حفاظت:

2-همة منابع تغذيه با روشهاي خاصيدر برابر شرايط ناخواسته محافظت مي شوند كه حفاظت هاي مشترك بين كليه منابع تغذيهعبارتند از:

1- حفاظت در برابر اضافه ولتاژ: از مهمترين حفاظتها، محافظت بار ومنبع تغذيه در مقابل اضافه ولتاژ است. ساده ترين نوع كنترل ولتاژ در چنين مواقعيخاموش شدن منبع تغذيه بصورت اتوماتيك است. اين مدل از كنترل كننده ها در زمانهايابتدائي حالت گذرا عمل مي كند. عموماً ممكن است از يك ميله تريستوري براي اين منظوراستفاده شود. در زماني كه تريستور قابليت روشن شدن را دارد، درصورتي كه سنسور قرارداده شده در خروجي احساس كند كه ولتاژ از حد مجاز بالاتر رفته است بلافاصله آتش شدهو ورودي و خروجي منبع تغذيه را با هم قطع مي كند. در روشهاي ديگر با اتصال كوتاهكردن خروجي، يك جريان اتصال كوتاه از مدار مي گذرد و محدود كننده هاي جريان در اينزمان عمل كرده و با استمرار يافتن اين عمل مي توان خروجي منبع تغذيه را تا حد مجازقابل قبولي كاهش داد و در برابر اضافه ولتاژ از سيستمها محافظت كرد.

2- حفاظت دربرابر اضافه جريان: بسياري از منابع تغذيه داراي انواع مختلف محدود كننده هاي جريانهستند. بنابراين اگر جريان بار از سطح مجاز بالاتر رود، در نتيجه ولتاژ خروجي كاهشيافته و طبق قانون اهم جريان در سطح مجاز و قابل اطميناني محدود مي شود.

3-حفاظت در برابر اتصال كوتاه: روش حفاظت در مقابل اضافه جريان امكان محافظت در برابراتصال

كوتاه را مي تواند فراهم نمايد، ولي اين شرط كافي براي حفاظت منبع تغذيه دربرابر جريان اتصال كوتاه نمي باشد. چون اتصال كوتاه اغلب در حالت ماندگار اتفاق ميافتد و به راحتي بر طرف نخواهد شذ. به همين خاطر با استمرار اين شرايط و تلفاتحرارتي زياد امكان آتش سوزي زياد است. براي جلوگيري از چنين اتفاق ناخوش آيندي بايداز مدار شكن استفاده كرد تا بلافاصله مدار را خاموش كند. و تا وقتي كه اتصال كوتاهدر ترمينالهاي منبع تغذيه از بين نرفته است، امكان روشن كردن منبع تغذيه وجودنداشته باشد.

4-حفاظت در مقابل جريان تهاجمي: SMPSها عموماً داراي خازنهاي بزرگجهت نرم كردن ولتاژ DC و جلوگيري ريپل ولتاژ در نزديك ورودي هستند، كه باعث مي شودجريان بزرگي در لحظه روشن كردن سوئيچ ها در مدار جاري گردد. بسياري از SMPSها دارايمحدود ساز جريان براي كاهش دادن جريان هجومي مي باشند

تداخلالكترومغناطيسي:

مسأله تداخل الكترومغناطيسي يا EMI در سيستمهاي خطي در طيففركانسي كوچكتر از KHZ20 در منابع تغذيه سوئيچينگ قابل چشم پوشي مي باشد. اما بابالا رفتن فركانس، هارمونيكهاي با فركانس بيشتر از فركانس اصلي، ايجاد تداخل درباندهاي راديويي و مخابراتي مي كنند. از آنجايي كه منابع تغذية سوئيچينگ امروزه درتوانهاي بالا هم كاربرد هاي وسيع پيدا كرده اند، اين گونه از منابع تغذيه سوئيچينگبه عنوان يك منبع توليد نويز شديد و قوي براي مدارات مخابراتي شناخته مي شوند. بنابراين با فيلتر كردن ورودي و خروجي، ميزان اثر تداخل الكترومغناطيسي را تا حدامكان بايد كاهش داد.

زمان Hold Up:

اين زمان در SMPSها خيلي مهم است وبايستي كه با ايجاد اشكال در خروجي بتوان بلافاصله ورودي منبع تغذيه را قطع كرد. اين زمان عموماً بر طبق استاندارد، حدود يك يا دو سيكل با فركانس 50HZ يعني زمانيبين 20 الي 40 ميلي ثانيه مي باشد.

رنج حرارتي:

يك نكته قابل توجه در موردمنابع تغذيه سوئيچينگ، خصوصاً منابع تغذية سوئيچينگي كه در داخل محفظه نگاهداري ميشوند، مسألة بالا رفتن سريع حرارت در داخل CASE يا محفظه است. اين حرارت ممكن استكه حتي از دماي بيرون جعبه هم بيشتر باشد و قطعات منبع تغذيه از اين حرارت خيليتأثير پذير هستند. بنابراين بايد رنج حرارتي كه بدليل مصرف توان در داخل جعبه تغييرمي كند را مدِ نظر قرار داد و با طراحي مناسب پايداري حرارتي را در منبع تغذيهسوئيچينگ بخوبي حفظ نمود.

ابعاد:

حجم فيزيكي و پهناي يك منبع تغذيه طبق ضرايبخاصي محدود مي شود. با دانستن مشخصات كاري منابع تغذيه سوئيچينگ مي توان مقدار حجميك منبع تغذية سوئيچينگ را براحتي محاسبه كرد. عموماً SMPS هايي كه با فركانسكليدزني بالاتر از فركانس صوتي داراي حجم كوچكي هستند، چرا كه كليدهايي كه در اينرنج كار مي كنند داراي تحمل توان كمي هستند. با توجه به مسألة EMI نمي توان سرعتكليدزني را خيلي افزايش داد. چون باعث توليد نويز مخابراتي مخربي خواهد شد. پس ميتوان نتيجه گرفت كه حجم و اندازه يك SMPS نسبت عكس با فركانس كليدزني و نسبت مستقيمبا توان منبع تغذيه دارد.

انواع استانداردهاي معتبر در SMPS ها:

بسياري ازكشورهاي سازنده منابع تغذيه سوئيچينگ داراي معيارهاي تقريباً ثابت و مشابه در رابطهبا SMPS ها مي باشند. براي مثال در اروپا يكي ازسازندگان مهم آلمان كه خود يکي ازمهمترين پايه گذاران SMPS است يعنيVerbakd Deutscher Electroniker (VDE) است كهبسياري از تستهاي بين المللي را دارا مي باشد.

يكي از مسائل مهم منبع تغذيهتثبيت و كنترل روي اشكال متفاوتEMI است. كه استاندارد (VDE) معيارهايي براي حل اينمشکل دارد. اين معيارها نسبتاً با استانداردهاي مشابه آمريكايي تطابقدارند.

تستهاي استاندارد قابل اطمينان معتبر ديگر در مورد منابع تغذيه سوئيچينگموجود است كه عبارتند از Underwriters Laboratory (UL) كه اين تستها در ايالاتمتحده امريكا انجام مي شود. استاندارد ديگري كه در كانادا بر روي منابع تغذيهسوئيچينگ اعمال مي شود، Canadian Standard Association (CSA) است.

نكته قابلتوجه در مورد (UL) و (CSA) اين تستها اغلب در مورد محصولات الكتريكي که در امريكا وكانادا بکار برده مي شوند تصويب شده است، وحتماً اين تستها بايد در مورد اين اقلامانجام شود و در مورد محصولاتي كه به ساير نقاط جهان صادر مي شوند انجام نميشود.

استاندارد International Electro technical Commission (IEC)، استانداردديگري است كه حتماً يك منبع تغذيه سوئيچينگ بايد از تستهاي آن سر بلند بيرون آمدهباشد. به عنوان مثال IEC380 براي اعطاء مجوز به يك محصول که 3750v متناوب را بينورودي و خروجي مدار اعمال مي كند. بايد مدارات اوليه و ثانويه فاصله 8mm و عايق بينفلزات و ساير اجزاء مدار با ضخامت 3mm را بايد رعايت كرده باشند. اين تست قويتر ازانواع مشابه در استانداردهاي آمريكايي است.

تست تداخل الكترومغناطيسي دراستانداردهايIEC478 part 3 و همچنين در آلمان طبق VDE0871 و در بريتانيا BS800 مصوب 1983 ميلادي و ... داراي قوانين و معيارهاي مشخصي مي باشد. حتماً در منابع تغذيهسوئيچينگ و هر نوع محصول الكتريكي ديگر بايست به اين استانداردها توجهنمود.

اقتصادي بودن:

مهمترين مسأله براي توليد كننده و مصرف كننده هر كالاييبحث اقتصادي و مقرون بصرفه بودن آن است. يك طراح بايد به قيمت تمام شده كالا توجهويژه داشته باشد. طبيعتاً هر چه كارايي يك سيستم بالا رود قيمت آن هم گرانتر خواهدشد.

انرژي:

مصرف انرژي منابع تغذيه سوئيچينگ را توسط مدارات هوشمندميكروپروسسوري مي توان تا حد ممكن كاهش داد. برنامه اي كه امروزه طراحان آنرا پيشگرفته اند، تدوين قوانين خاص براي تحقق بخشيدن به اين مهم است. از اين قبيل قوانينمي توان به برچسب ستاره انرژي امريكا service mark of the U.S. EPA اشارهكرد.

با خاموش كردن منابع تغذيه سوئيچينگ به صورت Stand by مي تواند از تلفاتانرژي ناشي از كليدزني و ... درمواقعي كه بار به ترمينال منبع تغذيه متصل نمي باشد،تا حد چشمگيري جلوگيري كرد و همچنين داغ شدن منبع تغذيه را در زمان بي باري كاهشداد

منبع :http://toptechnology.mihanblog.com

منبع این مطلب : سایت یزد کیت دات کام

- (Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC :

فرم یا مد اصلی کد گذاری در این روش به صورت زیر است ( از چپ به راست بخوانید):

( پسوند ) ، شماره سریال ، حرف ، عدد
[digit, letter, serial number, [suffix

قسمت عدد: در این قسمت همیشه عددی که یکی کمتر از تعداد پایه های ترانزیستور است قرار می گیرد. یعنی برای ترانزیستورهای 3 پایه عدد 2 و اگر ترانزیستور 4 پایه ای وجود داشته باشد عدد 3. توجه داشته باشید که اعداد 4 و 5 به اپتوکوپلرها مربوط می شوند نه به ترانزیستورها. بنابراین شاید بتوان گفت که برای ترانزیستورها همیشه در این قسمت عدد 2 قرار می گیرد.

قسمت حرف: در این قسمت همیشه حرف "N" قرار می گیرد.

قسمت شماره سریال: در این قسمت اعدادی از 100 تا 9999 قرار میگیرد و هیچ اطلاعاتی بجز زمان تقریبی ابداع و معرفی ترانزیستور را به ما نمی دهد. مثلا ترانزیستوری که سریال نامبرش 904 باشد زودتر از ترانزیستوری که سریال نامبرش 2221 است ، ساخته شده است.

قسمت پسوند: این قسمت اختیاری است و محدوده بهره ( بتا hfe ) ی ترانزیستور را مشخص می سازد. به این صورت که حرف A برای ترانزیستورهای با بهره کم ، حرف B برای ترانزیستورهای با بهره متوسط ، حرف C برای ترانزیستورهای با بهره بالا و اگر دراین قسمت هیچ حرفی نباشد ترانزیستور می تواند هر یک از بهره های فوق را داشته یاشد.

مثال: 2N3819, 2N2221A, 2N904

2 - نام گذاری ژاپنی (Japanese Industrial Standard (JIS :

فرم یا مد اصلی کد گذاری در این روش به صورت زیر است ( از چپ به راست بخوانید):

( پسوند) ، شماره سریال ، دو حرف ، عدد
digit, two letters, serial number, [suffix]

قسمت عدد: در اینجا نیز عددی که یکی کمتر از تعداد پایه ها است قرار می گیرد. که عموما عدد 2 است.

قسمت دوحرفی: این دو حرف محدوده کاربرد و نوع قطعه را به صورت کدهای زیر مشخص می سازند:

SA: PNP HF transistor
SB: PNP AF transistor
SC: NPN HF transistor
SD: NPN AF transistor
SE: Diodes
SF: Thyristors
SG: Gunn devices
SH: UJT
SJ: P-channel FET/MOSFET
SK: N-channel FET/MOSFET
SM: Triac
SQ: LED
SR: Rectifier
SS: Signal diodes
ST: Avalanche diodes
SV: Varicaps
SZ: Zener diodes

قسمت شماره سریال: این قسمت نیز همانند روش قبل می باشد و از عدد 10 شروع می شود تا 9999 .

قسمت پسوند: این قسمت اختیاری است و هیچ گونه اطلاعاتی از قطعه به ما نمی دهد.

در این روش به این دلیل که کد ترانزیستورها با 2Sشروع می شود در بعضی موارد ممکن است که این دو حذف شوند مثلا به جای اینکه روی ترانزیستور نوشته شده باشد 2SC733 ، بطور خلاصه نوشته می شود C 733.

مثال: 2SA1187, 2SB646, 2SC733

3 - Pro-electron:

فرم یا مد اصلی کد گذاری در این روش به صورت زیر است ( از چپ به راست بخوانید):

( پسوند ) ، شماره سریال ، (یک حرف) ، دو حرف
two letters, [letter], serial number, [suffix]

قسمت دو حرفی: اولین حرف نوع عنصر و ماده ای که ترانزیستور از آن ساخته شده است را مشخص می سازد:

A = Ge (ژرمانیوم)
B = Si (سیلیکون)
C = GaAs (گالیم آرسنیک)
R = compound materials (عناصر مرکب)

با توجه به این حروف کاملا واضح است که کد اکثر ترانزیستورها و قطعات نیمه هادی دیگردر این روش با حرف B شروع می شود.

دومین حرف کاربرد قطعه را نشان می دهد:

C: transistor, AF, small signal
D: transistor, AF, power
F: transistor, HF, small signal
L: transistor, HF, power
U: transistor, power, switching
A: Diode RF
Y: Rectifier
E: Tunnel diode
Z: Zener, or voltage regulator diode
B: Variac
K: Hall effect device
N: Optocoupler
P: Radiation sensitive device
Q: Radiation producing device
R: Thyristor, Low power
T: Thyristor, Power

قسمت حرف اختیاری: این حرف کاربرد صنعتی یا حرفه ای تا تجاری قطعه را مشخص می سازد و یکی از حروف W,X,Y,Z می باشد.

قسمت شماره سریال: سریال نامبر از عدد 100 شروع می شود تا 9999.

قسمت پسوند: این قسمت درست مانند قسمت پسوند روش اول یعنی JEDEC می باشد.

مثال: BC108A, BAW68, BF239, BFY51 , BC548

کارخانه های سازنده ترانزیستور و دیگر قطعات نیمه هادی به دلایل تجاری به ابتدای سه روش مذکور یک پیشوند اضافه می کنند که معرف کارخانه سازنده ؛ نوع بسته بندی و کاربرد قطعه است. معمول ترین این پیشوندها عبارتند از:

MJ: Motorolla power, metal case
MJE: Motorolla power, plastic case
MPS: Motorolla low power, plastic case
MRF: Motorolla HF, VHF and microwave transistor
RCA: RCA
RCS: RCS
TIP: Texas Instruments power transistor (platic case)
TIPL: TI planar power transistor
TIS: TI small signal transistor (plastic case)
ZT: Ferranti
ZTX: Ferranti

مانند : ZTX302, TIP31A, MJE3055, TIS43

کاربرد ابررسانا در سیم و کابل
كشف متحول كننده ابررساناهاي دما بالا در سال 1986 منجر به تحول و توليد نوع جديدي از كابلها در سيستمهاي قدرت شد. در ايالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختي بر روي تجارت توليد آينده كابلهاي ابررسانائي وجود دارد. قابليت هدايت جريان برق در كابلهاي HTSبالغ بر 100 بار بيشتر از هاديهاي آلومينيومي و مسي متداول مي‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت اين نوع كابلها از كابلهاي معمولي بهتر بوده و امروزه توليدكنندگان تجهيزات الكتريكي در سراسر دنيا سعي دارند با استفاده از تكنولوژي HTS باعث كاهش هزينه‌ها و افزايش ظرفيت و قابليت اطمينان سيستمهاي قدرت شوند.

کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها
استفاده از مواد ابررسانا در سيم‌بندي ترانسفورماتورها باعث 50% كاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهاي روغني شده و به علاوه تأثير قابل توجهي نيز در افزايش بازده، كاهش افت ولتاژ و افزايش ظرفيت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهاي ابررسانا با توجه به حجم كم و عدم استفاده از روغن براي خنك‌سازي، نقش قابل ملاحظه‌اي در بهبود فضاي شهري و كاهش هزينه‌هاي زيست محيطي خواهد داشت.

کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها
درصورت استفاده از سيمهاي ابررسانا به جاي سيمهاي مسي در روتور ماشينهاي القايي، تلفات، حجم، وزن و قيمت آنها كاهش قابل ملاحظه‌اي خواهد داشت و با افزايش بازده، صرفه‌جويي قابل توجهي در انرژي الكتريكي صورت مي‌گيرد. كويل ژنراتورهاي سنكرون نيز با مواد ابررساناي سراميكي قابل ساخت مي‌باشد كه منجر به افزايش قابل توجهي در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تكنولوژي ابررسانا امروزه در ساخت كندانسورهاي سنكرون نيز كاربرد دارد. كندانسورهاي ابررسانا داراي بازده بيشتر، هزينه نگهداري كمتر و قابليت انعطاف بهتري هستند.

کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی
در سيستم قدرت بين قدرتهاي الکتريکي توليدي و مصرفي تعادل لحظه‌اي برقرار است و هيچگونه ذخيره انرژي در آن صورت نمي‌گيرد. بنابراين توليد شبکه ناچار به تبعيت از منحني مصرف است كه غير اقتصادي مي‌باشد. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيسي (SMES) وسيله‌اي است كه براي ذخيره کردن انرژي، بهبود پايداري سيستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده مي‌باشد. اين انرژي توسط ميدان مغناطيسي که توسط جريان مستقيم ايجاد مي‌شود ذخيره مي‌شود. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيسي هزاران بار قابليت شارژ و دشارژ دارد بدون اينکه تغييري در خواص مغناطيس آن ايجاد شود. ويژگي ابر رسانايي سيم پيچ نيز موجب مي‌شود که راندمان رفت و برگشت فرايند ذخيره انرژي بسيار بالا و در حدود 95% باشد. اولين نظريه‌ها در مورد اين سيستم در سال 1969 توسط فريه مطرح شد. وي طرح ساخت سيم‌پيچ مارپيچي بزرگي را که توانايي ذخيره انرژي روزانه براي تمامي فرانسه را داشت ارائه كرد که به خاطر هزينه ساخت بسيار زياد آن پيگيري نشد. در سال 1971 تحقيقات در آمريکا در دانشگاه ويسکانسين براي فهميدن بحثهاي بنيادي اثر متقابل بين انرژي ذخيره شده و سيستم‌هاي چند فاز به ساخت اولين دستگاه انجاميد. شركت هيتاچي در سال 1986 يک دستگاه SMES به ظرفيت 5 مگاژول را آزمايش کرد. در سال 1998 نيز ذخيره‌ساز 360 مگاژول توسط شركت ايستك در ژاپن ساخته شد. علاوه بر ذخيره‌سازي انرژي به منظور تراز منحني مصرف و افزايش ضريب بار، سيستم‌هاي مورد اشاره با اهداف ديگري نيز مورد توجه قرار گرفته‌اند. بروز اغتشاشهاي مختلف در شبکه قدرت از جمله تغييرات ناگهاني بار، قطع و وصل خطوط انتقال و ... به عدم تعادل سيستم مي‌انجامد. در اين شرايط انرژي جنبشي محور ژنراتورهاي سنکرون مجبور به تأمين افزايش انرژي ناشي از اختلال هستند و درصورت حفظ پايداري ديناميكي، حلقه‌هاي کنترل سيستم فعال شده و تعادل را برقرار مي‌سازند. اين روند، نوسان متغيرهاي مختلف مانند فرکانس، توان الکتريکي روي خطوط و... را موجب مي‌شود که مشکلات مختلفي را در بهره برداري از سيستم قدرت به دنبال دارد. اما اگر در سيستم مقداري انرژي ذخيره شده باشد، با مبادله سريع آن با شبکه در مواقع مورد نياز مي‌توان مشکلات فوق را کاهش داد. با توجه به اينكه در اين سيستم انرژي از صورت الکتريکي به صورت مغناطيسي و يا بر عکس تبديل مي‌شود، ذخيره‌ساز ابررسانايي داراي پاسخ ديناميکي سريع مي‌باشد و بنابراين مي‌تواند در جهت بهبود عملکرد ديناميکي نيز به کار رود. معمولاً واحدهاي ابررسانايي ذخيره انرژي را در دو مقياس ظرفيت بالا يعني حدود 1800 مگاژول براي تراز منحني مصرف، و ظرفيت پايين (چندين مگا ژول) به منظور افزايش ميرايي نوسانات و بهبود پايداري سيستم مي‌سازند. سيم پيچ ابررسانا از طريق مبدل به سيستم قدرت متصل و شارژ مي‌شود و با کنترل زاويه آتش تريسيتورها ولتاژ DC دو سر سيم پيچ ابررسانا به طور پيوسته در بازة وسيعي از مقادير ولتاژهاي مثبت ومنفي قابل کنترل است. ورودي ذخيره‌ساز انرژي مي‌تواند تغييرات ولتاژ شبکه، تغيير فرکانس شبکه، تغيير سرعت ماشين سنکرون و... باشد و خروجي نيز توان دريافتي خواهد بود. مهم ترين قابليت SMESجداسازي و استقلال توليد از مصرف است که اين امر مزاياي متعددي از قبيل بهره برداري اقتصادي، بهبود عملکرد ديناميکي و کاهش آلودگي را به دنبال دارد. در کابرد AC جريان الکتريکي هنوز تلفات دارد اما اين تلفات مي‌تواند با طراحي مناسب کاهش پيدا کند. براي هر دوحالت کاري AC وDC انرژي زيادي قابل ذخيره‌سازي است. بهترين دماي عملكرد براي دستگاههاي مورد اشاره نيز 50 تا 77 درجه کلوين است.

کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا
علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهاي ابررسانائي جريان خطا يا SFCL نيز رده تازه‌اي از وسايل حفاظتي سيستم قدرت را ارائه مي‌كنند كه قادرند شبكه را از اضافه جريانهاي خطرناكي كه باعث قطعي پر هزينه برق و خسارت به قطعات حساس سيستم مي‌شوند حفاظت نمايند. اتصال كوتاه يكي از خطاهاي مهم در سيستم قدرت است كه در زمان وقوع، جريان خطا تا بيشتر از 10 برابر جريان نامي افزايش مي‌يابد و با رشد و گسترش شبكه‌هاي برق، به قدرت اتصال كوتاه شبكه نيز افزوده مي‌شود. توليد جريانهاي خطاي بزرگتر، ازدياد گرماي حاصله ناشي از عبور جريان القائي زياد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و ساير تجهيزات و همچنين كاهش قابليت اطمينان شبكه را در پي دارد. لذا عبور چنين جرياني از شبكه احتياج به تجهيزاتي دارد كه توانايي تحمل اين جريان را داشته باشند و جهت قطع اين جريان نيازمند كليدهايي با قدرت قطع بالا هستيم كه هزينه‌هاي سنگيني به سيستم تحميل مي‌كند. اما اگر به روشي بتوان پس از آشكارسازي خطا، جريان را محدود نمود، از نظر فني و اقتصادي صرفه‌جويي قابل توجهي صورت مي‌گيرد. انواع مختلفي از محدود كننده‌هاي خطا تا به حال براي شبكه‌هاي توزيع و انتقال معرفي شده‌اند كه ساده‌ترين آنها فيوزهاي معمولي است كه البته پس از هر بار وقوع اتصال كوتاه بايد تعويض شوند. از آنجاييكه جريان اتصال كوتاه در لحظات اوليه به خصوص در پريود اول موج جريان، داراي بيشترين دامنه است و بيشترين اثرات مخرب از همين سيكل‌هاي اوليه ناشي مي‌شود بايد محدودسازهاي جريان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گيرند. محدودكننده‌هاي جريان اتصال كوتاه طراحي شده در دهه‌هاي اخير، عناصري سري با تجهيزات شبكه هستند و وظيفه دارند جريان اتصال كوتاه مدار را قبل از رسيدن به مقدار حداكثر خود محدود نمايند به طوري كه توسط كليدهاي قدرت موجود قابل قطع باشند. اين تجهيزات در حالت عادي، مقاومت كمي در برابر عبور جريان از خود نشان مي‌دهند ولي پس از وقوع اتصال كوتاه و در لحظات اوليه شروع جريان، مقاومت آنها يكباره بزرگ شده و از بالا رفتن جريان اتصال كوتاه جلوگيري مي‌كنند. اين تجهيزات پس از هر بار عملكرد بايد قابل بازيابي بوده و در حالت ماندگار سيستم، باعث ايجاد اضافه ولتاژ و يا تزريق هارمونيك به سيستم نگردند. محدودسازهاي اوليه با استفاده از كليدهاي مكانيكي امپدانسي را در زمان خطا در مسير جريان قرار مي‌دادند. با ورود ادوات الكترونيك قدرت كليدهاي تريستوري براي اين موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهاي متعددي از جمله مدارهاي امپدانس تشديد و ابررسانا، ارائه گرديده است. محدودكننده‌هاي ابررسانا در شرايط بهره‌برداري عادي سيستم يك سيم‌پيچ با خاصيت ابررسانايي بوده (مقاومت و افت ولتاژ كمي را باعث مي‌شود) ولي به محض وقوع اتصال كوتاه و افزايش جريان از يك حد معيني (جريان بحراني) سيم‌پيچ مربوط مقاومت بالايي از خود نشان مي‌دهد و به همين دليل جريان خطا كاهش مي‌يابد. عمل فوق در زمان كوتاهي انجام مي‌پذيرد و نياز به سيستم كشف خطا نمي‌باشد. برآورد اوليه بخش ابر رسانائي EPRI نشان مي‌دهد كه استفاده از محدودسازهاي ابررسانائي جريان يك بازار فروش با درآمد حدود 3 تا 7 ميليارد دلار در 15 سال آينده به وجود خواهد آورد.

سوئيچهاي ابررسانا

با تغيير در شدت ميدان مغناطيسي، امكان تغيير در وضعيت جسم ابررسانا از ابررسانايي به مقاومتي و برعكس امكانپذير است. بنابراين از مواد ابررسانا جهت انجام سوئيچينگ يا كليدزني نيز مي‌توان بهره گرفت. تحقيقات اوليه در اين زمينه از اواخر دهه 1950 ميلادي آغاز شد و كوششهايي براي استفاده از سوئيچهاي ابررسانا در مدارها و حافظه كامپيوترهاي بزرگ صورت گرفت. باك در سال 1956 مداري با نام كرايوترون شامل يك سيم‌پيچ نيوبيوم با دماي بحراني 3/9 درجه كلوين و هسته‌اي از سيم تانتالوم با دماي بحراني 4/4 درجه كلوين معرفي نمود كه با توجه دماي 2/4 درجه كلوين هليوم مايع، امكان تغيير وضعيت سيم تانتالوم در اثر ايجاد جريان الكتريكي و درنتيجه ميدان مغناطيسي در سيم‌پيچ نيبيوم وجود داشت. با توسعه دانش نيمه‌هادي، توجه به سوئيچهاي ابررسانا كاهش يافت اما حجم و تلفات كمتر، و سرعت بالاتر تراشه‌هاي ابررسانا نسبت به تراشه‌هاي نيمه‌هادي، استفاده از سلولهاي كرايوتروني و جايگزيني ابررسانا به جاي مدارهاي مسي را براي ساخت ابركامپيوترهاي بسيار سريع و كم تلفات، حتي با وجود پيشرفتهاي صنعت نيمه‌هادي توجيه‌پذير مي‌سازد. علاوه بر سلولهاي كرايوتروني كه با سرعت 1/0 ميكروثانيه در ساخت حافظه و تراشه‌هاي الكترونيك قابل استفاده است، از اتصالات جوزفسون كه مبناي عملكرد آنها، اثر تونل‌زني است نيز براي ساخت سوئيچهاي بسيار سريع و با سرعت 1/0 نانوثانيه (فركانس 10 گيگاهرتز) استفاده شده اما درمورد تكنولوژي ساخت آنها به تعداد زياد، پژوهشها ادامه دارد.

ابررساناها و ژنراتورهاي هيدروديناميك مغناطيسی

ژنراتورهاي هيدروديناميك مغناطيسي: اصول کلی ژنراتورهاي هيدروديناميك مغناطيسي (MHD) كه از سال 1959 پژوهشهايي براي توليد برق به وسيله آنها شروع شده و هنوز ادامه دارد، بر اين اساس است که جريان گاز پلاسما (بسيار داغ) يا فلز مذاب از ميان ميدان مغناطيسی قوی عبور داده مي‌شود. با عبور گاز داغ يا فلز مذاب، در اثر ميدان مغناطيسي بسيار قوي موجود، يونهای مثبت و منفی به سمت الکترودهايي که در بالا و پايين جريان گاز پلاسما يا فاز مذاب قرار دارند، جذب مي‌شوند و مانند يك ژنراتور جريان مستقيم، توليد الكتريسيته را باعث مي‌شوند. قدرت الکتريکی اين ژنراتور جريان مستقيم با اينورترهای الکترونيک قدرت، به برق جريان متناوب تبديل و به شبکه متصل مي‌شود. با توجه به هزينه بالاي توليد الكتريسيته در ژنراتورهاي MHD، استفاده از آنها تنها به منظور يكنواختي منحني مصرف در زمانهاي پرباري شبكه مفيد است. سيم‌پيچهاي بزرگ ابررسانا كه از مواد ابررساناي متعارف مانند آلياژ نيوبيوم تيتانيوم ساخته شده‌اند براي توليد ميدانهاي مغناطيسي بسيار قوي مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الكترود 1/0 متر، سرعت يونها 400 متر بر ثانيه و ميدان مغناطيسي 5 تسلا باشد، ولتاژ خروجي 200 ولت خواهد بود و در طول كانال 6 متري و با قطر يك متر، 40 مگاوات انرژي قابل توليد است. مزيت اصلي ژنرتورهاي MHD وزن نسبتاً كم آنها در مقايسه با ژنراتورهاي متعارف است كه استقبال از كاربرد آنها را در صنايع هوايي و دريايي موجب شده است.

يكي از اولين بررسي‌هايي كه اونز با دسترسي به اين درجه حرارت پايين انجام داد، مطالعه تغييرات مقاومت الكتريكي فلزات بر حسب درجه حرارت بود. چندين سال قبل از آن معلوم شده بود كه مقاومت فلزات وقتي دماي آنها به كمتر از دماي اتاق برسد كاهش پيدا مي‌كند؛ اما معلوم نبود كه اگر درجه حرارت تا حدود كلوين تنزل يابد، مقاومت تا چه حد كاهش مي‌يابد. اونز كه با پلاتينيوم كار مي‌كرد متوجه شد كه سرد شدن نمونه پلاتينيوم با اندكي كاهش در مقاومت الكتريكي آن همراه است كه متناسب با خلوص نمونه متغير بود. در آن زمان خالص‌ترين فلز قابل دسترس جيوه بود و اونز در تلاش براي به دست آوردن رفتار فلز خيلي خالص، مقاومت جيوه خالص را در دماهاي مختلف اندازه گرفت. در سال 1911 وي دريافت كه در درجه حرارت خيلي پايين، مقاومت جيوه تا حد غيرقابل اندازه‌گيري كاهش مي‌يابد كه البته موضوع شگفت‌انگيزي نبود اما نحوه از بين رفتن مقاومت غير منتظره به نظر مي‌رسيد.

اونز مشاهده نمود هنگامي كه درجه حرارت جيوه به سمت صفر درجه مطلق تنزل داده مي‌شود، كاهش آرام مقاومت ناگهان در حدود 4 درجه كلوين با افت بسيار بزرگي مواجه شده و پايين‌تر از اين درجه حرارت، جيوه هيچ‌گونه مقاومتي از خود نشان نمي‌داد. همچنين اين گذار ناگهاني به حالت بي‌مقاومتي، فقط مربوط به خواص فلزات نمي‌شد و حتي در جيوه ناخالص نيز اتفاق مي‌افتاد. اونز به اين نتيجه رسيد كه پايين تر از 4 درجه كلوين، جيوه به حالت ديگري از خواص الكتريكي كه كاملا با حالتهاي شناخته شده قبلي متفاوت بود رسيده است. اين حالت تازه «ابررسانايي» نام گرفت.

مدتي بعد مشخص شد كه با تغيير برخي شرايط مانند افزايش دوباره دما، ابررسانايي از بين مي‌رود يعني مقاومت الكتريكي فلزاتي كه به وضعيت ابررسانايي رسيده‌اند، مجددا قابل بازيابي است. همچنين با بررسي خصوصيتهاي مغناطيسي فلزات ابررسانا، مشخص شد كه اگر يك ميدان مغناطيسي قوي به ابررسانا اعمال شود، خواص مغناطيسي فلز ابررسانا نسبت به درجه حرارت‌هاي معمولي بسيار متفاوت مي‌باشد. بر اساس تحقيقات انجام شده، تاكنون مشخص شده است كه نصف عناصر فلزي و همچنين برخي آلياژها و سراميكها در درجه حرارت‌هاي پايين ابررسانا مي‌شوند. مشكل اصلي در استفاده از ابررساناها، ايجاد دماي بسيار پايين آن است. دماي ابررسانايي براي ابررساناهاي اوليه در حدود كمتر از 25 درجه كلوين (248- درجه سانتيگراد) بود و تنها با كمك ئيدروژن يا هليوم مايع مهيا مي‌شد كه بسيار گران قيمت و خطرناك است. بعد از حدود هفت دهه از كشف ابررساناهاي معمولي، سرانجام در سال 1986 مواد سراميكي جديدي از نوع اكسيدهاي مس كشف شدند كه در دماي بالاتر از 77 درجه كلوين كه دماي جوش نيتروژن مايع است، توانايي بروز خاصيت ابررسانايي داشتند و به ابررساناهاي دمابالا (HTS) معروف شدند. تحقيقات صورت گرفته تا سال 2005 منجر به ساخت ابررساناهايي شده است كه در فشار بالا و دماي حدود 165 درجه كلوين (108- درجه سانتيگراد) ابررسانا مي‌شوند.

در 30 ژوئن 1948 دکتر جان باردین و والد براتاین دانشمندان آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت بل، واقع در نیویورک خبر اختراع خود را به عموم جهان رساندند. این اختراع ترانزیستور نام گرفت.

یک ترانزیستور که بزرگتر از یک عدس نیست تقریباْ قادر است هر کاری را که لامپ‌های خلاء انجام می‌دادند، انجام دهد. به علاوه کارهایی را هم که این لامپها قادر به انجام آن نبودند انجام می‌دهد. به مرور زمان ترانزیستور جای لامپهای خلاء را گرفت. درست مثل اتومبیل که جای گاریهای قدیمی و اسبی را گرفت.

اگر چه ترانزیستور می تواند کارهای لامپ خلاء را انجام دهد، اما اصلاْ شباهتی به آن ندارد. نه کاتدی دارد و نه شبکه و صفحه ای حتی شکل ظاهری آن هم با لامپ خلاء کاملاْ متفاوت است. ترانزیستور یک وسیله یک سو کننده و نوسان ساز بسیار عالی است و رل مهمی در تمامی صنایع جدید به عهده دارد. ترانزیستور بدون آنکه نیازی به گرم شدن داشته باشد به محض برقراری اتصال و ولتاژ شروع به کار می کند. جریان مصرفی آن، یک هزارم جریان مصرفی لامپ معمولی است. به همین دلیل بسیار ارزانتر و استفاده از آْن ساده‌تر است.

ترانزیستور و مدار کوچک یکپارچه این امکان را به وجود آورد که رادیوهای کوچک جیبی و تلویزیونهای کوچکتر با تصویر بزرگتر ساخته شود. یک صنعت کاملا جدید پا به عرصه وجود گاشت. امروز از برکت دستگاه تنظیم قلب که با ترانزیستور کار می کند قلب بسیاری از بیماران به حال عادی می طپد. نابینایان با کمک دستگاههای ترانزیستوری می توانند موانع را ببینند نوار قلبی بیمار بستری را به وسیله تلفن به کارشناس قبل در هر نقطه دنیا که باشد می فرستند. هواپیماهای جت با سیستم هدایت سبک وزنی مجهز هستند و بالاخره همین مدار بسته یکپارچه است که امکانات سفر بشر به ماه را فراهم نمود.

مصرف ترانزیستور به طور روزافزونی رو به ازدیاد است. در رادیو، تلویزیون، مدارات الکترونیکی، هواپیما، رایانه، پزشکی و موشک ترانزیستور استفاده می‌شود. در ابتدا وجود ترانزیستور باعث شد که ارتباطات تلفنی راه دور، به طور مستقیم و بدون استفاه از اپراتور امکان پذیر شود. برای اولین بار در تاریخ، ارتباط بین دو شهر انگل وود و نیوجرسی با استفاده از ترانزیستور برقرار شد.

امروزه بعد از گذشت حدود نیم قرن ازاختراع ترانزیستور و مشتقات آن کار به جایی رسیده است که هر کس می تواند در منزل رایانه شخصی داشته باشد. ترانزیستور معمولی چیزی بیشتر از دو تکه سیم بسیار کوچک که در یک پولک ساخته شده از ژرمانیم یا سیلیکن قرار داده شده نیست.

تئوری کار ترانزیستور کمی پیچیده و تکنیکی است اما هر چه هست در ساخت آن از خواص نیمه رسانا استفاده شده است که از زمان کشف آن مدت زیادی نمی گذرد.

در نیمه رساناها مثل ژرمانیم و سیلیکن تعداد کمی الکترون حامل جریان وجود دارد شاید یک الکترون در هر یک میلیون اتم. اگر چه این رقم خیلی کوچک است، اما می توان با تغییر ساختمان داخلی مواد، با استفاده از میدانهای الکتریکی این رقم را هزار برابر نمود.

برای روشن تر شدن مفهوم بالا باید ساختمان اتم را کمی بیشتر مطالعه کرد. الکترونهای موجود در مواد نارسانا در مدارهای مختلف بهصورت حلقه ای در اطراف هسته اتم در چرخش هستند و سرعت زیاد و تولید انرژی فراوان سبب می شود که الکترونها نتوانند از مسیر خود منحرف و یا جابجا شوند.

در نتیجه الکترونها امکان برقراری هیچ نوع جریان الکتریکی را نمی یابند. در اجسام نارسانا، پوسته الکترونی و یا باند ظرفیتی آن(آخرین حلقه الکترون دار به دور هسته اتم) از باند هدایت جدا بوده و انرژی بسیار زیادی لازم است تا یک الکترون را از پوسته الکترونی جدا کند و به باند هدایت کننده بفرستد. اما در اجسام رسانا مانند فلزات این پوسته الکترونی یا باند هدایت کننده تداخل پیدا کرده و الکترونهای به راحتی جابجا می شوند.

در یک عنصر نیمه رسانا مانند ژرمانیم و یا سیلیکن الکترونهای موجود در باند ظرفیت نزدیک به باند هدایت کننده قرار ندارند اما می توان با تحریک خارجی آنها را در هم داخل کرد. به طور مثال گرمای محیط و اتاق می تواند تعداد زیادی الکترونهای اتم ژرمانیم را به باند هدایت بفرستد و در اثر این جابجایی حفره هایی در محل های قبلی الکترونها به وجود می آید.

این حفره ها حامل بار مثبت بوده و حاضر به پذیرش الکترونهای عناصر قبلی و مواد دیگر هستند. حفره ها نه تنها الکترونها را می پدیرند بلکه خود به طرف باند هادی حرکت می کنند و در اثر این حرکت جریانی را به وجود می آورند و در عین حال الکترونها را هم در مسیر همین جریان با خود حمل می کنند.

کمترین تحریک خارجی حفره ها را در جهت حفره هایی که از فرار لکترونها به سمت باند هادی به وجود آمده است به حرکت درآورده و این حفره های متحرک علاوه بر اینکه خود تولید جریان می نمایند، الکترونهایی را که از مواد خارجی دیگر به داخل اتم ژرمانیم وارد شده اند حمل کرده و در نتیجه باعث افزایش جریان می شوند.

تشریحات آزمایشگاه تحقیقاتی بل در اول جولای سال 1948 چنین می گوید: کار ترانزیستور بر پایه این حقیقت که الکترونهای موجود در نیمه رساناها می توانند به دو صورت متفاوت جریان را برقرار کنند، قرار دارد. بیشتر الکترونهای موجود در نیمه رسانا اصولاٌ‌ کمکی به برقراری جریان نمی کنند. بلکه آنها در وضعیت ثابتی به هم چسبیده اند.

درست مثل اینکه آنها را با چسب به هم چسبانده باشند. تنها وقتی که یکی از این الکترونها از جای خود خارج شود و یا به طریقی یک الکترون خارجی به مجموعه آنها وارد شود، جریان برقرار می شود. به زبان دیگر اگر یکی از الکترونهای موجود در مجموعه به هم چسبیده از محل خود جدا شود حفره ای که در اثر این جابجایی بوجود می آید مانند حباب هوای موجود در مایع می تواند حرکت کند و جریانی را برقرار سازد.

در ترانزیستوری که از واد نیمه رسانا ساخته شده است به طور معمول فقط در اثر ورود الکترون اضافی شروع به برقراری جریان می کند. جریان از نقطه ورود الکترون که ولتاژ مثبت کمی دارد شروع به حرکت کرده و از محل خروج الکترون خارج می شود ولتاژ نقطه خروجی ولتاژ منفی بیشتری دارد.

بعد از اختراع ترانزیستور و به وجود آمدن انواع گوناگون آن مدارهای مجتمع اختراع شد. به این قطعات آی سی می گویند. آی سی ممکن است گاهی صدها ترانزیستور ساخته شده باشد که داخل یک قطعه 3*1 سانتیمتری قرار گرفته اند. اختراع آی سی تحول عظیم دیگری را در صنعت الکترونیک به وجود آورد. در ادامه تحقیقات و پیشرفتهایی که در زمینه ساخت آی سی به دست آمد، آی سی های برنامه ریزی شده اختراع شدند در یک آی سی برنامه ریزی شده که ابعادی معادل 8*2 سانتیمتر دارد میلیونها حافظه وجود دارد.

اختراع رایانه های خانگی مدیون وجود آی سی هاست که همه آنها به وجود ترانزیستور و اختراع آن مربوط می شود.

اساساً LED ها لامپهای کم نوری هستند که به آسانی در مدار های الکترونیکی قرار می گیرند اما برخلاف لامپهای معمول آنها فیلامانی که بسوزد ندارند و به ویژه اینکه گرم نمی شوند آنها فقط با حرکت الکترونها در یک ماده نیمه هادی نور می دهند .

دیود چیست؟

یک دیود ساده ترین نوع از ادوات نیمه هادی است کلاً یک نیمه هادی مادهای است که تغییر در قابلیت جریان دهی دارند. اغلب نیمه هادی ها از یک رسانای ضعیف که ناخالصی به آن افزوده شده به وجود می آید.(فرایند افزودن ناخالصی دو پینگ نامیده می شود.)

در مورد LED ها ماده رسانا نوعاً آلومینیوم گالیوم آرسناید است (AlGaAs) در آلومینیوم گالیوم آرسناید خالص تمام اتمها به طور کامل با همسایه هایش محدود شده است و هیچ الکترون آزادی برای هدایت جریان الکتریکی وجود ندارد. در ماده دوپینگ شده اتمهای الحاقی تعادل را به هم می زنند خواه افزایش الکترون یا سوراخها (جایی که الکترون می تواند برود ) هر یک از این ملحقات می تواند ماده را بیشتر رسانا کند یک نیمه هادی با الکترون اضافی نوع N نامیده می شود چرا که ذرات بار شونده منفی دارد در نوع N الکترون های آزاد از ناحیه شارژ منفی به ناحیه شارژ مثبت حرکت می کنند

یک نیمه هادی با سوراخهای بیشتر ماده نوع P نامیده می شود چرا که ذرات بار شونده مثبت بیشتری دارد الکترونها می توانند از سوراخی به سوراخ دیگر حرکت کنند حرکت از ناحیه شارژ منفی به ناحیه شارژ مثبت در نتیجه سوراخها به نظر می آید که از ناحیه شارژ مثبت به ناحیه شارژ منفی حرکت می کنند.

یک نیمه هادی با سوراخهای بیشتر ماده نوع P نامیده می شود چرا که ذرات بار شونده مثبت بیشتری دارد الکترونها می توانند از سوراخی به سوراخ دیگر حرکت کنند حرکت از ناحیه شارژ منفی به ناحیه شارژ مثبت در نتیجه سوراخها به نظر می آید که از ناحیه شارژ مثبت به ناحیه شارژ منفی حرکت می کنند. یک دیود شامل یک بخش N متصل به بخش P است با الکترونهایی در هر طرف . این چینش الکترونها را فقط در یک جهت حرکت می دهد . وقتی هیچ ولتاژی اعمال نشود الکترونهای ماده نوع N سوراخهای ماده نوع P را در راستای اتصال بین لایه ها پر می کند و ناحیه تخلیه را ایجاد می کند. در ناحیه تخلیه ماده نیمه هادی به عایق خوبی تبدیل می شود وهمه سوراخها پر می شوند و هیچ الکترون یا سوراخی برای ایجاد جریان وجود ندارد.

ناحيه تخليه

برای خلاصی از ناحیه تخلیه شما مجبورید تا الکترون را از ماده نوع N به ماده نوع P حرکت دهید و سورا خها برعکس . برای انجام این عمل شما باید طرف N دیود را به طرف منفی باطری و P را به طرف مثبت وصل کنید الکترون آزاد نوع N توسط الکترود منفی دفع و به الکترود مثبت کشیده می شوند سوراخهای ماده P معکوس این حرکت را انجام می دهند وقتی اختلاف ولتاژ بین دو الکترود به قدر کافی زیاد است الکترونهای ناحیه تخلیه از سوراخهایشان جدا می شوند و دوباره شروع به حرکت آزادانه می کنند ناحیه تخلیه از بین می رود و جریان از دیود می گذرد.

باياس مستقيم

اگر شما سعی کنید جریان را از مسیر دیگر عبور دهید با اتصال مثبت باتری به N و منفی به P جریان به دلیل ایجاد ناحیه تخلیه عبور نمی کند .

چطور یک دیود نور تولید می کند؟

نور شکلی از انرژی است، نور از اجزا بسیار ریزی به نام فتون تشکیل می شود، فتون ها انرژی و لختی دارند اما جرم ندارند در واقع فتونها در نتیجه حرکت الکترونها آزاد می شوند در یک اتم الکترونها در اربیتالهایی دور هسته می چرخند الکترونهای اربیتال های مختلف مقدار انرژی متفاوتی دارند، کلاً الکترونها با انرژی بیشتر در اربیتالهای دور تر از هسته حرکت می کنند.برای یک الکترون برای پرش از یک اربیتال پایین به بالا چیزی که باید بگیرد انرژی است برعکس الکترون وقتی از اربیتال بالا به پایین می افتد انرژی آزاد می کند این انرژی به شکل فتون آزاد می شود، یک افت انرژی بیشتر فتون بیشتری آزاد می کند که با فرکانس بیشتر مشخص می شود .همان طور که در بخش قبل دیدیم الکترونهایی که از دیود عبور می کنند می توانند در سوراخهای لایه P بیفتند .این یک افت از باند رسانایی به اربیتال پایین تر است بنابر این الکترونها انرژی به شکل فتون آزاد می کنند این در هر دیودی رخ می دهداما فقط وقتی شما فتونها را می بینید که دیود از ماده خاصتی ساخته شده باشد برای مثال اتمها در یک دیود سیلیکون استاندارد به نحوی چیده شده اند که افت الکترون فاصله کمی دارد بنابر این فرکانس فتونها به قدری کم است که با چشم انسان دیده نمی شود این در بخش مادون قرمز طیف نور است كه لزوماً چیز بدی نیست البته LED های مادون قرمز برای کنترل های از راه دور مناسب اند .

دیود های منتشر کننده نور مریی (VLEDs) مانند آنهایی که شماره های یک ساعت دیجیتال را روشن می کنند از ماده هایی با این خصوصیت ساخته شده اند که فاصله بین اربیتال رسانایی آنها و اربیتال پایین تر بیشتر است .اندازه این فاصله فرکانس فتون را نشان می دهد به عبارت دیگر این فاصله رنگ نور را مشخص می کند.

در حالی که همه دیود ها نور آزاد می کنند اغلب آنها این کار را به طور موثری انجام نمی دهند یک دیود معمولی ماده نیمه رسانا خودش مقدارزیادی انرژی نوری جذب می کند.LED ها به نحوی ساخته می شوند که نور را در جهت خاصتی متمرکز می کند.همانطور که در نمودار می بینید اغلب نور تولید شده در کناره دیود از طریق قسمت گرد بیرون می آید.

LED ها مزایای زیادی برلامپهای معمولی دارند . یکی از آنها این است که آنها فیلامان ندارند که بسوزد بنابر این عمر طولانی دارند. به علاوه حباب پلاستیکی شان دوامشان را بیشتر می کند. و همچنین خیلی راحت در مدارهای الکترونیکی قرار می گیرند .

اما مزیت اصلی آنها کیفیت آنها است در مقایسه با لامپهای معمولی فرآیند تولید نور باعث تولید مقدار زیادی گرما نمی شود (فیلامانی برای گرم شدن ندارد برای تولید نور باید فیلامان گرم شود).

دیود تونل

یکی ازقطعات نیمه رسانا که مشخصه اش یک مقاومت منفی را نشان می دهد دیود تونل است . این قطعه یک دیود است که غلظت ناخالصی درآن بسیار زیاد وپیوند آن بسیارنازک است. شکست در دیود تونل در مقاذیر بایاس معکوس خیلی پایین اتفاق می افتد و در نتیجه ناحیه ی مقاومت معکوس زیاد وجود ندارد.شیب منفی در بایاس مستقیم کم معمولا بین0.1 تا 0.3 ولت ایجاد می شود.(از این جا به بعد چند خط حرف بیخود...)_این مشخصه جالب و عجیب ومفیدو..به دلیل نفوذ در سد پتانسیل در پیوند با الکترونهایی که انرژی کافی برای عبور از این سد ندارند به وجود می آید. این اثر معروف به اثر تونل در فیزیک کلاسیک غیر قابل توجیه است ولی با مکانیک کوانتومی قابل توضیح است . دیود های تونل را می توان باظرفیت خیلی کمی تولید کرد و نوسان ساز هایی که با آن کار می کنند در فرکانسهای چند مگا هرتزی قابل ساخت هستند برای به دست آوردن بیشترین مقدار خروجی (یا همان به قول دانشجویان متعال برق ماکزیمم سویینگ متقارن) باید نقطه کار در وسط ناحیه مقاومت منفی قرار داده شود واضح است که دامنه خروجی کمتر از یک ولت می باشد.

اين منابع تغذيه كاملاً خطي عمل مي نمايند. اين نوع منابع را منابع تغذيه سوئيچينگ مي نامند. اين اسم از نوع عملكرد اين سيستمها گرفته شده است. به اين منابع تغذيه اختصاراً SMPS نيز مي گويند. اين حروف بر گرفته شده از نام لاتين Switched Mode Power Supplies است.
راندمان SMPS بصورت نوعي بين 80% الي 90% است كه 30% تا 40% آنها در نواحي خطي كار مي كنند. خنك كننده هاي بزرگ كه منابع تغذيه رگوله قديمي از آنها استفاده مي كردند، درSMPSها ديگر به چشم نمي خورند و اين باعث شده كه از اين منابع تغذيه بتوان در توانهاي خيلي بالا نيز استفاده كرد.
در فركانسهاي بالاي كليدزني از يک ترانزيستور جهت كنترل سطح ولتاژ DC استفاده مي شود. با بالا رفتن فركانس ترانزيستور، ديگر خطي عمل نمي كند و نويز مخابراتي شديدي را با توان بالا توليد مي نمايد. به همين سبب در فركانس كليد زني بالا از المان كم مصرف Power MOSFET استفاده مي شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نيز زياد مي شود. المان جديدي به بازار آمده كه تمامي مزاياي دو قطعة فوق را در خود جمع آوري نموده است و ديگر معايب BJT و Power MOSFET را ندارد. اين قطعة جديد IGBT نام دارد. در طي سالهاي اخير به دليل ارزاني و مزاياي اين قطعه از IGBT استفادة زيادي شده است.
امروزه مداراتي كه طراحي مي شوند، در رنج فركانسي MHZ و قدرتهاي در حد MVA و با قيمت خيلي كمتر از انواع قديمي خود مي باشند.
فروشنده هاي اروپائي در سال 1990 ميلادي تا حد 2 ميليارد دلار از فروش اين SMPSها درآمد خالص كسب نمودند. 80% از SMPSهاي فروخته شده در اروپا طراحي شدند و توسط كارخانه هاي اروپائي ساخت آنها صورت پذيرفت. درآمد فوق العاده بالاي فروش اين SMPSها در سال 1990 باعث گرديدكه شاخة جديدي در مهندسي برق ايجاد شود، اين رشته مهندسي طراحي منابع تغذيه سوئيچينگ نام گرفت.

یک مهندس طراح منابع تغذيه سوئيچينگ بايستي كه در كليه شاخه هاي زير تجربه و مهارت کافي كسب كند و هميشه اطلاعات بروز شده در موارد زير داشته باشد:
1- طراحي مدارات سوئيچينگ الكترونيك قدرت.
2- طراحي قطعات مختلف الكترونيك قدرت.
3- فهم عميقي از نظريه هاي كنترلي و كاربرد آنها در SMPSها داشته باشد.
4- اصول طراحي را با در نظر گرفتن سازگاري ميدانهاي الكترومغناطيسي منابع تغذيه سوئيچينگ با محيط انجام دهد.
5- درك صحيح از دفع حرارت دروني (انتقال حرارت به محيط) و طراحي مدارات خنك كنندة مؤثر با راندمان زياد.
و …
دراين کتاب نيز سعي بر اين است كه طبق اصول نوين مهندسي طراحي منابع تغذيه سوئيچينگ كليه اطلاعات مورد نياز در اختيار خواننده قرار گيرد.

1.2. تعاريف عمومي در SMPSها
هر سيستم طراحي شده به طور طبيعي وابسته به منبع تغذية خود مي باشد. يعني اولين پارامتر در طراحي مدار نوع منبع تغذيه و مقادير وابسته به آن است. يكي از مباحث مهم در طراحي SMPS ها، سنگين وزن بودن و گراني آن است، كه كليه اينها در يك منبع تغذيه از نوع SMPS به صورت دستگاه ارزان قيمت، سبك و كوچك تعريف خواهد شد.
وقتي كه طراح سيستم شروع طراحي مي كند، اولين تعريفي را كه در نظر خود مجسم مي كند، مقدار ولتاژ و جـريان ماكزيمم در SMPS است. بنابراين نسبت ولتاژ و جريان تعيين كننده انتخاب قطعات مورد نياز براي طراحي است.

مقدار ولتاژ خروجي:
عموماً در بيشتر مدارات منطقي ولتاژ 5v مورد نياز مي باشد، اما در بعضي موارد نياز به 5v- هم مي باشد. در كامپيوترها براي ايجاد گشتاور در موتورهاي متنوع به كار رفته در درايوهاي مختلف مانند موتورهاي CPU FAN ,CD ROM, F.D.D , H.D.D و ... نياز به ولتاژهاي +12v ,-12v مي باشد. در مصارف كنترل صنعتي جهت اعمال فرمان تحريك قطع و وصل در شيرهاي برقي و رله هاي كنتاكتوري از طريق پورتهاي PLC ولتاژ اعمالي به سيستمهاي تحت كنترل داراي سطوح ولتاژي +24v ,-24v است. در اتومبيلهاي برقي، تركشن و HVDC به سطح ولتاژ بالاتري احتياج است.

مقدار جريان:
در هر خروجي مي بايست ماكزيمم جريان مصرفي در حالت پايداري مشخص شود. هر سيستم الكتريكي در روي بدنه خود پلاكي دارد كه در آن تمام مقادير نامي و مجاز مورد نياز دستگاه از طرف كارخانه سازنده باتوجه به مشخصات طراحي و تستهاي متعددي كه بر روي دستگاه انجام شده است، مشخص مي باشد. براي مثال در ديسك درايوها مقدار جريان راه اندازي و حالت پايداري مشخص مي باشد و طراح منبع تغذيه بايستي حد مجاز جريان خروجي را بالاتر از جريان راه اندازي و حالت پايداري تعيين نمايد. حتي در بعضي از مواقع سازنده دياگرامهايي را همراه با دستگاه قرار مي دهد كه كمك بيشتري به طراح مي كند.
ولتاژ ورودي:
ولتاژ ورودي مي تواند از نوع AC يا DC و با رنج تغييرات مشخصي باشد. طراح حتماً بايد به نوع ورودي و عملياتي كه مي بايد روي آن انجام دهد تا خروجي مطلوبي بدست آورد را همواره در نظر بگيرد. معمولاً فرکانس، دامنه و شکل موج ولتاژ ورودي در طراحي خيلي مهم است. همچنين نوع شبکه اي که تغذيه ورودي را بر عهده دارد مهم است. معمولاً در محيطهاي صنعتي مانند کارخانجاتي که شبکه در شرايط سخت جهت تامين انرژي قوص الکتريکي و … کار مي کند شکل موج ولتاژ و جريان ورودي غير قابل پيش بيني است و بايد با استفاده از سيستمهاي جبرانساز شکل موجهای شبکه را تا حد قابل قبولي اصلاح کرد.

ايزولاسيون:
در بسياري از كاربردها ايزولاسيون الكتريكي بين ورودي ها و خروجي هاي مدارات احتياج مي باشد، وحتي در بسياري از موارد ايزولاسيون بين خروجي دستگاه با ورودي دستگاه ديگر نيز مورد نياز است و طراح ملزم به انديشيدن تدابيري خاص جهت برآورده سازی اين امر مي باشد.
ايزولاسيون الكتريكي اغلب توسط ترانسفورماتور در منابع تغذيه ايجاد مي شود كه استفاده از ترانسفورماتور باعث حجيم شدن منبع تغذيه مي شود. در مصارفي كه نياز به حجم كوچك مي باشد، مانند ماهواره ها، كامپيوترها، شارژرهاي باطري موبايل و تلفن و همچنين در منبع تغذيه مورد استفاده در پرينترها و دستگاه هاي كوچك كه اجبار در كوچك ساختن آنها مي باشد نظير دوربينهاي عكاسي ديجيتالي و دوربينهاي فيلم برداري و لوازم نظامي استراق سمع و جاسوسي و بمبها و موشكهاي دوربرد ناچاراً بايد از ايزولاسيون به وسيله ترانسفورماتور چشمپوشي كرد و به فكر چارة ديگري براي تحقق بخشيدن به اين امر بود يا اينكه توسط مدارات فيدبك عمل تثبيت خروجي را در صورت وجود تغيير يا اغتشاش در ورودي را انجام داد تا از مدارات در مقابل صدمه ديدن و معيوب شدن حفاظت شود و يا اينكه بايست از ايزولاسيون تا حدودي يا کلاً صرف نظر نمود.
ريپل در خروجي:
طبيعتاً مقداري نوسان در خروجي DC منابع تغذيه وجود دارد. به مقدار دامنه پيك تا پيك اين نوسانات ريپل مي گويند. هر خروجي كه داراي ريپل باشد، حتماً داراي تعدادي هارمونيك بغير از فرکانس صفر هرتز است. به همين خاطر اغلب مقدار خروجي را به جاي معرفي با مقدار DC آنرا با مقدارrms نشان مي دهند. هر چه مقدار نسبت ثابت ريپل به مقدار DC كوچكتر باشد بهتر است. اين نسبتِ در صديِ ريپل را مي توان با استفاده از فيلتر پايين گذر متشكل از سلف و خازن و يا افزايش فركانس ورودي و كليدزني با سرعت زياد تا حد قابل ملاحظه اي كاهش داد.
رگولاسيون:
ولتاژ خروجي در يك منبع تغذيه متأثر از عواملي مي باشد كه اين عوامل عبارتند از:
الف) تغييرات در ولتاژ ورودي.
ب ) تغييرات در جريان بار.
ج ) تغييرات در درجه حرارت محيط.
يك منبع تغذية رگوله معمولاً داراي مدارات فيدبك براي جبران اين تغييرات و اصلاح آنها و محدود كردن اين تغييرات در ناحية قابل قبولي مي باشد. اين فيدبك ها ممكن است عمل رگولاسيون را به صور (1)رگولاسيون خط، (2)رگولاسيون بار، (3)رگولاسيون حرارتي، انجام دهد.
پاسخ حالت گذرايي:
پاسخ به تغييرات ناگهاني و گذراي جريان بار يكي از پارامترهاي مهم در هر منبع تغذيه اي است. در حالت بار كامل در صورتي كه جريان بطور وصل شدن ناگهاني كليد در بار جاري شود، حتي در صورتي كه بار متصل به ترمينال خروجي جريان كمي را از منبع تغذيه دريافت كند، ولتاژ خروجي ناگهان مي افتد و از ولتاژ حالت بي باري كمتر مي شود و سپس توسط رگولاسيون به يك حد پايدار خواهد رسيد. از طرف ديگر در حالتي كه منبع تغذيه با بار كامل در حالت پايدار به سر مي برد اگر ناگهان بار توسط كليد قطع شود، آنگاه ناگهان ولتاژ خروجي صعود مي كند، و ازحالت قبلي خود فراتر مي رود و سپس با چندين نوسان به حالت پايدار بدون بار خواهد رسيد. در اين حالت ممكن است كه قطعاتي كه در بلوكهاي خروجي منبع تغذيه هستند اين سطح تغييرات را تحمل نكنند و از بين بروند. در بعضي از موارد دربعضي از سيستمها ممكن است كه خروجي به حالت پايدار نرسد و نوساني ياحتي ناپايدار شود. از آنجا كه در خروجي اغلب منابع تغذيه فيلتر هاي صافي براي كاهش ريپل ولتاژ و جريان مي باشند كه اين فيلترها داراي ظرفيتهاي خازني بزرگي هستند. با ناپايدار شدن ولتاژ امكان انفجار در خازن وجود دارد.
از سوي ديگر زمان بازيابي يا Recovery Time زمان لازم براي بازگشت به حالت پايدار طبيعي مي باشد، كه بايستي تاحد ممكن اين زمان كوچك باشد. پس بايد توسط روشهاي رگولاسيون خاص ولتاژ خروجي را محدود كرد و سعي نمود كه در كمترين زمان ممكن و با كمترين نوسان و Over Shoot به حد پايداري خود برسد. زمان پاسخ گذرايي در منابع تغذيه و بخصوص در منابع تغذيه سوئيچينگ با روشهاي مختلفي كه سازندگان SMPS از آن استفاده مي كنند نظيرحلقه هاي فيدبك و جبران ساز و قرار دادن فيلترهاي مخصوص در طبقات مختلف منبع تغذيه كه در قسمتهاي بعدي به آن اشاره مي شود، خيلي كوتاه خواهد شد.

راندمان:
يك منبع تغذيه بدون بازدهي مطلوب دو خاصيت زير را دارا مي باشد:
1- انرژي محدود: از اين قبيل منابع مي توان به باطري اشاره كرد كه با مصرف مستمر انرژي اوليه خود را رفته رفته از دست مي دهد و توان خروجي آن به سمت صفر ميل مي نمايد.
2- حجم زياد و نياز داشتن به هيت سينكها بزرگ: از اين منابع تغذيه مي توان منابع تغذيه با ترانسفورماتور را نام برد كه انرژي زيادي صرف خنك سازي و تلفات حرارتي آن مي شود.
حفاظت:
همة منابع تغذيه با روشهاي خاصي در برابر شرايط ناخواسته محافظت مي شوند كه حفاظت هاي مشترك بين كليه منابع تغذيه عبارتند از:
1- حفاظت در برابر اضافه ولتاژ: از مهمترين حفاظتها، محافظت بار و منبع تغذيه در مقابل اضافه ولتاژ است. ساده ترين نوع كنترل ولتاژ در چنين مواقعي خاموش شدن منبع تغذيه بصورت اتوماتيك است. اين مدل از كنترل كننده ها در زمانهاي ابتدائي حالت گذرا عمل مي كند. عموماً ممكن است از يك ميله تريستوري براي اين منظور استفاده شود. در زماني كه تريستور قابليت روشن شدن را دارد، درصورتي كه سنسور قرار داده شده در خروجي احساس كند كه ولتاژ از حد مجاز بالاتر رفته است بلافاصله آتش شده و ورودي و خروجي منبع تغذيه را با هم قطع مي كند. در روشهاي ديگر با اتصال كوتاه كردن خروجي، يك جريان اتصال كوتاه از مدار مي گذرد و محدود كننده هاي جريان در اين زمان عمل كرده و با استمرار يافتن اين عمل مي توان خروجي منبع تغذيه را تا حد مجاز قابل قبولي كاهش داد و در برابر اضافه ولتاژ از سيستمها محافظت كرد.
2- حفاظت در برابر اضافه جريان: بسياري از منابع تغذيه داراي انواع مختلف محدود كننده هاي جريان هستند. بنابراين اگر جريان بار از سطح مجاز بالاتر رود، در نتيجه ولتاژ خروجي كاهش يافته و طبق قانون اهم جريان در سطح مجاز و قابل اطميناني محدود مي شود.
3- حفاظت در برابر اتصال كوتاه: روش حفاظت در مقابل اضافه جريان امكان محافظت در برابر اتصال كوتاه را مي تواند فراهم نمايد، ولي اين شرط كافي براي حفاظت منبع تغذيه در برابر جريان اتصال كوتاه نمي باشد. چون اتصال كوتاه اغلب در حالت ماندگار اتفاق مي افتد و به راحتي بر طرف نخواهد شذ. به همين خاطر با استمرار اين شرايط و تلفات حرارتي زياد امكان آتش سوزي زياد است. براي جلوگيري از چنين اتفاق ناخوش آيندي بايد از مدار شكن استفاده كرد تا بلافاصله مدار را خاموش كند. و تا وقتي كه اتصال كوتاه در ترمينالهاي منبع تغذيه از بين نرفته است، امكان روشن كردن منبع تغذيه وجود نداشته باشد.
4- حفاظت در مقابل جريان تهاجمي: SMPSها عموماً داراي خازنهاي بزرگ جهت نرم كردن ولتاژ DC و جلوگيري ريپل ولتاژ در نزديك ورودي هستند، كه باعث مي شود جريان بزرگي در لحظه روشن كردن سوئيچ ها در مدار جاري گردد. بسياري از SMPSها داراي محدود ساز جريان براي كاهش دادن جريان هجومي مي باشند.

تداخل الكترومغناطيسي:
مسأله تداخل الكترومغناطيسي يا EMI در سيستمهاي خطي در طيف فركانسي كوچكتر از KHZ20 در منابع تغذيه سوئيچينگ قابل چشم پوشي مي باشد. اما با بالا رفتن فركانس، هارمونيكهاي با فركانس بيشتر از فركانس اصلي، ايجاد تداخل در باندهاي راديويي و مخابراتي مي كنند. از آنجايي كه منابع تغذية سوئيچينگ امروزه در توانهاي بالا هم كاربرد هاي وسيع پيدا كرده اند، اين گونه از منابع تغذيه سوئيچينگ به عنوان يك منبع توليد نويز شديد و قوي براي مدارات مخابراتي شناخته مي شوند. بنابراين با فيلتر كردن ورودي و خروجي، ميزان اثر تداخل الكترومغناطيسي را تا حد امكان بايد كاهش داد.
زمان Hold Up:
اين زمان در SMPSها خيلي مهم است و بايستي كه با ايجاد اشكال در خروجي بتوان بلافاصله ورودي منبع تغذيه را قطع كرد. اين زمان عموماً بر طبق استاندارد، حدود يك يا دو سيكل با فركانس 50HZ يعني زماني بين 20 الي 40 ميلي ثانيه مي باشد.
رنج حرارتي:
يك نكته قابل توجه در مورد منابع تغذيه سوئيچينگ، خصوصاً منابع تغذية سوئيچينگي كه در داخل محفظه نگاهداري مي شوند، مسألة بالا رفتن سريع حرارت در داخل CASE يا محفظه است. اين حرارت ممكن است كه حتي از دماي بيرون جعبه هم بيشتر باشد و قطعات منبع تغذيه از اين حرارت خيلي تأثير پذير هستند. بنابراين بايد رنج حرارتي كه بدليل مصرف توان در داخل جعبه تغيير مي كند را مدِ نظر قرار داد و با طراحي مناسب پايداري حرارتي را در منبع تغذيه سوئيچينگ بخوبي حفظ نمود.
ابعاد:
حجم فيزيكي و پهناي يك منبع تغذيه طبق ضرايب خاصي محدود مي شود. با دانستن مشخصات كاري منابع تغذيه سوئيچينگ مي توان مقدار حجم يك منبع تغذية سوئيچينگ را براحتي محاسبه كرد. عموماً SMPS هايي كه با فركانس كليدزني بالاتر از فركانس صوتي داراي حجم كوچكي هستند، چرا كه كليدهايي كه در اين رنج كار مي كنند داراي تحمل توان كمي هستند. با توجه به مسألة EMI نمي توان سرعت كليدزني را خيلي افزايش داد. چون باعث توليد نويز مخابراتي مخربي خواهد شد. پس مي توان نتيجه گرفت كه حجم و اندازه يك SMPS نسبت عكس با فركانس كليدزني و نسبت مستقيم با توان منبع تغذيه دارد.

انواع استانداردهاي معتبر در SMPS ها:
بسياري از كشورهاي سازنده منابع تغذيه سوئيچينگ داراي معيارهاي تقريباً ثابت و مشابه در رابطه با SMPS ها مي باشند. براي مثال در اروپا يكي ازسازندگان مهم آلمان كه خود يکي از مهمترين پايه گذاران SMPS است يعنيVerbakd Deutscher Electroniker (VDE) است كه بسياري از تستهاي بين المللي را دارا مي باشد.
يكي از مسائل مهم منبع تغذيه تثبيت و كنترل روي اشكال متفاوت EMI است. كه استاندارد (VDE) معيارهايي براي حل اين مشکل دارد. اين معيارها نسبتاً با استانداردهاي مشابه آمريكايي تطابق دارند.
تستهاي استاندارد قابل اطمينان معتبر ديگر در مورد منابع تغذيه سوئيچينگ موجود است كه عبارتند از Underwriters Laboratory (UL) كه اين تستها در ايالات متحده امريكا انجام مي شود. استاندارد ديگري كه در كانادا بر روي منابع تغذيه سوئيچينگ اعمال مي شود، Canadian Standard Association (CSA) است.
نكته قابل توجه در مورد (UL) و (CSA) اين تستها اغلب در مورد محصولات الكتريكي که در امريكا و كانادا بکار برده مي شوند تصويب شده است، وحتماً اين تستها بايد در مورد اين اقلام انجام شود و در مورد محصولاتي كه به ساير نقاط جهان صادر مي شوند انجام نمي شود.
استاندارد International Electro technical Commission (IEC)، استاندارد ديگري است كه حتماً يك منبع تغذيه سوئيچينگ بايد از تستهاي آن سر بلند بيرون آمده باشد. به عنوان مثال IEC380 براي اعطاء مجوز به يك محصول که 3750v متناوب را بين ورودي و خروجي مدار اعمال مي كند. بايد مدارات اوليه و ثانويه فاصله 8mm و عايق بين فلزات و ساير اجزاء مدار با ضخامت 3mm را بايد رعايت كرده باشند. اين تست قويتر از انواع مشابه در استانداردهاي آمريكايي است.
تست تداخل الكترومغناطيسي در استانداردهايIEC478 part 3 و همچنين در آلمان طبق VDE0871 و در بريتانيا BS800 مصوب 1983 ميلادي و ... داراي قوانين و معيارهاي مشخصي مي باشد. حتماً در منابع تغذيه سوئيچينگ و هر نوع محصول الكتريكي ديگر بايست به اين استانداردها توجه نمود.
اقتصادي بودن:
مهمترين مسأله براي توليد كننده و مصرف كننده هر كالايي بحث اقتصادي و مقرون بصرفه بودن آن است. يك طراح بايد به قيمت تمام شده كالا توجه ويژه داشته باشد. طبيعتاً هر چه كارايي يك سيستم بالا رود قيمت آن هم گرانتر خواهد شد.
انرژي:
مصرف انرژي منابع تغذيه سوئيچينگ را توسط مدارات هوشمند ميكروپروسسوري مي توان تا حد ممكن كاهش داد. برنامه اي كه امروزه طراحان آنرا پيش گرفته اند، تدوين قوانين خاص براي تحقق بخشيدن به اين مهم است. از اين قبيل قوانين مي توان به برچسب ستاره انرژي امريكا service mark of the U.S. EPA اشاره كرد.
با خاموش كردن منابع تغذيه سوئيچينگ به صورت Stand by مي تواند از تلفات انرژي ناشي از كليدزني و ... درمواقعي كه بار به ترمينال منبع تغذيه متصل نمي باشد، تا حد چشمگيري جلوگيري كرد و همچنين داغ شدن منبع تغذيه را در زمان بي باري كاهش داد.

ساختمان مدار پل وتستون

همانگونه که در شکل دیده می‌‌شود، مدار پل وتستون از چهار مقاومت R₄ , R₃ , R₂ , R₁ تشکیل شده است. اساس کار مدار پل وتستون اینگونه است که ولتاژ ورودی به دو قسمت تقسیم می‌‌شود. جریان خروجی از هر دو ولتاژ تقسیم شده ، تشکیل می‌‌گردد. در فرم کلاسیک مدار پل وتستون یک گالوانومتر (ماده بسیار حساس به جریان مستقیم) در بین ورودی و خروجی ولتاژ نصب می‌‌شود.

اگر ولتاژ تقسیم شده به گونه‌ای باشد که دقیقا نسبت R₂ = R₃R₄/R₁ برقرار باشد، در این صورت گفته می‌‌شود که پل در حالت تعادل است. در این صورت گالوانومتر هیچ جریانی را نشان نمی‌‌دهد. اگر چنانچه یکی از مقاومتها ، حتی به اندازه بسیار کوچک ، تغییر کنند، در این صورت تعادل به هم خورده و عقربه گالوانومتر جریانی را نشان می‌‌دهد. پس گالوانومتر مقیاسی برای نشان دادن شرط تعادل است.

طرز کار پل وتستون

فرض کنید یک ولتاژ dc به اندازه E به مدار پل اعمال شود. در اینجا نیز یک گالوانومتر برای نشان دادن شرط تعادل بین دو نقطه ولتاژ ورودی و خروجی نصب شده است. مقادیر مقاومتهای R₁ و R₃ دقیقا معلوم هستند، اما R₂ یک مقاومت متغیر است که به راحتی قابل تغییر است. بجای R₄ یک مقاومت مجهول که آن را با R_x نشان می‌‌دهیم، قرار داده شده است. ولتاژ E اعمال می‌‌شود و مقاومت متغیر R₂ به گونه‌ای تنظیم می‌‌شود که گالوانومتر جریانی را نشان ندهد.

بنابراین با توجه به اینکه مقادیر مقاومتهای R_1 و R_3 معلوم هستند و R₂ را نیز خودمان تغییر داده‌ایم، لذا از رابطه R_x = R₂R₃/R₁ مقدار مقاومت مجهول تعیین می‌‌شود. در صورتی که هر چهار مقاومت یکسان باشند، مدار خیلی حساس خواهد بود. در هر صورت مدار پل و تستون در هر حالت بسیار عالی کار می‌‌کند.

کاربرد مدار پل وتستون

پل وتستون دارای کاربردهای بسیلر زیادی است و آوردن تمام کاربردهای آن در یک مقاله مقدور نیست. بنابراین تنها به چند مورد خاص در اینجا اشاره می‌‌کنیم. کارلز وتستون کاربردهای زیادی از از مدار پل وتستون را خودش اختراع کرد و کاربردهای دیگری نیز بعد از او توسعه یافته‌اند. امروزه یکی از کاربردهای عمومی ‌مدار پل وتستون در صنعت استفاده از آن در حسگرهای بسیار حساس است.

در این دستگاه‌ها مقاومت درونی بر اساس سطح یعنی از کرنش (یا فشار یا دما و ...) تغییر می‌‌کند و به عنوان مقاومت نامعلوم R_x عمل می‌‌کند. همچنین به جای این که با تغییر دادن مقاومت R₂ در مدار تعادل ایجاد شود، به عوض گالوانومتر از مداری که می‌‌تواند میزان عدم تعادل در پل را بر اساس تغییر کرنش یا شرایط دیگر اعمال شده بر حسگر کالیبره کند، استفاده می‌‌شود. دومین کاربرد مدار پل وتستون ، استفاده از آن در نیروگاه‌های الکتریکی برای توزیع دقیق خطوط قدرت است. روشی که بسیار سریع و دقیق بوده و نیاز به تعداد زیادی تکنسین در زمینه‌های مختلف ندارد.

"صحیفه امام، ج‏17، ص 90"

اثر هارمونيك ها بر خازن ها

نويسنده : عباس صميمي فر

E-mail: Md.samimi@Gmail.com

 

نقش خازنها به عنوان المان هاي الكتريكي و الكترونيكي كارآمد در صنايع مربوط به توليد و انتقال و توضيع امروزي غير قابل انكار است بگونه اي كه ديگر هرگز نمي توان چنين صنايعي را بدون وجود خازنهاي نيرو متصور شد.از اين رو شناخت كامل خازنها و عوامل تاثير گذار برآنها و حفظ و نگهداري و نظارت دقيق بر آنها ، براي افزايش طول عمر خازن ها و كار كرد بهينه آنها امري است الزامي و اجتناب ناپذير.

كليد واژه- خازن قدرت ، فركانس ، هارمونيك ها.

مقدمه

درسالهاي اوليه هارمونيكها در صنايع چندان رايج نبودند.به خاطر مصرف كننده هاي خطي متعادل. مانند : موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها وروشن كننده هاي ملتهب شونده تا درجه سفيدي و ..... اين بارهاي خطي جريان سينوسي اي در فركانسي برابر با فركانس ولتاژ مي كشند. بنابراين با اين تجهيزات اداره كل سيستم نسبتا با سلامتي بيشتري همراه بود. ولي پيشرفت سريع در الكترونيك صنعتي در كاربري صنعتي سبب بوجود آمدن بارهاي غير خطي صنعتي شد. در ساده ترين حالت ، بارهاي غيرخطي شكل موج بار غير سينوسي از شكل موج ولتاژ سينوسي رسم مي كنند (شكل موج جريان غير سينوسي).

پديدآورنده هاي اصلي بارهاي غير خطي درايوهاي AC / DC ، نرم راه اندازها ، يكسوسازهاي 6 / 12 فاز و ... مي باشند. بارهاي غيرخطي شكل موج جريان را تخريب مي كنند. در عوض اين شكل موج جريان شكل موج ولتاژ را تخريب مي نمايد. بنابراين سامانه به سمت تخريب شكل موج در هر دوي ولتاژ و جريان مي شود. در اين مقاله سعي شده است تا بزباني هرچه ساده تر توضيحي در مورد نحوه عملكرد هارمونيك ها و راه كاري براي دوري از تاثير گذاري آنها بر خازنها ي نيرو ارائه شود.

اساس هارمونيك ها :

اصولا هارمونيك ها آلوده سازي شكل موج را در اشكال سينوسي آنها نشان مي دهند. ولي فقط در مضارب فركانس اصلي . تخريب شكل موج را مي توان در فركانس هاي مختلف (مضارب فركانس اصلي) بعنوان يك نوسان دوره اي بوسيله آناليز فوريه تجزيه و تحليل كرد. در حال حاضر هارمونيكهاي فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه هاي مختلف ضرايب فركانس هاي مختلف در سامانه هاي الكتريكي موجودند كه مستقيما تجهيزات سامانه الكتريكي را متاثر مي سازند. در معنايي وسيعتر هارمونيكهاي زوج و مرتبه 3 هريك تلاش مي كنند كه ديگري را خنثي نمايند. ولي در مدت زماني كه بار نا متعادل است اين هارمونيك هاي زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژي شديد مي شوند. با تمام احوال هارمونيك هاي فرد اول مانند هارمونيك پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و .... عملكرد اين تجهيزات الكتريكي را تحت تاثير قرار مي دهند. براي فهم بهتر تاثير هارمونيك ها ، شكل زير تاثير تخريب هارمونيك پنجم بر شكل موج سينوسي را نشان مي دهد :

 

 

هارمونيك هاي ولتاژ و جريان تاثيرات متفاوتي بر تجهيزات الكتريكي دارند. ولي عموما بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي (Magnetic Interfrence) و همچنين موجب افزايش اتلاف در شبكه هاي توزيع مي شوند. هارمونيكهاي جريان وابسته به بار اند ، در حالي كه سطح هارمونيكهاي ولتاژ به پايداري سامانه تغذيه و هارمونيكهاي بار (هارمونيكهاي جريان) بستگي دارد. عموما هارمونيك هاي ولتاژ از هارمونيك هاي جريان كمتر خواهند بود.

 

تشديد:

اساسا تشديد سلفي – خازني در همه انواع بارها مشاهده مي شود. ولي اگر هارمونيك ها در شبكه توضيع شايع نباشند تاثير تشديد فرونشانده مي شود.

در هر تركيب سلفي – خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستند.

براي تركيبي مثالي براي بار صنعتي كه شامل اندوكتانس بار و يا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل مي كند و رآكتنس خازن تصحيح ضريب توان كه بصورت Xc خودنمايي مي كند فركانس تشديدي برابر با LC خواهيم داشت . رآكتنس خازني متناسب با فركانس كاهش مي يابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حاي كه رآكتنس القايي متناسب با آن افزايش مي يابد (توجه

: XL با فركانس نسبت مستقيم دارد).اين فركانس تشديد به سبب متغير بودن الگوي بار متغير خواهد بود. اين مساله براي ظرفيت خازني ثابت كل براي اصلاح ضريب توان پيچيده تر است. براي درك صحيح اين پديده لازم است دو نوع وضعيت تشديد شامل حالت تشديد سري و حالت تشديد موازي مورد توجه قرار گيرند. اين دو امكان در زير توضيح داده مي شوند.

تشديد سري:

يك تركيب سري رآكتنس سلفي – خازني ، مدار تشديد سري شكل مي دهد كه در شكل زير نشان داده شده است.

 

 

به خاطر تركيب سري سلف و خازن ، در فركانس تشديد امپدانس كل به پايين ترين سطح كاهش مي يابد و اين امپدانس در فركانس تشديد طبيعتي مقاومتي دارد. بنا براين در فركانس تشديد رآكتنس خازني و رآكتنس سلفي (القايي) برابر هستند.اين امپدانس پايين براي توان ورودي در فركانس تشديد ، افزايش تواني جريان را نتيجه مي دهد.شكل داده شده زير رفتار امپدانس خالص در وضعيت تشديد سري را نشان مي دهد.

 

 

در كاربري صنعتي رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهاي اصلاح ضريب توان در سمت ولتاژ پايين به عنوان يك مدار تشديد موازي براي سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور عمل مي كند. اگر اين فركانس تشديد تركيب سلف و خازن بر فركانس هارمونيك شايع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستري با امپدانس پايين ارائه شده توسط خازن ها براي هارمونيك ها ، منجر به افزايش تواني جريان خازن ها خواهد شد. از اين رو خازن هاي ولتاژ پايين در سطحي بسيار بالا اضافه بار پيدا خواهند كرد كه همچنين اين عمل موجب تحميل بار اضافي بر ترانسفورماتور مي شود. اين پديده منجر به تخريب ولتاژ در شبكه ولتاژ پايين مي شود.

 

تشديد موازي:

يك تشديد موازي تركيبي از رآكتنس خازني و القايي است كه در شكل زير نمايش داده شده است.

 

 

در اينجا رفتار امپدانس برعكس حالت تشديد موازي خواهد بود كه در شكل داده شده در زير ، نشان داده شده است.در فركانس تشديد امپدانس منتجه مدار به مقداري بالا افزايش مي يابد. اين ، منجر به بوجود آمدن مدار تشديد موازي ميان خازن هاي اصلاح ضريب توان و اندوكتانس بار مي شود كه نتيجه آن عبور ولتاژ بسيار بالا هم اندازه امپدانس ها و جريان هاي گردابي بسيار بالا درون حلقه خواهد بود.

 

 

در كاربري صنعتي خازن اصلاح ضريب توان مدار تشديد موازي با اندوكتانس بار تشكيل مي دهد.هارمونيك هاي توليد شده از سمت بار رآكتنس شبكه را افزايش مي دهند. كه موجب بلوكه شدن هارمونيك هاي سمت تغذيه مي شود.اين منجر به تشديد موازي اندوكتانس بار و اندوكتانس خازني مي شود. مدار LC (سلفي – خازني) مواز ي ، شروع به تشديد ميان آنها مي كند كه منجر به ولتاژ بسيار بالا و جريان گردابي بسيار بالا در درون حلقه مدار سلف – خازن (LC) مي شود. نتيجه اين امر آسيب به تمام سمت ولتاژ پايين سامانه الكتريكي است.

ايزوله كردن تشديد موازي از ايزولاسيون تشديد سري نسبتا پيچيده تر است.اساسا اين امر بخاطر تنوع بار صنعتي از زماني به زمان ديگر است كه موجب تغيير فركانس تشديد مي شود. شكل زير تاثير ظرفيت خازني ثابت و اندوكتانس متغير را نشان مي دهد.

 

 

اين تغيير مداوم فركانس تشديد ممكن است موجب تطبيق فركانس تشديد بر فركانس هارمونيك شود كه ممكن است منتج به ولتاژ بالا و جريان بالا كه سبب نقص و خرابي تجهيزات الكتريكي مي شوند ، گردد.بنا بر اين در هر دو تشديد موازي و سري خازنهاي قدرت متاثر هستند كه بكار گيري دستگاه هاي حفاظتي و ايمني را براي خازنها ايجاب مي نمايد. اين امر درك صحيح بر خازنهاي قدرت را قبل از از اعمال تصحيح بخاطر تاثير هارمونيك ها و تشديد ايجاب مي نمايد.

خازنهاي قدرت:

خازنهاي اصلاح ضريب توان نسبت به هارمونيك ها حساس اند و بيشتر عيوب خازنهاي قدرت ، عيوبي با طبيعت زير را نشان مي دهند :

هارمونيك ها – هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و ...

تشديد

اضافه ولتاژ

امواج كليد زني

جريان هجومي

ولتاژ آني بازگيري جرقه

تخليه / بازبست ولتاژ

 

بسته به طراحي ساختاري اساسي ، حدود پايداري در مقابل اضافه ولتاژ ، اضافه جريان و هارمونيكها براي دور كردن خازن از خرابي بسيار مهم است.

اساسا خازن ها امواج كليد زني توليد مي كنند كه عموما به عنوان جريان هجومي و اضافه ولتاژ آني دسته بندي مي شوند.

جريان هجومي پديده اي است كه هنگام به مدار وصل كردن خازن ها رخ مي دهد. امپدانس ارائه شده توسط خازن طبيعتا بسيار كم و مقاومتي است. اين امر منجر به جريان هجومي به بزرگي 50 تا 100 برابر جريان اسمي مي شود كه از خازن عبور مي كند ، اما چرا از خازن؟ زيرا امپدانس ترانسفورماتور در زمان روشن كردن خازن ها فقط در مقابل شار جريان مقاومت مي كند.

اين امر هنگامي پيچيده تر مي گردد كه در تركيب موازي بانك خازني ممكن است جريان هجومي كليد زني به سطحي بالاتر از 200 تا 300 برابر جريان اسمي برسد. اين جريان هجومي نتيجه تخليه خازن هاي از پيش شارژ شده موازي با آن مي باشد. در زير اين مطلب نشان داده شده است.نوعا جريان هجومي علاوه بر تخريب در شكل موج جريان سبب تخريب در شكل موج ولتاژ مي شود.

 

 

در هنگام خاموش كردن (از مدار خارج كردن) خازن ها ، بسته به شارژ ذخيره شده در آن ، اضافه ولتاژ ناگهاني بالاتري در زمان خاموش كردن خازن ها بوجود خواهد آمد كه ممكن است موجب پديد آمدن جرقه در پايه ها شود.

هنگامي كه خازن خاموش مي شود شار الكتريكي در خود نگه مي دارد و بوسيله مقاومتهاي تخليه ، تخليه (Discharge) مي شود. مدت زمان تخليه عموما بين 30 تا 60 ثانيه مي باشد. تا زماني كه تخليه بشكل موثري صورت نگرفته نمي توان خازنها را به مدار باز گرداند. هرگونه بازبست خازن قبل از تخليه كامل دوباره موجب افزايش جريان هجومي مي شود.

 

علاوه بر دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها كه با صحت خازن ها نسبت مستقيم دارند ، و در سر خط بعدي تشريح مي شوند ، دستگاه هاي تحليل برنده امواج كليد زني مثل جريان هجومي ، اضافه ولتاژ آني و غيره نياز دارند كه بطور دقيق تعريف و بررسي شوند.

 

دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها:

براي كاربري سالم خازن ها لازم است كه فركانس تشديد مدار LC (سلف – خازن) كه شامل ادوكتانس بار و خازنهاي اصلاح ضريب توان مي شود ، به فركانسي دور از كمترين فركانس هارمونيك تغيير داده شود. براي مثال هارمونيك هايي كه در سامانه توليد مي شوند و خازن هاي قدرت را متاثر مي سازند ، هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و غيره هستند. پايين ترين هارمونيكي كه بر خازن ها تاثير مي گذارد هارمونيك پنجم است كه در فركانس 250 هرتز ديده مي شود. اساسا اگر خازن ها با سلف ها موازي شده باشند ، انتخاب مقدار اندوكتانس به شكل زير است :

تركيب سري LC (سلف – خازن) در فركانسي زير 250هرتز تشديد مي كند . بنابراين در همه فركانس هاي هارمونيك ها تركيب سري سلف و خازن مانند يك تركيب سلفي عمل خواهد كرد و امكان تشديد براي هارمونيك پنجم يا هر هارمونيك بالاتري از بين مي رود. شكل زير ناميزان سازي (De – Tuning) خازن ها را نشان مي دهد.

 

 

اين تركيب سلف و خازن كه در آن فركانس تشديد در فركانسي دور از فركانس هارمونيك تنظيم شده است ، مدار LC (سلف – خازن) ناميزان شده

(De-Tuned) نام دارد. ضريب نا ميزان سازي نسبت رآكتنس به طرفيت خازني است. در مدار خازني ناميزان شده ، اساسا سلف مانند دستگاه مسدود كننده هارمونيك ها عمل مي كند. براي خازن ها ضريب مناسب ناميزان سازي حدود % 7 است كه فركانس تشديد را در 189 هرتز تنظيم مي كند.

اما ، ناميزان سازي % 5.67 همچنين در جايي استفاده مي شود كه فركانس تشديدي معادل 210 هرتز دارد . هر دو درجه ناميزان سازي ، مسدود كردن (بلوكه كردن) هارمونيك ها از خازن ها را تضمين مي كنند. شكل زير درجه ناميزان سازي را نمايش مي دهد.

 

 

 

بانك هاي ناميزان سازي خازن:

بانك هاي ناميزان سازي خازن نيازمند آن هستندكه با نكات اساسي زير مشخص شوند :

انتخاب درجه ناميزان سازي

محاسبه خازن كل خروجي مورد نياز

محاسبه افزايش ولتاژ بوسيله سلف هاي سري

درجه ناميزان سازي مطلوب بر پايه هارمونيك موجود است. لازم است كه هارمونيك هاي سمت بار اندازه گيري شوند تا در درجه ناميزان تصميم گيري شود.

*

خروجي خازن و سطح ولتاژ نياز به انتخاب صحيح بر اساس درجه ناميزان سازي دارند. براي مثال براي %7 ناميزان سازي براي رسيدن به 200 كيلو ولت آمپر رآكتيو خروجي (KVAR) در 400 ولت ، نياز به آن داريم كه خازن 240 KVAR خروجي با ولتاژ 400 ولت انتخاب نماييم. اين بدليل افزايش ولتاژ بوسيله اندوكتانس سري است. مشابها براي رسيدن به 200 KVAR خروجي در ولتاژ 440 ولت به خازن هاي 240 KVAR خروجي 480 ولتي نياز است.

محاسبه افزايش ولتاژ به سبب رآكتنس سري ، بر اساس ناميزان سازي است و به روش زير انجام مي گيرد :

( درجه ناميزان سازي – 1) / (ولتاژ نرمال مجاز) = ولتاژ خازن

 

سامانه خازني ايده آل:

براي تصحيح ضريب توان در بار صنعتي كنوني كه شامل هارمونيك ها و تشديد مي شود ، يك سامانه اتصال خازني اساسا بايد خصوصيات زير را دارا باشد :

ظرفيت خازني متغير بر اساس توان رآكتيو براي دوري از تغيير فركانس تشديد. اين امر انتخاب صحيح پنل هاي APFC را ممكن مي سازد. پنل APFC بايد خصوصيات زير را داشته باشد.

حسگرها بايد به طور مداوم سطح هارمونيك هاي ولتاژ را نمايش دهد و خازن ها را تحت زير سطوح بالاتر هارمونيك ها محافظت نمايد.

انتخاب محدوده هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و همچنين شناخت تخريب همه هارمونيك ها براي تنظيم حدود ايمن و همچنين پيش بيني تغييرات بعدي هارمونيك ها.

مونيتورينگ جريان RMS براي محافظت خازن ها تحت هر حالت تشديد.

كنترل مشخصات ، براي دوري از بكارگيري ظرفيت مازاد خازني تحت حالت كم بار.

انتخاب خازن با عمر بالا و با تضمين مشخصات زير :

ظرفيت اضافه بار : حداقل دو برابر جريان اسمي به طور مداوم و 350 برابر آن هنگام جريان هجومي.

قابليت پايداري در مقابل اضافه ولتاژ :بيشتر از %10 و بالاتر از ولتاژ مجاز بصورت پيوسته.

قابليت پايداري در مقابل هارمونيك ها : تضمين محدوده هاي هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و همچنين براي محدوده هاي THD.

مدار سلفي De – Tuned براي مسدود كردن هارمونيك ها (الگوي هارمونيك بار بايد قبل از تعيين درجه ناميزان سازي (De – Tuning) اندازه گيري شود).

انتخاب سطح خازن و سطح ولتاژ براساس درجه ناميزان سازي.

دستگاه هاي كليدزني با تقليل دهنده هاي داخلي براي تقليل امواج كليد زني براي خازن هاي قدرت.

اساسا اين خصوصيات با مطالعه متناسب هارمونيك هاي ولتاژ بار همراه است كه تضمين مي كند كه تاثير مخرب هارمونيك ها و تشديد از خازن ها دور شود كه بدين وسيله عمر خازن ها و كارايي كل سامانه الكتريكي را افزايش مي دهد.

 

نتيجه گيري

علم به شرايط و خصوصيات خازن ها و عوامل موثر بر آنها از جمله هارمونيك ها نه تنها موجب افزايش امنيت و سلامتي و طول عمر آنها خواهد شد بلكه سبب كاهش هزينه هاي پيش بيني شده و نشده در بكار گيري انرژي الكتريكي مي شود.

جواب :

وقتي براي يك باطري يا يك آدابتور يا هر منبع ولتاژ ديگر جرياني تعيين ميكنند منظور حداكثر جرياني است كه ما ميتوانيم از منبع دريافت كنيم.

چرا نميتوانيم از يك منبع هر چقدر كه دوست داريم جريان بگيريم ؟

( در ادامه مثال ليوان) ضعف جريان دهي بر ميگردد به پمپي كه بالاي ليوانها بود. فرض كنيد ميخواهيم بيشتر از ظرفيت ليوانها از آنها جريان بگيريم.

شير آب پايين ليوانها را تا جايي كه ميتوانيم باز ميكنيم در ضمن لوله ها را هم تا جايي كه ميتوانيم گشاد انتخاب ميكنيم .( يعني مقاومت را تا جايي كه توانستيم كاهش داديم ) ، گفتيم هر چه مقاومت سر راه جريان را كمتر كنيم جريان عبوري بيشتر ميشود. در اين صورت ميشود آنقدر مقاومت رواكم كرد كه جريان به بينهايت نزديك بشود.

ولي اين اتفاق نميافتد چون ما فقط ميتوانيم لوله پايين ليوانها را گشاد كنيم اما شيلنگ بالاي ليوانها را نميتوانيم. قدرت و سرعت آن پمپ را هم نميتوانيم تغيير دهيم پس چه اتفاقي ميافتد ؟

با اين كاري كه ما انجام داديم به سرعت آب از ليوان پر به سمت ليوان نصفه سرازير ميشود و سطح آبشان به يك اندازه ميشود. در اين زمان كوتاه پمپ بالايي قادر نيست كه سطح آبها را مثل همان وضعيت اول نگه دارد . چرا ؟ ( چون خودش هم داراي يك مقاومت است . همان مقاومت شيلنگ و پمپ )(گفتيم تمام رساناها يه مقدار مقاومت دارند) پس چه اتفاقي ميافتد ؟

اختلاف سطح آبها كم ميشود كه اگر مقاومت لوله پاييني را تا حد صفر برسانيم اختلاف سطح آبها نيز به صفر ميرسد. در مدار الكتريكي هم همينطور ميشود يعني اگر بيشتر از حد مجاز از يك منبع جريان بكشيم ولتاژش افت ميكند و اگر مقاومت را تا حد صفر برسانيم ولتاژ دو سر منبع هم صفر ميشود.

منبع ايده آل چيست؟

اين منبع وجود خارجي ندارد.

منبع ايده آل به منبعي ميگويند كه هر چقدر جريان بخواهيم بتوانيم از آن بگيريم بدون اينكه ولتاژ خروجيش كم شود.

پس يك منبع معمولي (غير ايده آل ) را ميتوان مانند يك منبع ايده آل درنظر گرفت كه يك مقاومت با آن سري شده و باعث محدود شدن جريان دهي منبع ميشود.(گفتيم كه مقاومت باعث محدود كردن جريان ميشود ) كه به اين مقاومت مقاومت داخلي منبع گويند در واقع اين مقاومت داخلي درون هر منبعي وجود دارد اما نه به شكلي كه ما فرض ميكنيم (سري) بلكه در ذات هر مولد وجود دارد .

نتيجه گيري : هر گاه از يك منبع جريان بگيريم ولتاژ آن منبع مقداري افت ميكند (كم ميشود) و اين افت ولتاژ به علت وجود مقاومت داخلي آن است .

پس بين دو منبع كه ولتاژ آنها با هم برابر است آن منبعي كه مقاومت داخليش كمتر است ميتواند انرژي بيشتري به ما بدهد.

چگونه مقاومت باعث افت ولتاژ ميشود ؟

گفتيم كه كه هر گاه مقاومتي بر سر راه يك مدار قرار بگيرد باعث محدود كردن (كاهش دادن ) جريان عبوري از آن مدار ميشود .

و اين را هم قبول داريم كه قانون اهم يك قانون اثبات شده است و هيچگاه عوض نميشود .

در مدار شكل جريان عبوري از مقاومت 6 آمپر است . بعد يك مقاومت 2 اهم ديگر نيز به مدار اضافه ميكنيم .

طبق قانون اهم چون مقاومت دوبرابر شد جريان نصف ميشود (مقاومت/ولتاژ=جريان)

سوال :

به هر كدام از مقاومتها چند ولت رسيده ؟

آيا دو سر مقاومت R1 همون ولتاژ قبلي يعني 12 ولت وجود دارد كه باعث شده جريان 3 آمپر از آن عبور كند؟

اگر بگوييم كه همان ولتاژ اولي يعني 12 ولت كه قانون اهم را به هم زديم چون اگر دوسر مقاومت 2 اهمي ولتاژ 12 ولت قرار بديم جريان 6 آمپر از آن عبور ميكند ولي در اينجا جريان 3 آمپر است پس نتيجه ميگيريم كه در مدار دوم ولتاژ كمتري دوسر مقاومت R1 قرار گرفته كه طبق فرمول (جريان * مقاومت = ولتاژ) 3 * 2 = 6 يعني در مدار دوم فقط 6 ولت دو سر مقاومت R1 قرار گرفته (از افت ولتاژ منبع صرفنظر كرديم )

سوال:

براي بقيه ولتاژ چه اتفاقي افتاد؟

بقيه ولتاژ هم به مقاومت R2 رسيده چون مقدار اين مقاومتها با هم برابر است در نتيجه ولتاژي كه به آنها ميرسد هم با هم برابر است.

اين يك قانون است كه هر چه مقاومت بيشتر باشد ولتاژي هم كه به آن ميرسد بيشتر است.

مثال ليوان آب:

گفتيم به ولتاژ الكتريكي فشار الكتريكي هم ميگويند كه منظور همان فشاريست كه به الكترونها وارد ميشود تا آنها را به حركت در بيارود.

در مثال آبي-ليواني هم اين فشار آب كه باعث حركت آب ميشود وقتي يك شير سر راه يك لوله پرفشار قرار ميدهيم آن شير فشار آب را كم ميكند. اصطلاحا ميگوييم فشار را ميشكند. اين موضوع را بارها تجربه كرديد .

وقتي با شيلنگ آب ميپاشيد شير را تا آخر باز ميكنيد كه جلوي فشار آب را نگيرد تا بتوانيد آب را به مسافت دور تري بپاشيد پس با كم و زياد كردن شير آب ميتوانيد فشار آب را به هر اندازه اي كه ميخواهيد تنظيم كنيد.

شير هم كه نقش همان مقاومت را داشت (در مثالهاي قبل) پس مقاومت هم مثل شير باعث افت فشار الكتريكي ميشود.

دانستيم كه مقاومت R2 باعث افت ولتاژ شده پس هر مقاومتي كه در مدار وجود دارد، مقداري از ولتاژ منبع را تقليل ميدهد.

مقاومت چيست ؟

هر هادي الكتريكي در برابر عبور جريان مقداري مقاومت از خود نشان ميدهد اين مقاومت باعث ميشود كه جريان عبوري از هادي محدود شود، مثال دو ليوان آب را به ياد بياريد وقتي بين دوليوان كه مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله اي وصل كرديم آب از طرف ليوان پرتر به طرف ليوانه نصفه در درون لوله به حركت در آمد حالا اگر يك شير سر راه اين لوله قرار دهيم چنانچه شير را به سمت بسته شدن بچرخانيم لوله ارتباطي تنگ تر ميشود در نتيجه جريان آب كاهش پيدا ميكند يعني مقاومت سر راه لوله را افزايش داده ايم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعيين كننده مقدار جريان آب عبوري از لوله است در واقع شير يك وسيله براي كنترل جريان آب است به همين صورت با كم و زياد كردن مقاومت موجود در مسير يك مدار ميتوان جريان كل مدار را كنترل كرد . مقدار مقاومت بستگي به جنس هادي و طول آن دارد كه آن را بر حسب اهم مي سنجند يك اهم عبارتست از مقدار مقاومتي كه اگر به دو سريك منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود جريان يك آمپر از آن عبور كند .

هنگام در گيري سربازهاي سيم و سربازهاي الكتروني ، الكترونها با سلاح هاي گرم به جان سيم مي افتند و در اثر اين جنگ و آتش سوزي مقداري از انرژي سربازهاي الكتروني بصورت گرما هدر ميرود پس يكي از كارهايي كه مقاومت انجام داد اين بود كه مقداري از جريان را تبديل به گرما كرد در بعضي جاها ما عمداً براي توليد گرما از مقاومت استفاده ميكنيم مثل مقاومت تنگستن لامپ يا سيم مقاومت داري كه در سماورهاي برقي يا بخاري برقي ها استفاده ميكنيم كه به آن المنت هم ميگويند.

در اين جور مواقع كه گرما كار مورد نياز ما را انجام ميده ميگيم سيم يا دستگاه انرژي الكتريكي رو مصرف كرده اما هر وقت كه اين گرما را لازم نداشته باشيم و بي علت توليد بشود ميگوييم مقاومت سيم مقداري انرژي الكتريكي را تلف كرده مثل گرمايي كه در سيمهاي انتقال انرژي (سيمهاي رابط ) توليد ميشود .

شكل ظاهري مقاومتها

مقاومت ممكن است چندين حلقه سيم مسي نازك كه به دور هسته اي پيچيده شده است باشد ، و يا از مواد نيمه رسانا مانند كربن ساخته شده باشد. مواد نيمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بيشتري در برابر عبور جريان از خود نشان ميدهند. مقاومتها به اشكال و اندازه هاي مختلفي ساخته ميشوند كه رايجترين آنها ، مقاومتهاي رنگي هستند كه از آنها در جريانهاي پايين استفاده ميشود و در جريانهاي بالا معمولا از مقاومتهاي سراميكي يا آجري استفاده ميشود كه نسبت به مقاومتهاي رنگي حجم بيشتري دارند .

سمبل مداري مقاومت به اين شكلها است :

حالا ميخواهيم يك رابطه بين اين سه كميت پيدا كنيم :

مقاومت ، جريان ، ولتاژ

بازهم مثال ليوان آب :

گفتيم اگه يه شير سر راه لوله رابط دو ليوان قرار دهيم ميتونيم جريان آب را كنترل كنيم حالا فرض كنيد شير آب را به اندازه اي تنظيم كرديم كه در هر ثانيه يك سي سي آب وارد ليوان نصفه ميشود حالا به جاي ليوان پر آب يه گالن پر آب وصل ميكنيم آيا بازم همون مقدار آب وارد ليوان نصفه ميشود ؟

مسلماً اينطور نيست چون فشار آب زياد شده . به ازاي يك ثانيه آب بيشتري از لوله عبور ميكند. پس هرچه فشار آب را زياد كنيم (اختلاف سطح آبها) جريان آب بيشتر ميشود و به همين صورت هم در مدار الكتريكي هر چه فشار الكتريكي (ولتاژ) را افزايش دهيم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جريان نيز بيشتر ميشود.

مقاومت / ولتاژ= جريان عبوري از سيم

يا

جريان / ولتاژ = مقاومت

جريان × مقاومت = ولتاژ

مثال

فرض ميكنيم كه يك مقاومت 5 اهمي داريم دوسرش را به يك منبع ولتاژ 10 ولتي وصل كرده ايم ميخواهيم ببينيم كه چه جرياني از مقاومت عبور ميكند (جريان را با I ولتاژ را با V و مقاومت را R نشان ميدهند)

I=10/5 = 2 A

پس جريان دو آمپر از مقاومت عبور ميكند حالا اگر به جاي مقاومت 5 اهمي مقاومت 4 اهمي قرار بدهيم جرياني كه مقاومت از منبع تغذيه دريافت ميكند 5/2 آمپر ميشود .

پس نتيجه ميگيريم كه هر مقاومت يا هر مصرف كننده فقط به اندازه مورد نياز خود از منبع تغذيه، جريان ميكشد.

توجه داشته باشيد وقتي يك منبع به مقاومتي جريان ميدهد اين جريان از خود منبع تغذيه هم عبور ميكند .

گفتيم كه چون سطح آب درون ليوانها متفاوت است جريان آب برقرار ميشود اما پس از اينكه آب هر دوتا يه اندازه شد ديگر جريان آبي وجود ندارد ( بله درست است چون ديگر اختلافي وجود ندارد) ولي در منبع تغذيه اينطور نيست چون الكترونها دائما توسط نيروي خارجي به يك سمت كشيده ميشوند .

پس براي ليوان هم مي ميتوان فرض كرد كه يك پمپ آب بالاي سر ليوانها وجود دارد كه توسط يك شيلنگ به هراندازه كه آب وارد ليوان نصفه ميشود به همان اندازه آب را برميدارد و به ليوان پر ميريزد و هيچ گاه نميگذارد كه سطح آب درون ليوانها تغيير كند همان كاري را كه نيروي خارجي بر روي يك سيم انجام ميداد (آهنربا) پس چون هميشه اختلاف ثابت است در نتيجه هميشه جريان ثابت و پايدار است .

همان جرياني كه از لوله پاييني ليوانها ميگذرد همان جريان هم از شيلنگ و پمپ بالا ميگذرد.

اين مجموعه را ميتوان به دو قسمت كلي تقسيم كرد 1- منبع تغذيه (شامل دو ليوان و پمپ و شيلنگ) 2- مصرف كننده (لوله پاييني و شير)

پس نتيجه ميگيريم كه در يك مدار بسته جريان بصورت حلقه اي از كل عناصر مدار عبور ميكند (حتي از خود منبع تغذيه ) كه مقدارش در تمام نقاط برابر است .

حالا اگر شير آب را كمي زياد كنيم كل جرياني كه در حال گردش است زياد ميشود اين بدان معناست كه اگر در يك مدار كه بصورت حلقه بسته است چنانچه يكي از عناصر آن را تغيير دهيم جريان در كل مدار تغيير ميكند .

تاريخچه
بعد از اختراع ليزر در سال 1960 میلادی، ایده بکارگیری فيبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت .خبر ساخت اولين فيبر نوری در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفی برابر با اعلام شد که عملا درانتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اينکه در سال 1976 با کوشش فراوان محققين تلفات فيبر نوری توليدی شدیدا کاهش داده شد و به مقدار رسيد که قابل ملاحظه با سيم های کوکسيکال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود.

در ایران در اوايل دهه 60 ، فعاليت های تحقيقاتی در زمينه فيبر نوری در مرکز تحقيقات منجر به تاسيس مجتمع توليد فيبر نوری در پونک تهران گرديدو عملا در سال 1373 توليد فيبرنوری با ظرفيت 50.000 کيلومتر در سل در ایران آغاز شد.فعالیت استفاده از کابل های نوری در ديگر شهرهای بزرگ ايران شروع شد تا در آينده نزدیک از طريق يک شبکه ملی مخابرات نوری به هم متصل شوند.

چگونگي
می دانيم هر گاه نور از محيط اول به محيط دوم که غليظتر است وارد شود دچار شکست ميشود.واگر نور از محيط غليظ با بيش از زاويه حد به سطح آن برخورد کندسطح ماده همانند يک آينه تخت عمل می کند و نور بازتابش می کند.

از اين خاصيت در فيبرهای نوری استفاده شده است. فيبرنوری يک موجبر استوانه ای از جنس شيشه (يا پلاستيک) که دو ناحيه مغزی وغلاف با ضريب شکست متفاوت ودولايه پوششی اوليه وثانويه پلاستيکی تشکيل شده است . بر اساس قانون اسنل برای انتشار نور در فيبر نوری شرط : می بايست برقرار باشد که به ترتيب ضريب شکست های مغزی و غلاف هستند . انتشار نور تحت تاثير عواملی ذاتی و اکتسابی ذچار تضعيف می شود. اين عوامل عمدتا ناشی از جذب ماورای بنفش ، جذب مادون قرمز ،پراکندگی رايلی، خمش و فشارهای مکانيکی بر آنها هستند . منحنی تغييرات تضعيف برحسب طول موج در شکل زير نشا ن داده شده است.

فيبرهای نوری نسل سوم
طراحان فیبرهای نسل سوم ، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای حداقل تلفات و پاشندگی باشند. برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج 55/1 میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج 3/1 میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتا پیچیده تری بود. در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم ، که حداقل پاشندگی ان در محدوده 3/1 میکرون قرار داشت ، به محدوده 55/1 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

نکته قابل ذکر اين است که مشخصات يک محيط (ماده) را با پنج عامل &(سيکما)،u(ميو)، u(ميو پريم)،E(اپسيلن)وE(اپسيلن پريم) تعريف ميکنند.حال فيبر نوری را با يک Eی يعنی از جنسی می سازند تا نور با هر زاويه ای هم که به سطح مقطع آن برخورد کرد از آن خارج نشود و در طول فيبر حرکت کند.فرايند انتقال سيگنال بدين صورت است که يک سيگنال را توسط چند عمل مدولاسيون به فرکانس ۶۴kHzمی رسانند سپس توسط ليزر آن را به فرکانس نور تبديل و به داخل فيبر می تابانند.چون فر کانس نور در حد گيگابايت است يک پهنای باند فوق العاده زياد برای انتقال سيگنال در اختيار ما قرار می دهد وهمچنين با مالتی پلکس کردن سيگنالها ميتوان ۱۹۲۰ کانال را همزمان از داخل فيبر عبور داد.اين خاصيت باعث شده تا ارتباط بين دو مرکز مخابرات تنها با يک رشته فيبر بر قرار شود.اتلاف توان سيگنال در ۱ کيلومتر از فيبر نوری در فرکانس ۴۰۰ گيگا هرتز ۱۰dB است در مقايسه با کابل هم محور به قطر ۱ سانتی متر که در فرکانس ۱۰۰ کيلو هرتز ،۱dBو در فرکانس ۳مگاهرتز dB ۱/ ۵ اتلاف دارد .اين اتلاف کم کم فيبرها باعث شده تا در ميان راه ازrepeater کمتری استفاده شود و از هزينه ها کاسته شود.همچنين ارزان بودن فيبر وخواصی همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از فيبر روز به روز به طور گسترده تری استفاده شود.تنها ايرادی که به فيبر وارد است اينست که به راحتی سيمها نميتوان آنها را پيچ وخم داد زيرا زاويه تابش نور در داخل آن تغيير ميکند و باعث می شود نور از سطح آن خارج شودو اينکه اتصال دو رشته فيبر نيز احتياج به دقت ولوازم خاص خود را دارد.

انواع فيبر نوری:

1 -(single mode fiber)ـsmf:قطر هسته ۹ ميکرون و طول موج ۳/۱ ميکرومتر:

الف:multi mode stop index:زاويه شکست در سراسر کابل يکسان است ودارای پهنای باند ۲۰ تا ۳۰ مگاهرتز است.

ب:multi mode graded index:سرعت انتشار نور در اين کابل در جايی که شکست نور تحت زاويه کمتری صورت می گيرد نسبت به جايی که تحت زاويه بزرگتری صورت می گيرد،بيشتر است.پهنای باند آن ۱۰۰مگا هرتز تا ۱ گيگا هرتز است.

فن آوری ساخت فيبرهای نوری
برای تولید فیبر نوری ، ابتدا ساختار آن در یک میله شیشه ای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیکا ایجادمی گردد و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبرمی گردد . از سال 1970 روش های متعددی برای ساخت انواع پیش سازه ها به کار رفته است که اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه های شیشه ای در اخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند .

روشهای ساخت پيش سازه
روش های فرایند فاز بخار برای ساخت پيش سازه فیبرنوری را می توان به سه دسته تقسیم کرد :
- رسوب دهی داخلی در فاز بخار
- رسوب دهی بیرونی در فاز بخار
- رسوب دهی محوری در فاز بخار


موادلازم در فرايند ساخت پيش سازه
- تتراکلريد سیلسکون :این ماده برای تا مین لایه های شیشه ای در فرایند مورد نیاز است .
- تتراکلريد ژرمانیوم : این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش سازه استفاده می شود .
- اکسی کلريد فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش سازه ، این مواد وارد واکنش می شود .
- گازفلوئور : برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می شود .
- گاز هليم : برای نفوذ حرارتی و حباب زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می گیرد.
-گاز کلر: برای آب زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است .

مراحل ساخت
+ مراحل سیقل حرارتی: بعد از نصب لوله با عبور گاز های کلر و اکسیژن ، در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسیوس لوله صیقل داده می شود تا بخار اب موجود در جدار داخلی لوله از ان خارج شود.
+ مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می شود تا ناهمواری ها و ترک های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند .
+ لایه نشانی ناحیه غلاف : در مرحله لایه نشانی غلاف ، ماده تترا کلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید فسفریل به حالت بخار به همراه گاز های هلیم و فرئون وارد لوله شیشه ای می شوند ودر حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی 120 تا 200 میلی متر در دقیقه در طول لوله حرکت می کند و دمایی بالاتر از 1900 درجه سلسیوس ایجاد می کند ، واکنش های شیمیایی زیر ب دست می آیند.

ذرات شیشه ای حاصل از واکنش های فوق به علت پدیده ترموفرسیس کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده وبر روی جداره داخلی رسوب می کنند و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می شود به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده ویکنواخت می شوند.بدین ترتیب لایه های یشه ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می گردد و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می دهد.

مزاياي فيبر نوري
1- انتقال اطلاعات در فيبر نوري بسيار بالا و در حد سرعت نور مي باشد
2- فيبر هاي نوري از عوامل طبيعي كمتر تاثير مي پذيرند بدين صورت كه ميدان هاي مغناطيسي و يا الكتريكي شديد بر آن هيچ تاثيري نمي گذارد
3- به دليل عدم تاثير پذيري عواملي چون ميدان هاي مغناطيسي مي توان آن را در كنار كابلهاي فشار قوي استفاده كرد
4- توليد آن مقرون به صرفه است به طوري كه حتي از كابلهاي مسي كه هم اكنون براي انتقال اطلاعات استفاده مي شود مقرون به صرفه تر مي باشد
5- به دليل تضعيف بسيار كم شعاع نوري در فيبر نوري نيار به تقويت كننده هاي بين راهي در مسافت هاي طولاني بسيار كمتر از كابلهاي كواكسيال مي باشد

معايب فيبر نوري
1- از فيبر نوري فقط مي توان براي انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع هاي نوري استفاده كرد و نمي توان براي انتقال الكتريسيته استفاده نمود
2- اتصال دو فيبر نوري به يكديگر بسيار مشكل و وقت گير مي باشد و نياز به دانش فني خاص خود را دارد
3- نمي توان چند شعاع نوري را به طور همزمان انتقال داد

منبع : http://www.telecomnet.persianblog.com

Connector Types

حالا ميخواهيم ببينيم كه چگونه براي يك منبع تغذيه جريان تعيين ميكنند ؟

وقتي ميگويند مثلاً : يك باطري يا يك آدابتور 12 ولت و 2 آمپر است يعني اينكه اگر جريان 2 آمپر از اين منبع تغذيه دريافت كنيم كاهش ولتاژش در حدود 5 - 10 درصد است كه اين مقدار كاهش ولتاژ تاثير چنداني بر روي مدارات ندارد حالا اگر بيشتر از اين مقدار جريان از منبع تغذيه بگيريم (مصرف كننده هاي بيشتري به آن وصل كنيم ) اين كار دو پي آمد دارد يكي اينكه ولتاژ مورد نياز را به مانمي دهد (ولتاژش كاهش ميابد) و دوم اينكه به خود منبع تغذيه آسيب وارد ميشود .

معمولاً ولتاژ منابع تغذيه را كمي بيشتر انتخاب ميكنند كه در حالت كار معمولي كه جريان متوسطي از آن گرفته ميشود ولتاژش به ولتاژ اصلي برسد مثلاً يك منبع تغذيه را كه ما به عنوان منبع 12 ولتي خريداري ميكنيم در حالتي كه هيچ مصرف كننده اي به آن وصل نيست اگر با ولتمتر ولتاژش را اندازه گيري كنيم حدوداً 14 ولت را نشان ميدهد .

چرا در حالتي كه منبع به هيچ مصرف كننده اي وصل نيست مقاومت داخلي ولتاژ را افت نميدهد ؟

چون كه مقدار ولتاژي را كه مقاومت داخلي افت ميدهد به مقدار جريان عبوري از منبع تغذيه بستگي دارد كه در اين حالت چون جريان صفر است افت ولتاژي هم وجود ندارد .

نتيجه گيري كلي :

هر منبع تغذيه دو كميت دارد ، يكي ولتاژ و ديگري قابليت جريان دهي (حداكثر جريان مجاز) كه بستگي به مقاومت داخلي اش دارد پس قدرت كلي منبع تغذيه به اين دو كميت وابسته است لذا براي تعيين قدرت يك منبع كميت سومي نيز بوجود مي آيد كه توان نام دارد و واحد آن وات (W) است كه از حاصلضرب جريان و ولتاژ بدست مي آيد يعني توان يك منبع 12 ولتي 2 آمپر 24=12*2 وات است كه نشان دهنده قدرت آن ميباشد .

هر چه توان يك منبع بيشتر باشد حجم و وزن آن نيز بيشتر ميشود . فرق باطري ماشين با 8 عدد باطري 1.5 ولتي سري(باطري قلمي) در اين است كه اگر با 8 عدد باطري 1.5 ولتي بتوانيم حداكثر 2 لامپ 12 ولتي را روشن كنيم با باطري ماشين دست كم 50 عدد از همان لامپ را ميتوان هم زمان روشن كرد زيرا مقاومت داخلي باطري ماشين خيلي كم است و وقتي جريان زيادي از آن دريافت ميكنيم كاهش ولتاژش كم است ولي در باطري قلمي وقتي بيشتر از 2 يا 3 لامپ به آن وصل ميكنيم ولتاژش كاهش يافته و نور لامپها كم ميشود.

براي محاسبه مقدار افت ولتاژ از همان رابطه اهم استفاده ميكنيم

V=R*I

طبق اين رابطه مقدار افت ولتاژ دو سر مقاومت با تغيير جريان تغيير ميكند.

براي هر عنصري كه در يك مدار الكتريكي وجود دارد ميتوان توان را محاسبه كرد بطور كلي دو نوع توان در يك مدار وجود دارد 1- توان توليدي كه توسط منبع تغذيه توليد ميشود 2- توان مصرفي كه توسط مصرف كننده ها مصرف ميشود ، در يك مدار هميشه توان توليدي با توان مصرفي برابر است ((در صورت صرفنظر كردن از تلفات سيمهاي رابط))

تواني كه يك مقاومت مصرف ميكند به جريان عبوري از آن بستگي دارد كه طبق رابطه زير محاسبه ميشود :

W=R*I^2

بطور كلي سه فرمول براي توان ميتوان نوشت :

W=V^2/R

W= V*I

W=R*I^2