تکنیک پالس یکی از درس‌های تخصصی و نسبتاً چالشی رشته مهندسی برقه. مخصوصاً برای بچه‌های گرایش الکترونیک، دیجیتال و مخابرات. این درس حول محور مدارهای مختلط و دیجیتال می‌چرخه و هدفش اینه که مهندسای برق رو با دنیای فیلترها، مولتی ویبراتورها و طراحی اونها آشنا کنه. جلوتر که ب...
آشنایی با دوره تکنیک پالس
تکنیک پالس یکی از درس‌های تخصصی و نسبتاً چالشی رشته مهندسی برقه. مخصوصاً برای بچه‌های گرایش الکترونیک، دیجیتال و مخابرات. این درس حول محور مدارهای مختلط و دیجیتال می‌چرخه و هدفش اینه که مهندسای برق رو با دنیای فیلترها، مولتی ویبراتورها و طراحی اونها آشنا کنه. جلوتر که بریم، بحث طراحی مدارهای مجتمع، مدارهای قفل‌شونده با فاز (PLL) و مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال هم وسط میاد.
یه نکته جالب: با وجود تغییراتی که تو چارت درسی مهندسی برق اتفاق افتاده و تکنیک پالس از درس‌های اصلی حذف شده، همچنان یکی از مباحث کلیدی و پرکاربرده که به درس‌های الکترونیک و دیجیتال منتقل شده. پس اگه دانشجوی برقی، خیالت راحت باشه که این مباحث به کارت میاد.
تو این دوره چی یاد می‌گیری؟ 🎯
هدف اصلی این دوره، آشنایی و طراحی مدارهای الکترونیکی شکل‌دهنده و مولد پالس و دیجیتاله. یعنی قراره یاد بگیری چطور با سیگنال‌های پالس کار کنی و مدارهایی بسازی که این سیگنال‌ها رو تولید یا پردازش می‌کنن. چیزهایی که قراره باهاشون دست‌وپنجه نرم کنی:
پاسخ مدارهای RC، RL و RLC به شکل‌موج‌های پالس، مثلثی و نمایی (متناوب و نامتناوب)
حالات گذرا در قطع و وصل دیود و ترانزیستور — پاسخ دیود به ورودی دیجیتال در جهت مثبت و منفی، همینطور پاسخ MOS
مدارهای شکل‌دهنده به موج و طراحی مولدهای توابع خطی و غیرخطی با آپ‌امپ
مولتی ویبراتور دو حالته و اشمیت تریگر، پایداری، سرعت و طراحی با OPAMP، مدارهای TTL و CMOS
مولتی ویبراتور یک حالته (گسسته و مجتمع) و کاربردش در زمان‌سنجی
مولتی ویبراتور نوسانی با و بدون کریستال
ICهای زمان‌سنج مثل 555 و کاربردشون در تولید و شکل‌دهی موج
مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ، مدارهای نمونه‌بردار (Sample & Hold) و شبکه نردبانی R-2R
سوئیچ MOSFET
حسگرها: فاصله، فشار، ارتعاش، دما و...
از بین این مباحث، مدارات دیودی، کلیدهای ترانزیستوری، آپ‌امپ و مدارات سوئیچینگ و مولتی ویبراتورها از مهم‌ترین بخش‌ها هستن که حتماً باید روشون مسلط بشی.
سیگنال پالس چیه و چرا مهمه؟
شکل پالس از یه تغییر گذرا و سریع تشکیل می‌شه — از یه مقدار پایه به یه سطح بالاتر یا پایین‌تر می‌ره و بعد از یه مدت مشخص دوباره برمی‌گرده به همون مقدار پایه. به این سیگنال، سیگنال پالس می‌گن.
سیگنال پالس یه سیگنال یک‌طرفه و غیرسینوسیه که شبیه موج مربعه ولی مثل اون متقارن نیست. اگه چندتا پالس پشت سر هم بیان، بهش می‌گن قطار پالس. این قطار پالس عملاً نشون‌دهنده تغییرات ناگهانی سطح بالا و پایین از سطح پایه‌ست که می‌تونه به صورت ON/OFF در نظر گرفته بشه. مثلاً اگه به یه کلید الکتریکی ورودی پالس بدی، طبق همون سیگنال روشن یا خاموش می‌شه.
اصطلاحات کلیدی سیگنال پالس
عرض پالس (Pulse Width): مدت زمان پالس
دوره (Period): فاصله از یه نقطه در یه چرخه تا همون نقطه در چرخه بعدی
چرخه کاری (Duty Cycle): نسبت عرض پالس به دوره
زمان صعود (Rise Time): زمانی که طول می‌کشه تا سیگنال از ۱۰٪ به ۹۰٪ حداکثر دامنه برسه
زمان نزول (Fall Time): زمان کاهش سیگنال از ۹۰٪ به ۱۰٪ دامنه
Overshoot: وقتی لبه جلویی شکل‌موج از حداکثر مقدار طبیعی خودش فراتر می‌ره
Undershoot: وقتی لبه انتهایی شکل‌موج از حداکثر مقدار معمولش بیشتر می‌شه
Ringing: نوسانات میرا بعد از overshoot و undershoot که ناخواسته و مزاحمن
مدارهای پالس و سوئیچ‌ها
سوئیچ وسیله‌ایه که یه مدار رو ایجاد یا قطع می‌کنه و حتی می‌تونه داده آنالوگ رو به دیجیتال تبدیل کنه. یه سوئیچ کارآمد باید سریع باشه و بدون جرقه سوئیچ کنه. چند نوع سوئیچ داریم:
سوئیچ‌های مکانیکی: قدیمی‌ترین نوع سوئیچ‌ها که با سوئیچ‌های الکترومکانیکی و الکترونیکی جایگزین شدن
سوئیچ‌های الکترومکانیکی (رله‌ها): ترکیبی از مکانیکی و الکترونیکی، بزرگ‌تر از سوئیچ‌های الکترونیکی و کوچک‌تر از مکانیکی
سوئیچ‌های الکترونیکی: ترانزیستور به دلیل سرعت بالا و عدم جرقه، پرکاربردترین کلید الکترونیکیه
انواع چفت در رله‌ها
SPST: یه قطب، یه پرتاب
SPDT: یه قطب، دو پرتاب (انتخاب بین دو مدار)
DPST: دو قطب، یه پرتاب
DPDT: دو قطب، دو پرتاب (دو اتصال همزمان)
مزایای سوئیچ الکترونیکی
اندازه کوچیک‌تر، وزن سبک‌تر، بدون قطعات متحرک، مقاومت بیشتر در برابر سایش، نویز کمتر، سرعت بالاتر، قیمت مناسب‌تر، نگهداری راحت و سرویس بدون دردسر به خاطر حالت جامد بودن.
ترانزیستور به عنوان سوئیچ
ترانزیستور به عنوان یه سوئیچ الکترونیکی با هدایت در حالت اشباع یا قطع کار می‌کنه. ناحیه بین این دو، ناحیه خطیه که ترانزیستور به عنوان تقویت‌کننده خطی عمل می‌کنه.
حالت‌های روشن و خاموش
حالت قطع (Cut off): وقتی پایه ترانزیستور منفی می‌شه، ترانزیستور قطع می‌شه و جریان کلکتور صفر می‌مونه (IC = 0). ولتاژ VCC روی مقاومت کلکتور RC ظاهر می‌شه، پس VCE = VCC.
ناحیه اشباع: وقتی ولتاژ پایه مثبت می‌شه و ترانزیستور اشباع می‌ره، جریان از RC می‌گذره، VCC روی RC می‌افته و خروجی صفر می‌شه.
خطی که نقطه اشباع (A) رو به نقطه قطع (B) وصل می‌کنه، خط بار (Load Line) نامیده می‌شه. چون ولتاژ dc هست، بهش خط بار DC می‌گن.
ملاحظات عملی
تو دنیای واقعی، شرایط ایده‌آل همیشه برقرار نیست:
در حالت قطع، یه جریان نشتی کوچیک (چند میکروآمپر) از کلکتور عبور می‌کن
