المبدالت الرقمية التناظرية (DAC)

الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

أوضح أحمد أن الدائرة تستخدم مزيجًا من الدوائر المنطقية المتسلسلة والتوافقية. الجزء الأول من الدائرة هو وسيلة لتفعيل/تعطيل الدائرة. اقترح أحمد استخدام قلاب لضبط/إعادة ضبط الإنذار. ووجد أنه بحاجة إلى إضافة دائرة تأخير لمنح المستخدم وقتًا للخروج من السيارة بعد ضبط الإنذار قبل تفعيل الدائرة. واقترح أحمد أيضًا إضافة دائرة تأخير أخرى للسماح بإعادة الدخول إلى السيارة لتعطيل الإنذار. تُفعّل الدائرة التركيبية الإنذار عندما تكون الدائرة مفعلة وينشط مستشعر واحد أو أكثر. يمكن أن تكون المستشعرات على الأبواب والنوافذ أو تكتشف الحركة داخل السيارة. أوضح أحمد أنه يجب تثبيت إشارة الإنذار بمجرد تشغيل الدائرة. (تخيل ما سيحدث إذا فعل لص سيارات الإنذار بفتح باب السيارة، ثم أغلق الباب عندما ينطلق الإنذار.) واقترح استخدام دائرة المؤقت 555 المتكاملة لتوليد الصوت، وقد سبق له أن استخدم الدائرة نفسها في مشاريع أخرى. تخيل أنك معلم أحمد. حدد ما يأتي:

• الجوانب الجيدة من التصميم المقترح
• مجالات التحسين.

تعالج الحواسيب الرقمية الأرقام في صورة رقمية ثنائية. هذه الأرقام قد تمثل مقادير فيزيائية مثل درجة الحرارة أو الضغط أو الجهد وما إلى ذلك. تقدم المستشعرات المستخدمة لمراقبة التغيرات الفيزيائية عادةً قيمًا تناظرية. وكما ذكرنا سابقًا، يمكن لهذه المستشعرات أن تأخذ أي قيمة ضمن النطاق المحدد وهي بطبيعتها "سلسة". وهذا يشبه حالة المحركات التي تشغل بأي سرعة في نطاق معين. أما الإشارات الرقمية فلا يمكنها أن تأخذ سوى قيم منفصلة، وذلك بخطوات محددة بأصغر وحدة بت (البت الأقل أهمية ⁦(LSB)⁩). وقد سبق توضيح ذلك في الشكل 23.9. وحتى يتمكن الحاسوب من مراقبة القيم من أجهزة الاستشعار التناظرية وإخراج الإشارات إلى الأجهزة التناظرية، لا بد من تبديل الإشارات التناظرية إلى إشارات رقمية أو الإشارات الرقمية إلى إشارات تناظرية. ستجد أنه من السهل فهم كيفية عمل المبدل التناظري الرقمي عند فهم آلية تشغيل المبدل الرقمي التناظري أولًا. توجد العديد من المبدلات الرقمية التناظرية المتاحة تجاريًا. يأخذ المبدل الرقمي التناظري إشارة رقمية متعددة البتات ويولد إشارة خرج تناظرية مكافئة. كل بت من الإشارة يحمل "وزنًا ثنائيًا" مختلفًا. يُضرب البت في عامل وزنه لتحديد إسهامه في القيمة الإجمالية. ثم تُجمع إسهامات كل بت لإعطاء المكافئ التناظري. يقدم ما يأتي فكرة عن التصميم المطلوب للمبدل الرقمي التناظري:

• جزء من الدائرة لإعطاء الوزن الصحيح لكل بت
• جزء لجمع الإسهامات الفردية.

  الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

هذا التصميم هو الأبسط من حيث المفهوم، لكنه ليس عمليًا جدًا في التنفيذ. ينطبق هذا خاصةً على نموذج الدوائر المتكاملة، سواء كانت بتكامل واسع النطاق ⁦(LSI)⁩ أو بتكامل متوسط النطاق ⁦(MSI)⁩. تستخدم الدائرة مكبرًا تشغيليًا موصولًا ليكون مكبر تجميع. يتصل كل بت بأحد الإدخالات. ويحدّد وزنه بناءً على نسبة مقاوم التغذية الراجعة إلى مقاوم الدخل. تحتوي الدائرة النموذجية في الشكل 23.59 على إدخالات مكونة من 4 بتات فقط. من الناحية العملية، سيكون عدد البتات أكبر (8 بتات، 16 بت، 32 بت أو أكثر).

مبدل رقمي تناظري موزون ثنائي ذو 4 بتات يحتوي على مقاومات دخل بقيمة 1 كيلو أوم و 2 كيلو أوم و 4 كيلو أوم و 8 كيلو أوم. وقيمة مقاوم التغذية الراجعة تبلغ 8 كيلو أوم. احسب قيمة الخرج عند نمط البتات 0110، إذا كان المنطق ⁦0 = 0⁩ فولت والمنطق ⁦1 = -0.25⁩ فولت، $V_{out} = -\left\{ \left( \frac{R_f}{R_0} D_0 \right) + \left( \frac{R_f}{R_1} D_1 \right) + \left( \frac{R_f}{R_2} D_2 \right) + \left( \frac{R_f}{R_3} D_3 \right) \right\}$ $V_{out} = -\left\{ \left( \frac{8k}{8k} \times 0 \right) + \left( \frac{8k}{4k} \times (-0.25) \right) + \left( \frac{8k}{2k} \times (-0.25) \right) + \left( \frac{8k}{1k} \times 0 \right) \right\}$ $V_{out} = -\left\{ (0) + (-0.5) + ((-1)) + (0) \right\}$ $V_{out} = -\{-1.5\} = 1.5 V$ لاحظ أن أصغر مقاوم دخل يعطي أكبر وزن.

المبدل الرقمي التناظري باستخدام الشبكة السلمية ⁦R - 2R⁩ تعد شبكة ⁦R - 2R⁩ في الشكل 23.60 تحسينًا للمبدل الرقمي التناظري الثنائي الموزون. وتستخدم فقط قيمتين مختلفتين للمقاوم، ⁦R⁩ و ⁦2R⁩. صُممت الدائرة بحيث تكون المقاومة عند أي عقدة "عند النظر إلى اليسار" هي ⁦2R⁩، و"عند النظر إلى اليمين" هي أيضًا ⁦2R⁩. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

يستند اختيار المبدلات الرقمية التناظرية إلى المعلومات الواردة في أوراق بيانات الجهة المصنعة. توفر أوراق البيانات معلومات حول المعلمات المختلفة التي قد تحتاج إلى مراعاتها.

تشير إلى أصغر تغيير في جهد الخرج التناظري. وهي تعادل البت الأقل أهمية ⁦(LSB)⁩. إذا كان للدخل ⁦n⁩ بتات، $\text{Resolution (الدقة)} = \frac{\text{Range of output values (نطاق قيم الخرج)}}{\text{Maximum number of steps (الحد الأقصى لعدد الخطوات)}}$ فإن الحد الأقصى لعدد الخطوات يُحدّد كالآتي $\text{Maximum number of steps} = 2^n - 1$

مثال عملي

$\text{Resolution} = \frac{V}{2^n - 1}$ $\text{Resolution} = \frac{5}{2^8 - 1}$ $\text{Resolution} = \frac{5}{255}$ $\text{Resolution} = 19.6 mV$

من المتوقع أن يعطي رمز الدخل الذي يساوي صفرًا خرجًا مقداره 0 فولت. ومع ذلك، قد توجد إزاحة صغيرة (أي أن خاصية النقل لا تمر عبر الأصل، كما هو موضح في الشكل 23.61).

البت الأقل أهمية ⁦(LSB) -⁩ الرقم ذو الوزن الثنائي الأدنى. الدقة - قيمة 1 بت الأقل أهمية. الإزاحة - مقياس يحدد مدى بعد دالة عن الأصل. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

يشير كسب المبدل الرقمي التناظري إلى العلاقة بين جهد الخرج كامل النطاق والجهد المرجعي الداخلي المستخدم مع المستوى المنطقي. من الناحية المثالية، توجد علاقة خطية بين جهد الخرج التناظري والدخل الرقمي.

يمكن تقليص الكسب والإزاحة الصفرية بحيث تمر نقاط النهاية للخاصية عبر الأصل ونقاط النطاق الكامل المطلوبة. وهذا لا يضمن وقوع النقاط الوسيطة على خط مستقيم. على سبيل المثال، يؤدي حدوث خطأ صغير جدًا في عامل وزن بت إلى عدم الخطية في كل مرة يُضبط فيها هذا البت على قيمة مرتفعة. يمكن التعبير عن الخطية بعدة طرق، مثل الانحراف عن الخط المثالي في صورة نسبة مئوية، أو الانحراف عن النطاق الكامل في صورة جزء في المليون، أو في صورة جزء من بت واحد من البتات الأقل أهمية ⁦(LSB)⁩.

تتزايد الإشارة (أو تتناقص) دون أي تغيير في الاتجاه، كما هو موضح في الشكل 23.61.

يُعبر عن هذا الزمن عادةً بأنه الوقت المستغرق للاستقرار في حدود ±0.5 بت من البتات الأقل أهمية ⁦(LSB)⁩. قد يكون هذا متوسط الوقت الذي يتطلب تغيير بت واحد فقط سيكون أسرع من الانتقال الذي يتضمن تغيير العديد من البتات.

العلاقة الخطية - خرج يزداد بخطوات متساوية لقيم الدخل الرقمية. وكل خطوة تساوي 1 بت من البتات الأقل أهمية ⁦(LSB)⁩. رتب - استمرار قيمة الإخراج في الارتفاع (أو الانخفاض) دون انحراف. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

تتطلب بعض استخدامات المبدل الرقمي التناظري قيمًا سالبة وموجبة. وهذا ما يسمى بالتشغيل ثنائي القطب.

من أمثلة استخدامات المبدل الرقمي التناظري استخدامه في مشغل الموسيقى الرقمي. حيث تُحوّل البيانات المخزنة في صورة ثنائية إلى فولتية تناظرية لتشغيل مكبر الصوت. والمتطلبات الرئيسة للمبدل الرقمي التناظري هي سرعة التشغيل والخطية والدقة العالية. يمكن ضمان الدقة باستخدام متعددة البتات (على سبيل المثال، 32 بت). الخطية مطلوبة لضمان إعادة الأصوات المطلوبة بدقة عن طريق تجنب التشويه. يجب التحكم في معدل تغذية الإدخالات إلى المبدل الرقمي التناظري، وذلك باستخدام معالج دقيق أو متحكم دقيق مخصص لهذا الغرض.

هناك عدد من الطرق لتحويل إشارة تناظرية إلى قيمة رقمية. تختلف المبدلات التناظرية الرقمية في درجة تعقيد الدوائر التشغيل، إلا أن كل أنواعها المختلفة تأخذ عينات من الإشارة التناظرية للحفاظ على القيمة المحولة (والاحتفاظ بها) طوال الوقت الذي يستغرقه اكتمال التحويل. من الطرق البسيطة لأخذ عينة والاحتفاظ بها هي استخدام مكثف. حيث يمكنه التبديل للاتصال بالدخل التناظري في أثناء وقت أخذ العينة، ثم يتصل بالمبدل التناظري الرقمي في أثناء مدة الاحتفاظ.

من الناحية العملية، تُعزل إشارات أخذ العينة والاحتفاظ بها لمنع تفريغ المكثف وفقدان العينة. يُعرف الوقت المستغرق لتتبع إشارة الدخل والحصول على إشارة العينة باسم زمن الالتقاط. في أثناء زمن الالتقاط (أخذ العينات)، يتبع خرج دائرة أخذ العينة والاحتفاظ بها إشارة الدخل التناظرية. ويستقر عند القيمة النهائية خلال مدة الاحتفاظ يوضح الشكل 23.63 عملية أخذ العينات والاحتفاظ بها. مع المبالغة في توقيت العملية لتوضيحها بشكل أفضل. البناء والتشغيل

يعمل المبدل التناظري الرقمي باستخدام تقنية المنحدر والعداد على توليد جهد متزايد (جهد المنحدر). ويجري مقارنة جهد المنحدر بإشارة الدخل التناظرية. ويبدأ تشغيل العداد مع بداية المنحدر، ويتوقف العداد عندما يصل جهد المنحدر إلى قيمة جهد الدخل التناظري. وتمثل القيمة المخزنة في العداد قيمة رقمية مرتبطة مباشرة بحجم جهد الدخل. وتستغرق عملية التحويل وقتًا أطول عند تحويل جهد كبير مقارنة بالجهد الصغير. وتستخدم إشارات تحكم لتحديد بداية التحويل ونهايتها.

أخذ العينات والاحتفاظ بها - طريقة لالتقاط إشارة الدخل والحفاظ على قيمتها ثابتة حتى اكتمال التحويل. زمن الالتقاط - الوقت الذي يستغرقه المبدل التناظري الرقمي لالتقاط جهد الدخل بغرض أخذ العينات. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

تسلسل عملية التحويل يجري على النحو التالي:

• تعيد إشارة البدء ضبط العداد إلى الصفر، وتُمكّن البوابة للسماح بعد نبضات الساعة.
• تُدخل إخراجات العداد إلى المبدل الرقمي التناظري الذي يولد بدوره إشارة منحدر.
• يُقارن خرج المنحدر بإشارة الدخل المأخوذة كعينة. وتظل البوابة في وضع التمكين إلى أن يصبح جهد المنحدر مساويًا لإشارة الدخل.
• عندما يصبح جهد المنحدر مساويًا لإشارة الدخل، يجري تعطيل البوابة، ويتوقف العد.
• يمكن استخدام إشارة تعطيل البوابة بوصفها إشارة تحكم للإشارة إلى اكتمال عملية التحويل.
• تكون قيمة العداد متناسبة مع جهد الدخل.

  يتمثل عيب هذا النظام في أن العداد يُعاد ضبطه عند كل عملية تحويل ويبدأ العد من الصفر. فإذا كانت الإشارة ذات جهد كبير وتتغير ببطء نسبي، ستستغرق كل عملية تحويل وقتًا طويلاً، لكن القيم الناتجة ستكون متقاربة للغاية. يعتمد تحسين هذا النظام الأساسي على استخدام عداد تصاعدي/تنازلي "لتتبع" التغيرات الحاصلة في الإدخالات. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

أحد أكبر عيوب المبدلات التناظرية الرقمية من نوع "المنحدر والعداد" هو طول الوقت اللازم لإجراء عملية التحويل، إذ يبلغ الحد الأقصى لوقت التحويل $2^n$ دورة ساعة، حيث إن الحرف ⁦n⁩ يمثل عدد البتات. أما النوع الذي يعمل بالتقريب المتتالي يُعد أسرع كثيرًا. 1 تبدأ عملية التقريب بوضع القيمة المنطقية "1" على البت الأكثر أهمية ⁦(MSB). 2⁩ يُقارن خرج المبدل الرقمي التناظري بعينة من إشارة الدخل. 3 إذا كان خرج المبدل الرقمي التناظري شديد الارتفاع، يُعاد ضبط البت الأكثر أهمية ⁦(MSB)⁩ إلى القيمة المنطقية "0". أما إذا كان شديد الانخفاض، يُترك عند القيمة المنطقية "1". 4 يجري التعامل مع كل بت بطريقة التسلسل نفسها، إلى أن تصل جميع البتات إلى المستويات المنطقية الصحيحة. يحتاج المبدل التناظري الرقمي ذي ⁦n-⁩بت فقط إلى ⁦n⁩ نبضات ساعة قبل أن تكون جميع البتات صحيحة. (قد تقتضي الحاجة توفير بعض الوقت الإضافي عند التطبيق العملي).

يُعد هذا النوع من المبدلات التناظرية الرقمية الأسرع، لكنه في الوقت ذاته الأعقد من الناحية الداخلية، حيث يجري تغذية عدد من المقارنات بسلسلة من المقاومات ذات الأثقال المختلفة، ويُقارن كل إدخال بجهد مرجعي. وبعد ذلك، تُرسل إخراجات المقارنات إلى شبكة مشفر تنتج الخرج بالتنسيق المطلوب، مثل الوزن الثنائي للأرقام 8-4-2-1، أو النظام العشري المشفر ثنائيًا ⁦(BCD)⁩ أو كود غراي أو أي تنسيق آخر. نظرًا إلى أن جميع البتات تُحوّل بالتوازي، فإن وقت التحويل يعتمد فقط على سرعة تشغيل المقارن الواحد وأي تأخيرات في زمن الانتشار داخل شبكة المشفر. يعمل المبدل الوميضي النموذجي عند ترددات تتراوح بين 10-20 ميجاهرتز، ما يجعله مناسبًا لأجهزة مثل راسامات الذبذبات الرقمية وإشارات التلفزيون وتحليل الإشارات. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

يشير هذا النطاق إلى الفرق بين أصغر وأكبر جهد دخل تناظري لاستخدام النطاق الكامل للقيم الرقمية. (قد لا يتسبب الجهد الأكبر والأصغر في حدوث تلف، ولكن لا يمكن حله).

تُحدّد الدقة بعدد بتات الخرج، والتي تُحدّد عدد حالات الخرج. $\text{Resolution} = \frac{\text{Range of input voltage}}{\text{Maximum number of steps}}$ $\text{Resolution} = \frac{V}{2^n - 1}$

لا يمكن حل القيم التناظرية إلا إلى أقرب مستوى مسموح به. حيث تُقرّب إما لأعلى أو للأسفل إلى أقرب وحدة بت من الوحدات الأقل أهمية ⁦(LSB)⁩. ويبلغ الخطأ الكمي المسموح به ±0.5 وحدة بت من الوحدات الأقل أهمية.

الخطأ الكمي - خطأ ناتج عن حصر تحليل القيم التناظرية فقط إلى أقرب مستوى مسموح به. حيث تُقرّب إما لأعلى أو للأسفل إلى أقرب وحدة بت من الوحدات الأقل أهمية ⁦(LSB)⁩. ويبلغ الخطأ الكمي ±0.5 وحدة بت من الوحدات الأقل أهمية. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

يجب أن يكون تردد أخذ العينات سريعًا بما يكفي لإعادة بناء الإشارة الأصلية بدقة. ويجب كذلك تنفيذ عملية أخذ العينات وفقًا لنظرية شانون، التي تنص على أن تردد أخذ العينات يجب أن يكون على الأقل ضعف أعلى تردد موجود في الإشارة المراد أخذ عينات لها. ولأغراض عملية، يجب أن يكون تردد أخذ العينات على الأقل 5 إلى 20 ضعف أعلى تردد لتجنب ظاهرة التشويش. ويشير التشويش إلى تحديد تردد الإشارة التناظرية بشكل غير صحيح بسبب عدم ملائمة تردد العينة. يمكن ملاحظة تأثير التشويش في الشكل 23.67، حيث أُخذت عينات لموجة جيبية بتردد 10 مرات و 0.9 مرة من تردد الموجة.

نطاق جهد الخرج في مبدل تناظري رقمي مكون من 8 بتات يتراوح من 0 إلى 5 فولت، ويبلغ وقت استقراره 1.5 ميكرو ثانية.

• أ. دقة المبدل التناظري الرقمي
• ب. الخطأ الكمي.

  الحل

$\text{Resolution} = \frac{V}{2^n - 1}$ من السؤال، $V = 5$ فولت، $n = 8$، لذلك $\text{Resolution} = \frac{5}{2^8 - 1}$

التشويش - تحديد تردد الإشارة التناظرية بشكل غير صحيح بسبب عدم ملائمة تردد العينة. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

$\text{Resolution} = \frac{5}{256 - 1}$ $\text{Resolution} = 0.0196 V/bit$ $\text{Resolution} = 19.6 mV/bit$

من حساب الدقة، 1 بت الأقل أهمية = 19.6 مللي فولت $\text{Quantising error} = \pm \frac{1}{2} LSB$ $\text{Quantising error} = \pm 9.80 mV$

• التحليل
• التفسير
• الابتكار
• التعلم المستمر
• الاهتمام الفكري والفضول
• التواصل
• العمل الجماعي
• التعاون
• المسؤولية

قدم هذا الجزء من الوحدة العديد من الأفكار والتطبيقات الجديدة. أحد العوامل الرئيسة التي يجب مراعاتها هي كيفية تطوير معرفتك بالإلكترونيات مع اكتساب الخبرة. يعد اتباع نهج الأنظمة مفيدًا بشكل خاص في مجال الإلكترونيات حيث توجد إدخالات ومعالجة وإخراجات. كل مرحلة تؤدي وظيفة محددة. ترتبط المراحل معًا، حيث تنتقل خطوة بخطوة. احتفظ بسجل للأفكار الجديدة التي تتعلمها، ووثقها في أثناء تعلمها.

تمرين تقييمي 23.2

نفذ سلسلة من التمارين العملية التي تدرس بنية الكتلة وتدفق الإشارة في:

• نظام تناظري معقد
• الأنظمة الرقمية
• الأنظمة الإلكترونية المختلطة التي تتضمن تحويل الإشارات.

  يجب عليك التحقق من عدد من الأنظمة التناظرية والرقمية المعقدة المبنية مسبقًا. قم بالآتي لكل منها:

• رتب الرسومات التخطيطية للدوائر التناظرية والرقمية المعقدة في مخططات جماعية.
• حدد الأنظمة الفرعية.
• استخدم المخططات التخطيطية ومخططات الكتلة لتحديد نقاط الاختبار الرئيسة.
• قس القيمة التشغيلية الصحيحة للإشارات في نقاط الاختبار الرئيسة باستخدام معدات الاختبار (على الأقل مليميتر، راسام الذبذبات ثنائي التتبع، مولد الإشارات، المجس المنطقي، مقياس التردد) بشكل مناسب.
• أجر الاختبارات الوظيفية بأمان للأنظمة التناظرية والرقمية المعقدة لقياس الإشارات الرئيسة.
• سجّل جميع قياساتك بشكل منهجي.

  الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

ابحث واكتب تقريرًا عن إنشاء أنواع المبدلات التناظرية الرقمية وتشغيلها. لفعل ذلك، يجب عليك: 1 ضبط المبدلات التناظرية الرقمية لأخذ عينة من الإشارة الجيبية. تدوين التأثير في:

• نطاق دخل الجهد التناظري
• الدقة
• الخطأ الكمي
• الخطية
• معدل أخذ العينات
• التشويش نتيجة معدل أخذ العينات الناقص.

  2 ضبط المبدل الرقمي التناظري لإنشاء موجة سن المنشار. تدوين التأثير في:

• الدقة
• الخطية
• الإزاحة

  أعد سجل يلخص التجارب العملية والتقارير التي أجريتها، واستكشف الأنظمة الفرعية التي تشكل الأنظمة التناظرية والرقمية المعقدة.

التخطيط سأخطط:

• لمعرفة المعدات، بما في ذلك معدات السلامة، التي سأحتاج إليها لإنجاز المهام
• لتحديد المشكلات التي يجب عليّ مراعاتها، والأبحاث التي ينبغي لي فعلها قبل الشروع في هذه المهمة
• لوضع خطة زمنية مع تحديد معالم رئيسة لمتابعة تقدمي.

  التنفيذ سأضطلع:

• باتباع خطتي الزمنية واستخدام المعالم الرئيسة لتقييم تقدمي في هذه الفترات
• بجمع أدلة كافية على الاختبارات التي أجريت
• بتحديد المواضع التي واجهت فيها مشكلات وتعديل تفكيري/منهجي لكي أعود إلى المسار الصحيح.

إجراء عملية اكتشاف الأعطال بأمان للأنظمة الإلكترونية المعقدة على النحو المطبق في المجال

في هذا الجزء، ستتحقق من الأخطاء النموذجية والتقنيات المستخدمة لتحديدها. وستستخدم معدات وأدوات الاختبار الإلكترونية لتحديد الأخطاء في الدوائر الإلكترونية. وستتعلم كيفية العمل بأمان عند اكتشاف الأخطاء في الدوائر الإلكترونية. وستحدد الأخطاء في الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية والمختلطة.

بالعمل في مجموعة صغيرة، أعدوا قائمة بمصادر الخطر في منطقة عملك. ما المخاطر التي يمكن أن تسببها لك وللآخرين الذين يعملون بالقرب منك؟ ما الذي يمكنك فعله للحفاظ على سلامتك وسلامة الآخرين؟

يُعد العمل بأمان أمر جد مهم في جميع فروع الهندسة. ستجد معلومات إضافية في: الوحدة 19: الأجهزة والدوائر الإلكترونية، الوحدة 20: الدوائر الإلكترونية التناظرية، الوحدة 21: القياس والاختبار الإلكتروني للدوائر.

تقنيات اكتشاف الأعطال

تعتبر الأعطال الدائمة الأكثر شيوعًا في الدوائر الكهربائية والإلكترونية، والتي يمكن أن تكون أعطالًا في الدائرة المفتوحة أو الدائرة القصيرة. وهذا النوع من الأعطال يُظهر دائمًا نفس السلوك. يحدث عطل الدائرة المفتوحة بسبب كسر في المسار الموصل، وهو ما يؤدي إلى انعدام تدفق التيار. وقد يكون ناتجًا عن فشل في مكون معين، أو وصلة ملحومة بشكل سيئ، أو كسر في الموصل بسبب ضرر ميكانيكي. ويمكن أن تصبح مكونات مثل المقاومات أو الثنائيات أعطالًا في دائرة مفتوحة إذا تدفق تيار زائد خلالها. كذلك، قد يصبح المكثف الكهربائي عطلًا في دائرة مفتوحة مع تقدم العمر نتيجة جفاف المادة الإلكتروليتية. يمكن استخدام جهاز قياس متعدد الأغراض (ملتيميتر) لفحص استمرارية مسارات لوحات الدوائر المطبوعة ⁦(PCB)⁩، والموصلات. ويجب أن تكون جميعها ذات مقاومة منخفضة. فإذا كانت القراءة عالية للغاية أو تظهر "⁦OL⁩"، فهذا يشير إلى وجود دائرة مفتوحة. يؤدي عطل الدائرة القصيرة إلى تدفق التيار عبر مسار غير مخطط له في الدائرة. فعلى سبيل المثال، قد يؤدي ذلك إلى تدفق تيار كبير خاطئ، وهو ما قد يتسبب في تلف مكونات أخرى. وقد يكون العطل نتيجة عزل تالف بين الموصلات، ما يسمح للأسلاك بالاتصال ببعضها. وتُستخدم المصاهر والقواطع الكهروميكانيكية في الدوائر حتى تتمكن من الانفصال عند وجود تيار خطأ.

الأعطال الدائمة - الأعطال التي تعطي دائمًا نفس السلوك. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

وقد تكون الأعطال نفسها متقطعة. ويمكن أن تظهر الأعطال المتقطعة على فترات غير منتظمة ثم يبدو أنها تتلاشى. وهذا يجعل تحديدها أكثر صعوبة. يمكن أن تكون الأعطال المتقطعة ناتجة عن مكونات قديمة، أو عزل ضعيف بين المكونات، أو التوصيلات السيئة. وقد تتحول هذه الأعطال إلى أعطال دائمة.

تعمل الرسومات التخطيطية والقياسات المتوقعة والأشكال الموجية عند نقاط الاختبار الرئيسة على توفير معلومات مهمة لتحديد الأعطال. يوضح الشكل 23.69 رسمًا تخطيطيًا بالقيم المتوقعة عند نقطتي اختبار.

عادةً ما يوفر موردو المعدات أدلة تشغيل عند تسليم أي معدة من المعدات للعميل. قد يتضمن دليل التشغيل جداول استكشاف الأعطال وإصلاحها وأكواد الأعطال. ويمكن أن يحتوي أيضًا على مخططات وظيفية تحدد القيم المتوقعة للإدخالات وإخراجات الأنظمة والأنظمة الفرعية. فعلى سبيل المثال، قد يشير الرسم التخطيطي لمستقبل تعديل التردد ⁦(FM)⁩ إلى قيمة جهد التيار المستمر عند نقاط اختبار مختلفة، والقيمة المتوقعة للتردد الوسيط ⁦(IF)⁩، والأشكال الموجية عند نقاط الاختبار. مخطط استكشاف الأخطاء وإصلاحها هو أداة مرئية تساعد على تحديد المشكلات وحلها. وقد يعرض في صورة مخطط تدفق، أو، على سبيل المثال، في صورة جدول يحتوي على الأعطال النموذجية والأسباب المحتملة وخطوات الحل خطوة بخطوة، أو سلسلة من الأسئلة الشائعة ⁦(FAQs)⁩. تقدم البيانات الصادرة عن الشركات المصنعة معلومات حول معلمات المكونات، مثل أقصى تيار أمامي للدايود أو ترتيب أطراف التوصيل في الدائرة المتكاملة. تُعد سجلات اكتشاف الأعطال السابقة، مثل تقارير الأعطال/الإصلاحات، من أهم مصادر المعلومات. ويمكن من خلال تحليل التقارير السابقة تحديد أنماط الأعطال، ويمكن أن تسلط الضوء على الأعراض، وهو ما يسهل عملية تحديد الأعطال. ويصبح التحليل أبسط عند الاحتفاظ بالسجلات بشكل إلكتروني.

الأعطال المتقطعة - الأعطال التي يمكن أن تظهر على فترات غير منتظمة، ثم يبدو أنها تتلاشى، وهو ما يجعل الصعب تحديدها. مخطط استكشاف الأخطاء وإصلاحها - أداة مرئية تساعد على تحديد المشكلات وحلها. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية

من المهم دائمًا العمل بطريقة منهجية عند محاولة تحديد العطل في النظام. وتوفر طريقة النقاط الست منهجًا منظمًا يمكن العمل من خلاله. وفي هذه الطريقة، تتعلق النقاط من 1 إلى 3 بعملية تحديد العطل، بينما تتعلق النقاط من 4 إلى 6 بعملية إصلاحه.

راقب عمل النظام إذا كان من الأمن فعل ذلك. وفي حالة عدم عمله، استخدم جميع حواسك لجمع الأدلة؛ هل هناك رائحة احتراق؟ هل يوجد جزء يبدو ساخنًا؟ هل يمكنك رؤية أي شيء غير عادي؟

هل جميع الأدلة ذات صلة؟ هل يمكن تجاهل أي شيء؟ هل الأدلة تتطابق مع أي عطل واجهته من قبل؟ هل تساعدك على الوصول إلى تشخيص محتمل؟ هل تحتاج إلى جمع المزيد من الأدلة؟

تحقق من الأجزاء التي تعتقد أنها الأكثر عرضة للعطل بناءً على الأدلة التي حللتها. استخدم تقنية أو أكثر من التقنيات لتحديد موقع العطل.

قد تجد أن النظام لا يعمل بسبب تلف المصهر. ومع ذلك، عند استبدال المصهر، يتلف مرة أخرى لأن سبب العطل هو مكون آخر تعرض لدائرة قصيرة، ما يؤدي إلى تدفق تيار خاطئ. ومن الضروري العثور على السبب الجذري للعطل لمنع تكراره.

عندما تحدد السبب الجذري للعطل، يمكنك إصلاحه. على سبيل المثال، يمكنك استبدال المكون التالف في الحالة السابقة.

احرص على إجراء الاختبارات اللازمة للتأكد من عمل النظام بشكل صحيح بعد إصلاح العطل.

عند محاولة اكتشاف عطل في دائرة إلكترونية، يجب أن تبدأ بالفحص البصري، إذ يمكن لإجراء الفحص البصري تحديد المشكلات التي تحتاج إلى اختبارات إضافية باستخدام معدات وأدوات الاختبارات الإلكترونية. واحرص على تنفيذ عملية الفحص البصري في بيئة مضاءة جيدًا وخالية من الشحنات الكهروستاتيكية. وقد تكون العدسة المكبرة أداة مفيدة في الاختبار. من المهم في أثناء إجراء الفحص البصري أن تستخدم جميع حواسك. وتحقق من وجود أي مكونات محترقة أو تغير في اللون، يمكنك استخدام حاسة الشم. استخدم حاسة اللمس للتحقق من وجود أي وصلات غير محكمة. وتحقق كذلك من وجود أضرار مادية مثل التشققات أو الخدوش.

تتضمن عملية تتبع الإشارات مقارنة الإشارات مع قيمها المتوقعة في أثناء مرورها عبر النظام.

خذ قياسات بدءًا من الدخل باتجاه الخرج. وتحقق من صحة الإشارات إلى أن تجد العطل.. وعندها، ستعرف أي جزء من الدائرة يحتاج إلى مزيد من الفحص.

الفحص البصري - الخطوة الأولى في البحث عن أعطال دائرة إلكترونية. تتبع الإشارات - مقارنة الإشارات مع قيمها المتوقعة في أثناء مرورها عبر النظام. الوحدة 23 الأنظمة الإلكترونية التناظرية والرقمية