که ترانزیستورها، با پالسهاي پهن و ضریب کاري زیاد، کار کنند ولی در رادارهاي تجس سی هوابرد ممکن است پهناي پالس به دهها میکرو ثانیه یا بیشتر هم برسد 0 که خیلی بیشتر از ضریب کار لامپهاي مایکروویو است مواجه شویم. این ضریب کاري زیاد، / و با ضریب کاري 1 طراحان سیستم راداري را متقاعد نمود که فرستنده هاي نیمه هادي نمی توانند جایگزین فرستنده هاي لامپی گردند و براي استفاده از نیمه هادي ها باید مبانی طراحی سیستم را بطور کلی تغییر داد. به هر حال براي استفاده از نیمه هادي ها در سیستم هاي راداري، مشکلات زیادي جدا از قیمت نیز وجود دارد، همانطور که اشاره شد فرستنده هاي نیمه هادي تفاوت چشمگیري با فرستند ه هاي لامپی دارند . بخش اصلی مولد انرژي نسبتا کوچک است، بنابراین براي کسب انرژي مورد نیاز رادار بخشهاي تقویت کننده زیادي باید با هم ترکیب شوند، هر چه فرکانس بالاتر باشد انرژي حاصل از عناصر نیمه هادي کمتر و ترکیب انرژي زیاد PRF بعلت افزایش عناصر مورد نیاز دشوارتر خو اهد بود . رادارهاي ترانزیستوري باید پالسهاي بلند و یا داشته ب اشند که عموماً هیچکدام براي رادار مطلوب نمی باشد به همین دلیل کاربرد آنها محدود و خاص به می شود، در رادارهاي نظامی پالس پهن یک ایراد CW مواردي از قبیل رادارهاي پالس داپلر یا رادارهاي محسوب می شود زیرا با شروع پالس پهن سیستم هاي ایجاد نویز و اختلال می توا نن د فرکانس کاري رادار را مشخص نموده و در خلال دوره پالس، بسرعت سیستم ایجاد نویز و اختلال را بر روي فرکانس صحیح تنظیم کنند و ضمنا شناسایی و ردیابی رادار نیز آسان تر می باشد.
مدولاتورها:
کار مدولاتورها روشن و خاموش کردن لامپ فرستنده به منظور تولید شکل موج مورد نظر می باشد، اگر موج ارسالی به صورت پالس باشد، مدولاتور را پالس ساز هم می گویند . هر لامپ توان بالا، ویژگیهاي خاص خود را دارد که تعیین کننده نوع مدولاتور مورد نیاز می باشد . مثلا مدولاتور مگنترون باید طوري طراحی شود که و TWT قدرت تحمل تمامی انرژي پالس را داشته باشد و یا از سوي دیگر خواهیم دید که تمام انرژي لامپهاي کلیسترون را می توان به وسیله مدولاتورها که فقط بخش کوچکی از کل انرژي پرتو را تحمل می کند قطع و غالبا از نوع کلید کاتدي می باشند CFA وصل نمود . این نوسان ساز ها داراي ک لید آندي هستند ولی لامپهاي نیز داراي عملکرد مستقیم هستند یعنی می CFA که به مدولاتور پرقدرت نیاز دارند البته برخی از لامپهاي روشن شده و با اعمال یک پالس باریک و کم انرژي به الکترود قطع یا همان خامو ش RF توانند با شروع پالس روشن و خاموش می شوند و به ،RF با شروع و خاتمه پالس CFA شوند، همچنین برخی دیگر از لامپهاي مدولاتور نیازي ندارند.
انرژي حاصل از یک منبع ، انرژي در دوره بین پالسی (زمان بین دو پالس )، در یک عنصر ذخیره ساز انرژي ذخیره می گردد . امپدانس شارژ، سرعت تح ویل انرژي به عنصر ذخیره ساز را محدود می کند . در یک زمان بسرعت تخلیه گرد یده و شکل پالس را RF معین، کلید بسته شده و انرژي ذخیره شده از طریق بار یا لامپ عناصر پایه اي یکی
از انواع مدولاتور پالس عنصر ذخیره امپدانس شارژ انرژي منبع انرژي o بار کلید o مسیر دشارژ مسیر شارژ ایجاد می کند . در طول دوره تخلیه بار، امپدانس شارژ از هدر رفتن انرژي موجود در عنصر ذخیره گر جلوگیري می کند.
-4 گیرنده هاي راداري:
کار گیرنده رادار، آشکار سازي پی امهاي اکوي مورد نظر در حضور نویز ، تداخل یا کلاتر می باشد . گیرنده باید پیامهاي مطلوب را از نامطلوب جدا نموده و پیامهاي مطلوب را تا حدي که اطلاعات هدف براي کاربر قابل نمایش بوده و یا د ر داده پرداز خودکار ق ابل استفاده باشد، تقویت نماید . ساختار گیرنده رادار نه تنها به شکل موج آشکار شونده بستگی دارد، بلکه به ماهیت اکوهاي کلاتر ، تداخل و نویز که با پیامهاي اکو مخلوط می شوند هم بستگی دارد . نویز ممکن است از طریق پایانه آنتن، به همراه پیام مورد نظر، وارد گیرنده شود و یا ممکن است در داخل خود گیرنده ایجاد گردد البته در فرکانس هاي مایکروویو که معمولا در رادار به کار می روند، نویزهاي خارجی که از طریق آنتن وارد گیرنده می شوند به قدري ناچیز است که معمولا حساسیت گیرنده را بر حسب نویز داخلی گیرنده تنظیم می کنند ، مقدار نویز داخلی گیرنده را عدد نویز می نامند. خوب بودن گیرنده خروجی آن تعیین می شود. براي به حداکثر رساندن (S/N) بر مبناي بیشترین مقدار نسبت سیگنال به نویز و یا معادل آن باشد. (Matched Filter) نسبت سیگنال به نویز خروجی، گیرنده باید داراي یک فیلتر انطباقی گیرنده راداري را مشخص می کند. IF تابع پاسخ فرکانسی بخش Matched Filter قسمت بدیهی است که گیرنده باید طوري طراحی شود که کمترین نویز داخلی را بخصوص در طبقات ورودي که پیام هاي مطلوب در ضعیف ترین حالت خود هستند، ایجاد نما ید. در طراحی و ساخت گیرنده رادار، همچنین باید دستیا بی به بهره کافی، پایداري فاز و دامنه، برد دینامیک (پویا)، تنظیمات، استحکام و دوام و نیز سادگی و سوختگی هاي ناشی از تداخل (Over load) مورد توجه قرار گیرد، ابزار ایمن سازي در برابر بار اضافی فرستنده هاي مجاور هم باید فراهم گردد . همچنین زمانبندي و پیام مبنا هم براي استخراج صحیح اطلاعات رادارهاي ردگیر یا رادارهایی که براي به حداقل ،MTI هدف ضروري است . رادارهاي خاصی از قبیل رادارهاي رساندن کلاتر طراحی شده اند هم هر یک شرایط خاصی را براي گیرنده ایجاب می کنند . گیرنده هایی که با نیاز دارند . (AFC) فرستنده هاي چند فرکانسی کار می کنند به نوعی سیستم خودکار کنترل فرکانس رادارهایی که با تداخلهاي الکترونیکی مهاجم (ناشی از جنگ الکترونیک ) مواجه می شوند، به گیرنده هایی نیازمندند که بتوانند اثرات این گونه تداخلها را به حداقل برسانند . با توجه به مطالب اخیر طراحان سیستم هاي گیرنده براي تامین شرایط یک سیستم راداري پیشرفته و با کیفیت خوب با مس ایل و ضرورتهاي خاصی روبرو هستند.
: TRF
یک گیرنده ساده منطقی می باشد حسن این نوع گیرنده که امروزه تنها به عنوان گیرنده TRF گیرنده فرکانس ثابت مورد استفاده قرار می گیرد، در سادگی و حساسیت زیاد آن می باشد . که این خود نسبت به و... regenation گیرنده هایی که تا آن زمان مورد استفاده قرار می گرفت مانند گیرنده هاي کریستالی پیشرفت بزرگی بود. که با هم هماهنگ شده اند (تطبیق یافته اند ) براي انتخاب و RF در این نوع گیرنده 2 تا 3 تقویت کننده تقویت فرکانس ورودي و سپس حذف سایر فرکانس ها مورد استفاده قرار می گیرند. سیگنال گزینش شده بعد از اینکه به حد قابل قبولی برسد تقویت و د مدوله (آشکار) می شود. این چنین گیرنده هایی به سادگی براي تنظیم می شوند ولی در فرکانس هاي بالاتر با مشکلاتی مو اجه KHz ورودي فرکانس هاي 535 تا 1640 بودند، که این بیشتر به دلیل خطر ناپایداري ناشی از تقویت زیاد یک فرکانس توسط یک تقویت کننده چند طبقه می باشد. تغییر عرض باند در طول فاصله تنظیم گیرنده است بعلاوه به علت استفاده ،TRF یکی از عیوب گیرنده اجباري از مدار هاي تطبیق شده تک فرک انسی در فرکانس هاي بالا امکان انتخاب فر کانس هاي مختلف به اندازه کافی وجود ندارد ، در عین حال تطبیق بین بلوکهاي مختلف تقویت کننده نیز با مشکلا ت زیادي همراه است . این ضعف ها به همراه مشکلاتی چون ناپایداري، حذف غیرکافی (نامطلوب ) فرکانس هاي مجاور و تغییرات وجود داشت با استفاده از گیرنده سوپر هترودین برطرف شد. TRF پهناي باند که در گیرنده هاي گیرنده سوپر هترودین: در این نوع جدید از گیرنده ها ولتاژ سیگنال ورودي با ولتاژ نوسان ساز محلی جمع شده و معمولا به یک همان نوع مدولاسیون حامل (IF) سیگنال با فرکانس ثابت تبدیل می شوند ، سیگنالی که در این فرکانس میانی اصلی را دارد، در اینجا تقویت و آشکار می شود تا اطلاعات اولیه را تولید نماید بنابراین یک گیرنده سوپر می باشد مضاف ا کًه داراي میکسر ونوسان ساز محلی و تقویت کننده TRF هترودین داراي همان اجزاي اساسی معمولا از 2 یا 3 ترانسفورمر استفاده می شود . با این IF نیز است . در تقویت کننده هاي (IF) فرکانس میانی تعداد زیاد مدارهاي تطبیق شده مضاعف که در یک فرکانس ثابت تعیین شده کار می کنند، این تقویت است که تا حد زیادي تقویت مورد نیاز و در نتیجه حساسیت و پهناي باند لازم براي گیرنده را تامین IF کننده می نمایند. شماي کلی گیرنده سوپرهترودین LO fLO = fc ± fIF تقویت کننده آشکارساز دومین صدا تقویت کنند ه توان Demodulator ̃ RF IF آنتن BT < BRF < 2fIF امواج برگشتی سیگنال هاي ناخواسته BIF ≈ BT اولین تقویت کننده RF مستقل از فرکانسی است که گیرنده روي آن تنظیم شده است، انتخاب گري IF از آنجایی که تقویت کننده و حساسیت گیرنده سوپر هترودین معمولا در تمام باند آن نسبتا یکنواخت بوده و مشکل تغییر پهناي باند که اکثرا براي انتخاب فرکانس RF وجود داشت بوجود نمی آید . در این گیرنده ها از مدارهاي TRF در گیرنده موردنظر و ر د فرکانس هاي تداخلی و ک اهش عدد نویز گیرنده کمک می گیرند. مزایاي گیرنده سوپر هترودین گیرنده ه ایی با بان د ،FM و AM باعث شده تا در مواردي که گیرنده رادیویی مورد نیاز است ، مانند مخابرات جانبی تکی و حتی گیرنده هاي رادار ي، فقط با تغییرات جزیی در اجزاي آن به مناس ب ترین نوع گیرنده با همان اصول اولیه هترودین دست یافت. :(Mixers) میکسرها در بسیاري از گیرنده هاي راداري سوپر هترودین، میکسرها اولین طبقه آنها را تشکیل می دهند . اگر چه عدد نویز گیرنده هایی که در طبقه اول آنها میکسر وجود دارد به کمی گیرنده هاي دیگر نیست اما براي بسیاري از کاربردهاي رادار که عوامل دیگري بجز نویز کم در آنها اهمیت دارند، قابل قبول می باشند . کار میکسرها آن تبدیل کند. دیودهاي شاتکی و IF را با کمترین تلفات و بدون پاسخ هاي نادرست به انرژي RF است که انرژي سیلیکان داراي تماس نقطه اي که اتصال نیمه هادي به فلز در آنها داراي مقاومت غیرخطی می باشد بعنوان GaAs ، میکسر مورد استفاده قرار می گیرند . البته در فرکانسهاي مایکروویوي یا بالاتر در خانواده دیود شاتکی (گالیم- آرسنیک ) نسبت به سیلیکان برتري دارد . دیودهاي شاتکی نسبت به دیودهاي معمولی (داراي تماس نقطه اي ) عدد نویز کمتر ي دارند اما دیودهاي تماس نقطه اي سیلیکان کمتر می سوزند . یکی دیگر از اجزاي نیز از اهمیت خاصی IF است همچنین در طراحی میکسرها تقویت کننده (LO) میکسرها، نوسان ساز محلی برخودار است زیرا در بهبود عدد نویز کلی تاثیر بسزایی دارد. هم ظاهر می شود. اگر بخواهیم که IF در فرکانس ،LO بدلیل رفتار غیرخطی میک سرها، نویز همراه با پیام حذف گردد. یکی از راههاي حذف این نویز، LO گیرنده از بیشترین حساسیت برخوردار باشد، باید نویز همراه با در بین نوسان ساز محلی و میکسر می باشد. فرکانس مرک زي این فیلتر ،RF قرار دادن یک فیلتر باند باریک و فرکانسهاي تصویر، در LO و پهناي طیف آن باید باریک باشد تا نویز موجود در پیام ،LO باید برابر فرکانس بدون مشکلات مربوط به فیلترهاي باند باریک، ،LO میکسر ظاهر نگردد . یکی دیگر از روش هاي حذف نویز استفاده از میکسرهاي متوازن است. استفاده نمی RF در اوایل، گیرنده ه اي سوپر هترودین مایکروویو در ابتداي مدار خود از تقویت کننده هاي ساخته شده اند که عدد نویز مناسبی دارند . تقویت کنند هاي RF کردند اما اکنون تعدادي تقویت کننده ترانزیستوري را می توان در بخش وسیعی از طیف فرکانس راداري مورد استفاده قرار داد، در ترانزیستور هاي نوع گالیوم – آرسنید ، نویز گرمایی بیشتر از نویز شاتکی می باشد، بنابراین با خنک کردن می توان نویز FET آنها را کاهش داد. در سیستم هاي راداري از گیرنده هاي سوپر هترود ین، بدلیل حساسیت خوب، بهره زیاد، قابلیت گزینش فرکانس و ضریب اطمینان خوب تقریبا همیشه استفاده می شود و هیچ نوع گیرنده اي قابل رقابت با این نوع گیرنده ها نیست ند. در طراحی و ساخ ت گیرنده رادار، عوامل بسیاري دخالت دارند، اما در اینجا فقط عدد نویز بدلیل اینکه تعیین کننده حساسیت گیرنده می باشد مورد بحث قرار می گیرد. عدد نویز: عدد نویز، مقدار نویز ایجاد شده توسط یک گیرنده واقعی، نسبت به نویز یک گیرنده ایده آل است و عدد نویز یک شبکه خطی را می توان به صورت زیر تعریف کرد: n F = out out in in S N S N = K B G N n out o T آنها برابر، اما عدد نویز و ( Bn ) در جایی که چند شبکه متوالی داشته باشیم در صورتی که پهناي باند نویز بهره مفید آنها متفاوت باشد نیز خواهیم داشت: 1 2 1 2 1 3 1 2 1 ... 1 1 ... 1 - - + + - + - = + N N t GG G F GG F G F F F ام می باشد. از طرف دیگر می توان نویز i بهره (گین) طبقه ،Gi ام و نیز i عدد نویز شبکه ، Fi که در آن نیز بیان کرد که عبارتست از مقدار دماي موجود در ورودي ( Te ) حاصل از یک شبکه را به صورت دماي نویز در خروجی می گردد بنابراین: DN شبکه که باعث ایجاد نویز N G eD = KT B ... 1 2 3 1 2 1 = + + + GG T G T T T e دماي نویز یک گیرنده چند طبقه عدد نویز یک گیرنده در حین کار رادار افزایش می یابد و باعث کاهش قابلیتهاي آن می گردد . بنابراین در یک رادار عملیاتی باید وسیله اي براي نشان دادن عدد نویز فراهم گردد تا در صورتی که حساسیت گیرنده ب دتر شود، بتوان آن را تشخیص داده و تصحیح نمود . نشان دادن عدد نویز ممکن است به صورت خودکار انجام شود و یا توسط کاربر صورت گیرد . به کمک یک منبع نویز طیف پهن که شدت آن معلوم باشد، از قبیل لامپ گ ازي و یا یک منبع نویز نیمه هادي، می توان عدد نویز گیرنده را اندازه گیري نمود. علاوه بر عدد نویز، عوامل دیگري هم در انتخاب اولین طبقه یک گیرنده موثر هستند . هزینه، سوختن عناصر ، برد دینامیکی ، پهناي باند لحظه اي، مقدار قابلیت تنظیم، پایداري فاز و دامنه و نحوه خنک کردن، نیز بر انتخاب طبقه اول گیرنده تاثیر بسزایی دارند. :(Duplexer) داپلکسر داپلکسر وسیله است که به یک رادار امکان می دهد که هم بعنوان گیرنده و هم بعنوان فرستنده مورد استفاده قرار گیرد . در هنگام ارسال باید گیرنده را در برابر سوختن و یا خرابی محافظت کند و در هنگ ام دریافت باید مسیر را براي عبور پیام اکو باز نماید . داپلکسرها بخصوص در رادارهاي پرقدرت ، از نوعی وسیله گازي (جهت خالی کردن بار خازن خود) و همچنین از قطعات نیمه هادي استفاده می کنن د. در موارد عادي ممکن است توان اوج فرستنده به چند مگاوات برسد و این در حالیست که بهترین توانی که گیرنده می تواند با ایمنی تحمل 60 جدایی ایجاد dB بکند ش اید کمتر از چند وات باشد بنابراین داپلکسر باید بین فرستنده و گیرنده بیش از کند و در عین حال پیامهاي مورد نظر را تضعیف نکند، علاوه بر این در فاصله بین پالسها و یا زمانیکه رادار خاموش است، گیرنده باید در مقابل تابشهاي پرقدرت رادارهاي مجاور ک ه ممکن است با قدرتی کمتر از میزان لازم براي فعال کردن داپلکسر، اما بیش از میزان قابل تحمل براي گیرنده، وارد آنتن رادار گردند، محافظت گردد. براي این کاربرد دوگانه آنتن هاي رادار دو روش اصلی وجود دارد ، در روش قدیمی که بوسیله داپلکسر ارسال – ) TR انشعابی و داپلکسر متوازن انجام می شد و براي انجام عملیات قطع و وصل خود از لامپهاي گازي دریافت) استفاده می کردند و در روش دوم ، براي جداسازي فرستنده و گیرنده از سرکولاتور (موجگردان ) فریت و دیود محدود کننده استفاده می کنند. TR و یک محافظ گیرنده شامل لامپ گازي :(Branch Type Duplexer) داپلکسر انشعابی و TR این نوع داپلکسر از قدیمی ترین اشکال داپلکسر است که مورد استفاده قرار گرفته و شامل یک کلید ضد ارسال – دریافت ) است که هر دوي آنها از نوع گازي هستند . هر گاه فرستنده روشن ) ATR یک کلید یونیزه می شوند و روش ن می شوند (شروع بکار می کنند ). در هنگام دریافت ATR وTR باشد، گاز درون که به فاصله 4 ATR فعال نیستند. مدار باز ATR و TR فرستنده خاموش است و هیچکدام از لامپهاي از l خط انتقال اصلی فاصله دارد در مسیر خط انتقال مانند یک اتصال کوتاه ظاهر می شود و چون این اتصال کوت اه به اندازه 4 با خط انتقالی انشعابی گیرنده فاصله دارد، فرستنده به طور موثري از خط جدا شده و انرژي پیام l اکو مستقیما بسوي گیرنده هدایت می شود. :(Balanced Duplexer) داپلکسر متوازن این داپلکسر شامل دو قطعه موجبر است که به صورت طولی، کنار هم قرار گرفته و از یکی از دایواره ها بهم چسبیده اند و در محل اتصال دیواره باریک و مشترك آنها یک شکاف ایجاد شده که امکان انتقال انرژي بین دو شاخه را فراهم می کند . در حالت ارسال از طریق اولین اتصال شکافدار، انرژي به طور یکسان در هر دو موجبر فعال شده و انرژي را به سمت شاخه آنتن هدایت می کنند و در حالت TR توزیع می شود و هر دو لامپ غیر فعال هستند و پیام اکو از داپلکسر عبور نموده و به گیرنده می رسد. توان قابل تحمل TR دریافت، لامپهاي این داپلکسر از داپلکسرهاي انشعابی بیشتر است و پهناي باند آن هم وسیع تر می باشد. :(TR Tube) لامپهاي ارسال و دریافت پرقدرت، یونیزه و فعال شده و با جذب RF این لامپها یک وسیله گازي هستند که به محض ورود انرژي انرژي به طور ناگهانی و به سرعت غیر فعال می گرد ند. داپلکسرهایی که از ابزارهاي محافظ غیرفعال استفاده می کنند، مدت بازیابی (زمان گذرا) بین کسري از میکروثانیه تا ده ها میکروثانیه دارند و با بکارگیري اصول م التی پلکس (انتخاب سریع انرژي هاي مایکروویو توان بالا)، زمان بازیابی را می توان به زیر 5 نانوثانیه هم رساند. مالتی پلکس یک لامپ خلا است و صفحاتی د ارد که در اثر برخورد یک الکترون ، الکترونهاي ثانویه زیادي الکترونها را وادار به برخوردهاي پیاپی می کند تا با پرتاب الکترونهاي ثانویه، یک ابر ،RF آزاد می کنند . انرژي ورودي حرکت RF الکترونی وسیع ایجاد نماید، این ابر الکترونی به صورت همفاز با نوسانات میدان الکتریکی را جذب م ی کند . ایراد م التی پلکسر آن است که پیچیده بوده و در صورت RF کرده و بخشی از انرژي میدان خاموش بودن دستگاه ایمنی گیرنده را تامین نمی کند. آنتن هاي راداري: نقش آنتن آن است که در حین ارسال، انرژي تابشی را به شکل یک پرتو معین که به جهتی خاص در فضا اشاره دارد متمرکز نماید و در هنگام دریافت، انرژي موجود در پیام اکو را جمع آوري نموده و به گیرنده تحویل دهد بنابراین ، آنتن رادار دو نقش متضاد اما هم ربط را ایفا می کند . این دو نقش عبارتند از بهره ارسال و سطح مفید دریافتی زیاد. سطح مفید وسیعی که براي کشف هدفهاي دور لازم است، باعث باریک شدن پهناي پرتو می گردد و اهمیت پرتوهاي باریک آنجا آشکار می شود که بخواهیم تعیین اندازه زاویه بطور دقیق انجام شود و یا هدفهاي نزدیک بهم از یکدیگر تمیز داده شوند. مزیت فرکانسهاي مایکروویو در سیستم هاي راداري آن است که براي سطوح به ابعاد فیز یکی کوچک ، می توان به راحتی پرتو هاي باریک ایجاد نمود و از ویژگیهاي بارز آنتنهاي راداري، پرتوهاي جهت دار آنها می باشد که معمولا بسرعت می چرخند، با این دو پارامتر می توان محیط را حتی به صورت نقطه اي مورد بررسی قرار داد. در اینجا در مورد هدایت جهت دار پرتو دو تعریف متفاوت اما نزدیک به ه م براي آنتن وجود دارد، توانایی گویند و بهره توان (بهره انرژي) که با (GD ) آنتن در متمرکز کردن انرژي در یک جهت معین را ضریب هدایت نشان داده می شود ، که تلفات هدر دهنده آنتن را هم در نظر می گیرد اما تلفات سیستمی ناشی از G حرف عدم انطباق امپدانس یا قطبیت را شامل نمی شود. G = 2 4 l p e A = 2 4 l p aP A شدت تابش آنتن جهت دار مورد نظر
شدت تابش آنتن ایزتروپ (همه جهته) و با همان انرژي G = حداکثر شدت تابش
Directive Gain GD = میانگین شدت تابش -5 مراجع :
1) سیستمهاي مخابراتی، ا.ب.کارلسون ترجمه محمد خیام روحانی
2) INTRODUCTION TO RADAR SYSTEMS
Third Edition - by Merrill I.Skolnic
3) ANTENE THEORY AND DESIGN L.Stutzman – Virginia Polytechnic Institute 4) http://www.ewa.ir/ 5) http://www.irandoc.ac.ir/