دوائر القطع Clipping Circuits

وتسمى هذه الدوائر أيضا دوائر التحديد (Limiter circuits)؛ وتستخدم لتحديد قيمة فرق الجهد الكهربائي بحيث لا تتعدى قيمة (أو قيما) قصوى معينة.
أي بعبارة أخرى هذه الدوائر صممت كي تمنع الجهد الداخل للدارة من اجتياز قيمة محددة مطلوبة .

الدائرة التالية تمثل دائرة تحديد بسيطة نستخدم لتحديد القيمة العظمى لفولطية المخرج ومنعه من تجاوز قيمة عظمى معينة (القيمة Vbias) .

Positive Bias Diode Clipping

وتبدأ دراسة كيفية عمل مثل هذه الدائرة بتحديد العلاقة بين القيمة اللحظية للفولطية المدخلية (Vin) ووضعية الديود. فعلى إفتراض أن الديود D مثالياً (ideal diode)، فعندما تكون القيمة اللحظية للفولطية المدخلية Vin أقل أو تساوي فولطية البطارية Vbias فإن هذا الديود يكون في وضع off وتصبح الدائرة المكافئة لهذه الدائرة كما يلي:

في هذه الحالة، فإن: Vout=Vin
وعندما تصبح القيمة اللحظية للفولطية المدخلية Vin أعلى من فولطية البطارية Vb يصبح الديود D في وضع on وتصبح الدائرة المكافئة كما يلي:

في هذه الحالة فإن  Vout=Vbias 
مما سبق يمكن الإستنتاج أن قيمة الفولطية المخرجية Vout لا يمكن أن نتعدى قيمة فولطية البطارية Vbias
تذكر أن الدايود يكون في وضع on (يعمل كسلك في الدارة) عدما يكون جهد مصعدة أكثر إيجابية من جهد مهبطة بقيمة 0,7  في حال دايود السليكون و 0,3 في  حال دايود الجرمانيوم .
لاحظ أن اتجاه الدايود في الدارة يحدد هل القطع يتم على نصف الموجة الموجب أو السالب فاتجاه الدايود كما في الشكل الأعلى جعل القص يتم على نصف الموجة الموجب ولجعل القص يتم على النصف السالب نقوم بعكس اتجاه الدايود كما في الشكل التالي :

Negative Bias Diode Clipping

مثال 1 (قص من الأعلى) : ارسم موجة جهد الخرج للدارة بافتراض أن الديود مثالي

مثال 2: ارسم موجة جهد الخرج للدارة بافتراض أن الديود سليكوني

لاحظ أن في المثال 2 يكون القص عند الجهد 6,7 لأننا أضفنا جهد العتبة لديود السلكون .

مثال 3 (قص من الأسفل) :  ارسم موجة جهد الخرج للدارة بافتراض أن الديود مثالي

مثال 3 (قص من الجهتين) : ارسم موجة جهد الخرج للدارة بافتراض أن الديودين مثاليين 

مما يجب ذكره أنه في الدوائر العمليّة للمحددات يتم اسبدال البطاريات بثنائيات زينر فالدائرتين التاليتين متكافئتين من حيث العمل .

تستخدم دوائر الـ clipper لحماية مداخل الأجهزة الألكرونية من من ارتفاع الجهد عليها أكثر من الحد المطلوب فهي تسمح فقط للمطال المناسب بالدخول للجهاز وتقص الموجات الأعلى .

تقويم الموجة الكاملة Full Wave Rectification

في تقويم نصف الموجة  يستفاد من نصف موجة الدخل فقط. وبالتالي فإنه يهدر نصف القدرة، وقد أمكن تفادي هذه السلبية باستخدام تقويم الموجة الكاملة.هذه الدائرة تقوم بتقويم التيار في مقاومة الحمل اثناء النصف الموجب والنصف السالب من موجة الدخل. وتستخدم هذه الدائرة اربعة ديودات متصلة على شكل قنطرة، ولذلك سميت بقنطرة تقويم الموجة الكاملة Full Wave Bridge Rectifier كما في الشكل :

مبدأ العمل :

في النصف الموجب من موجة الدخل يكون الديودان D1 و D2 في حالة انحياز أمامي، ويكون الديودان  D3 و D4 في حالة انحياز عكسي، فيمر التيار في مقاومة الحمل من خلال D1 ويعود من خلال D2 كما في الشكل المجاور . ولاحظ اتجاه التيارفي الحمل.

أثناء النصف السالب من موجة الدخل يكون الديودان D3 و D4 في حالة انحياز أمامي،ويكون  الديودان D2 و D1  في حالة انحياز عكسي، فيمر التيار في مقاومة الحمل من خلال
D3 ويعود من خلال D4 كما في الشكل . ولاحظ اتجاه التيار في الحمل أيضا حيث إنه نفس الاتجاه في النصف الموجب.

أثناء مرور التيار في الحمل خلال كل نصف موجة من موجة الدخل، فإن ديودين يعملان لتمرير التيار. لذلك فإن قيمة جهد القوة للخرج هي:

والقيمة المتوسطة لجهد الخرج هي :

ومن الملاحظ آن القيمة المتوسطة لجهد الخرج هي ضعف القيمة المتوسطة في حالة توحيد نصف موجة. علماً بأن فقد 1.47 لا يشكل خسارة البتة، حيث إن جهد الدخل عادة  يكون كبيرا ويتم تخفيضه باستخدام المقوم ولا نحتاج إلا لنسبة صغيرة منه. إضافةً إلى أن سعر قنطرة التقويم زهيد جدا ولا يمثل أي تكلفة مادية، وقد تم إنتاج القنطرة في قطعة إلكتيرنية واحدة إذ لا يحتاج إلى توصيل أربعة ديودات أثناء بناء الدائرة عمليا.

ترشيح (تنعيم) موجة الدخل Filtering

كما لاحظنا أن شكل موجة الخرج عبارة عن أجزاء موجبة قد تم توحيد اتجاه التيار فيها ، حيث لا يوجد تغيرفي الاتجاه (لا يوجد جزء سالب) ، ولكن هذه الموجة غيرمستقيمة كما هو الحال في التيار المستمر، لذلك كان لابد من مرشح لإزالة التعرجات في موجة الخرج. المرشح المستخدم مكون من مكثف يوصل على التوازي مع مقاومة الحمل كما في الشكل
وكلما كانت قيمة المكثف كبيرة، كان التنعيم أفضل.

ويمكن اختيار سعة المكثف المناسب حسب القانون :

حيث F هو تردد موجة الدخل .

دوائر التقويم Rectification Circuits

مقدمة عن دوائر التقويم :

تستخدم دوائر التقويم لتحويل التيار المتردد (AC cureent) إلى تيار مستمر (DC current) يمكن استخدامه لشحن بطاريات أو تغذية الأجهزة الالكترونية المختلفة، إذ لا يخلو أي جهاز  الكتروني تقريباً من وحدة تغذية تحوي إحدى دوائر التقويم. وتستخدم المقومات الخاصية الرئيسية للديود وهي إمكانية الديود بالسماح بمرور التيار الكهربائي خلاله باتجاه معين ومنعه من المرور بالإتجاه الآخر.

ومن المعلوم أن الأجهزة الإلكترونية كالتلفاز والمذياع والجوال وغيرها تعمل باستخدام التيار المستمر، فالراديو مثلا، يعمل باستخدام البطاريات، ويعمل أيضا عند توصيله بالتيار المنزلي المتردد. هذه الأجهزة تحتوي في داخلها على دائرة تقويم لتغذيتها بالتيار المستمر والمستمد من التيار المتردد. وتعتبر هذه الطريقة أفضل من استخدام البطاريات والتي يتطلب استبدالها باستمرار كلما فرغت. إضافة إلى أن بعض الأجهرة تتطلب قدرة عالية لا يمكن توفيرعا باستخدام البطاريات الصغيرة لذا سوف نستعرض أولا الشكل العام لدوائر القدرة للتيار المستمر ثم كيفية بناء دوائر تقويم نصف الموجة والموجة الكاملة وفائدة عمل المرشحات بشيء من التغصيل.

مصدر القدرة للتيار المستمر

يستخدم مصدر القدرة للتيار المستمر لإمداد كافة الدوائر الإلكتيرنية بالقدرة اللازمة لعملية التشغيل، حيث أنه يقوم بتحويل الجهد القياسي المتردد المتاح إلى جهد مستمر ذو قيمة ثابتة. ويمثل الشكل التالي المخطط الصندوقي لمصدر القدرة للتيار المستمر حيث يقوم المقوم أولا بتقويم اتجاه التيار في صورة نبضات ثم يقوم المرشح بعملية تنعيم للإشارة وذلك عن طريق مجموعة مكثفات، ثم ياتي دور منظمات الجهد والتي تحافظ على قيمة الخرج عند قيمة محددة حسب التطبيق المستخدم فيه الدائرة.

أنواع دوائر التقويم 

دائرة تقويم نصف الموجة  Half Wave Rectification

دائرة تقويم الموجة الكاملة Full Wave Rectification

دائرة تقويم نصف الموجة Half Wave Rectification

إن دارة تقويم نصف الموجة تتكون من مصدر تغذية متردد وديود ومقاومة الحمل والتي تمثل عمليا الجهاز المراد تغذيته .

ويوضح الشكل  موجة الدخل الجيبية والمكونة من نصف موجب ونصف سالب. ففي أثناء النصف الموجب، يكون جهد (P) أكبر من جهد (N) للدايود مما يجعل الدايود في حالة انحياز أمامي. فيمر التيار في مقاومة الحمل، ويستهلك الدايود 0.7V ، ويقع باقي الجهد على مقاومة الحمل  وعندما يتغير اتجاه موجة الدخل في النصف السالب، فإن جهد (P) يكون أقل من جهد (N). وبالتالي فإن الموحد لا يمر التيار إلى الحمل لأنه في حالة انحياز عكسي، ونتيجة لذلك، يكون الجهد الواقع على مقاومة الحمل صفرا ويتحمل الموحد كل جهد الدخل والذي يسمى قمة الجهد العكسي (Peak Inverse Voltage (PIV
ولذا فإنه يجب التأكد من أن قيمة PIV تكون أقل من جهد انهيار الديود VB. وإلا فإن الديود سوف ينهار ويمرر تيار خلال النصف السالب وتفشل عملية التقويم
 يوضح الشكل موجة الدخل وموجة الخرج، ومن الملاحظ أن جهد الخرج مكون من نصف موجة الدخل، ولذا سميت الدائرة بدائرة تقويم نصف موجة.

نلاحظ أن قيمة جهد الخرج تساوي جهد القمة للدخل مطروحا منها 0,7 والتي يستهلكها الدايود :
Vp(out) = Vp(in) —0.7
والقيمة المتوسطة لجهد الخرج هي :

استخدام المحول في دوائر التقويم

عادة يكون المطلوب من دائرة التقويم ان يكون جهد الخرج المستمر صغيرا وذلك لتشغيل الدوائر الإلكترونية، وغالبا ما يكون جهد الدخل المتردد عاليا كجهد المنزل المتاح (110V-220V). ولذا كان من الأفضل تخفيض قيمة جهد الدخل باستخدام المحول Transformer كما في الشكل . وفائدة اخرى للمحول هي عزل مصدر الدخل عن الدائرة الإلكترونية وذلك لحماية الجهاز عند حدوث اي خلل في جهد الدخل.

والمحول له ملفات ابتدائية Primary Turns وملفات ثانوية Secondary Turns، يمكن التحكم في قيمة جهد الخرج عن طريق التحكم فى عدد اللفات الابتدائية وكذلك الثانوية حسب القانون التالي :

حيث :
_Npri :  عدد اللفات الابتدائية
_Nsec: عدد اللفات الثانوية
_Vpri: الجهد على الملفات اللفات الابتدائية
_Vsec: الجهد على الملفات اللفات الثانوية
وكما هو واضح من الشكل فإن جهد الدخل بالنسبة لدائرة التقويم هو Vsec وهو Vs للدارة .

خلاصة التقويم نصف الموجة :

- للديود المثالي وفي الجزء الموجب لموجة الفولطية المدخلية فإن فرق الجهد بين طرفي الديود (فولطية الديود) يساوي صفرا.
- للديود السيليكوني وفي الجزء الموجب لموجة الفولطية المدخلية فإن فرق الجهد بين طرفي الديود يساوي Vt
- في الجزء السالب لموجة الفولطية المدخلية فإن فرق الجهد بين طرفي الديود يساوي الفولطية المدخلية.
- القيمة القصوى لفرق الجهد بين طرفي الديود في الجزء السالب لموجة الفولطية المدخلية تساوي Em ، وحتى لا ينهار الديود فإن فولطية الانهيار العكسي للديود (reverse breakdown voltage) يجب أن تكون اعلى من هذه القيمة.
ومما يجب ذكره أن فولطية الانهيار العكسي ( reverse breakdown voltage) والتي يرمز لها عادإ بالرمز VBR هي القيمة القصوى للفولطية العكسية التي يتحملها الديود دون أن ينهار.

أجيال الاتصالات

 نقدم مقارنة بسيطة بين أجيال الإتصالات لنركز الأضواء على العناوين العريضة التي تميز كل جيل وأهم الخصائص . 

 
الجيل الأول (G1 1980)
----------------------------------
الملامح العامة :
- استخدام النظام التماثلي Analog
- كانت تستخدم التقسيم الترددي FDMA
- نظام التضمين FM
- ضعف الحماية ضد التطفل والإختراق لعدم اعتمادها على التشفير
- اقتصار الخدمات على نقل الصوت فقط
- جودة منخفضة لاعتمادها النظام التماثلي
- عدم وجود معايير دولية وبالتالي عدم التوافق في النظام

الجيل الثاني (G2 1992)
-----------------------------------
- استخدام التقنية الرقمية بعد تطور الدارات الرقمية
- سعات عالية مقارنة مع الجيل الأول
- تم وضع معايير دولية مما سهل انتشارها
- تستخدم تقنية الوصول TDMA و FDMA و CDMA
- التضمين QPSKو GMSK في الإرسال والاستقبال
- جودة عالية لاعتمادها التضمين الرقمي
- حماية عالية لاستخدامه تقنيات التشفير
- توفر العديد من الخدمات مثل نقل الصوت والفاكس والSMS
- أجهزة صغيرة الحجم واستهلاك أقل للطاقة .

الجيل الثاني المطور G2.5 1999-2001
-------------------------------------------------
- استخدام أنظمة إضافية لزيادة سرعة نقل البيانات
- استخدام تقنيات الإنترنيت
- نقل البيانات والوسائط المتعددة

الجيل الثاث G3 2001
----------------------------
المميز في هذا الجيل أن المنظمات الدولية بدأت بوضع معايير موحدة لأنظمة هذا الجيل للوصول معايير موحدة .
- تستخدم نظام الوصول WCDMA
- تستخدم تضمين QPSK في الإرسال والاستقبال .
ظهرت أربع أجيال من التكنولوجيا المستعملة في شبكات الجيل الثالث
3G تصل سرعتها إلى 1.9 ميغا
3.5G تصل سرعتها إلى 14.4 ميغا
3.75G تصل سرعتها إلى 42 ميغا
سلبيات تقنيات الجيل الثالث هو ارتفاع التكلفة فالمتعاملون يشتكون من ارتفاع ثمن شراء الحزمة المارة التي توفر الأنترنت ذات التدفق السريع الموجهة للـ 3G لذلك فقد لجأ أغلب مزودي هذه الخدمات في أغلب الدول إلى انتهاج سياسة المحدودية ويقصد بها تحديد كمية البيانات الممنوحة للعميل مقابل كل شحن لاشتراكه فاصبحت السياسة المعتمدة هي إدفع أكثر تحمل أكثر وأغلب المتضررين هم من أصحاب إشتراكات الدفع المسبق

الجيل الرابع G4 2010
----------------------------
- التوجه الأساسي لهذا الجيل هو الوصول إلى سرعة بيانات عالية تصل إلى 100 Mbps لتخدم تطبيقات الفيديو والإنترنيت بصورة ممتازة
- سيتم استخدام بروتوكولات الشبكات ونظام IP لكل مستخدم ولهذا الغرض يتطلب وضع خلايا محلية بين التجمعات السكانية والمكاتب والشركات وهذا يستدعي تركيب آلاف الخلايا داخل المدينة .
ملخص الجيل الرابع هو الاعتماد أكثر على الشبكات حيث يهدف يهدف إلى نقل بروتوكولات وأنظمة الشبكات الخاصة بالإنترنت إلى الشبكة الخلوية بالإضافة إلى اعتماد سرعات أعلى .

- إمكانية التنقل بين الأنظمة المختلفه بجهاز واحد (مثلاً من شبكة الهاتف النقال إلى شبكة الأقمار الصناعية إلى الشبكات اللاسلكية المحلية)

سوف تقدّم هذه التقنية سرعات عالية بتقنية مختلفة تصل إلى 173 ميغابت / الثانية في مراحله الأولى حتى تصل إلى 1 غيغابت/ الثانية في مراحلة المتقدمة حيث أن عملاء هذا الجيل سيتمكنون من الاتصال بالإنترنت بسرعة تحميل 100 ميغابيت/ الثانية.

تعليق :
---------
الشي المميز بدراسة الإتصالات أنو نحنا عم ندرس أمور معاصرة جدا وحديثة جدا .. وعاصرناها بشكل عملي وملموس ..
مثلا أنا بذكر أول ما شفت جهاز الخليوي كان الجهاز القديم الأخضر الاسطورة 3310 اشتراه أحد الأقارب بما يزيد عن الخمسين ألف وسعر الخط 25 ألف وكان فعلا فقط لاستقبال المكالمات الهاتفية دون أي ميزات أخرى ..
وعاصرنا تطور أنظمة الاتصالات جيل بعد جيل وصارت ثورتين في وقت واحد .. ثورة في أنظمة الاتصالات وثورة في تصنيع أجهزة الخلوي يلي بتناسب متطلبات كل جيل .. فعاصرنا هواتف الدمعة مثلا وبذكر لحد الأن علائم الدهشة لما قدرت أبعت صورة عن طريق رسائل الــ MMS بعدين لتظهر الثورة الهائلة مع دخول الجيل الثالث والإنترينت الفائق السرعة (نسبيا لما قبلها )ويلي واكبتها بنفس الفترة ثورة الهواتف يلي بتعتمد على اللمس بالأصبع .
يعني فينا نقول أنو ثورة الاتصالات يلي بدأت بشكل ملموس مع بداية الـ 2000 رح تستمر وبقوة شديدة خلال القرن القادم وإذا عشنا لنشوف الجيل الخامس وحسب ماني مأقرأ عن الخطط المستقبلية لهاد الجيل فيمكن يصير فيكن تحملو على جهازكن الخليوي جميع الأفلام يلي أنتجتها هوليود خلال فترة قصيرة جدا حيث سرعة التحميل تصل إلى 1 تيرا في الثانية .

البوابات المنطقية القابلة للبرمجة FPGA

تقنية الـ FPGA: field-programmable gate array أو كما يعرف باللغة العربية باسم "البوابات المنطقية القابلة للبرمجة". تعتبر من أقوى تقنيات التحكم ومعالجة البيانات الرقمية والتي تستخدم بكثافة في اﻷنظمة المدمجة Embedded Systems للمشاريع الكبيرة والمعقدة.

يعتمد مفهوم الـ FPGA على التحكم والمعالجة باستخدام البوابات المنطقية AND-OR-NOT-Xor .. الخ مباشرة دون استخدام معالج تقليدي حيث تحتوي هذه الشرائح علىكمية كبيرة جداً من هذه البوابات (تبدأ من 20,000 بوابة وحتى 10,000,000 بوابة في بعض الشرائح) ويتم توصيل هذه البوابات ببعضها البعض عبر لغات خاصة HDL: hardware description language .

توفر دوائر التحكم المصنوعة بهذه التقنية سرعة فائقة، حيث يتم معالجة الاشارات الكهربية في الوقت الحقيقي Real Time processing مما يجعلها المنصة المناسبة ﻷنظمة التحكم في السيارات أو الطائرات وأي نظام آخر يحتاج لنظام تحكم بسرعة استجابة عالية جداً تصل الى بضعة نانوثانية Nano Seconds (جزء من مليار من الثانية).

ومن التقنيات المنافسة للـ FPGA هي الشرائح المخصصة للمعالجة الرقمية للبيانات DSP: Digital Signal Processors وهي شرائح خاصة مصنوعة لتقوم بوظائف معالجة محددة مسبقا بسرعة وكفائة عالية جداً وبتوفير كبير للطاقة والسعر في ذات الوقت مثل: معالج الصور أو الفيديو - معالجةالصوت - معالجة اﻷشارات اللاسلكية و الراديو ... الخ.

حالياً الشركات المتخصصة في ال FPGA مثل Altera و Xilinx تعمل على تقديم شرائح FPGA تحتوي على معالجات DSP بداخلها لتقديم أقوى واسرع أداء لمعالجة البيانات.