مبادئ الصوت والمكبرات

تداخل بناء : التداخل الذي تمنح به كل إشارة للأخرى القوة ، ويشكلان بمجموعهما موجة ثالثة ، ذات سعة مضاعفة ويحدث ذلك في حال تساوي طور الموجة بين الموجتين . تداخل هدام : ويشير هذا التداخل إلى أنه عند حدوث التداخل تدمر الإشارة المتنقلة الأولى الإشارة الأخرى ، وتقلل من قيمتها ، ويحدث ذلك عندما تساوي الطور ⁦(Phase shift) 180⁩ درجة .

انحراف مسار موجات الصوت عند انتقالها من وسط إلى آخر ؛ نتيجة اختلاف سرعة الصوت وطول الموجة في هذين الوسطين ، ومن الأمثلة على ذلك ، انتقال موجات الصوت من الهواء البارد إلى الهواء الساخن أو العكس.

تُعرف على أنها انتشار الموجات حول الحواجز ، حيث يمكن أن يحدث الحيود في الصوت ، وإحدى نتائج الحيود هي عدم إنشاء الظلال الحادة ، وتنتج هذه الظاهرة عن التداخل ، فعندما يتم تركيب الأمواج ، فإنها قد تعزز بعضها أو تلغيها ، وتكون أكثر وضوحاً عندما يكون طول موجة الإشعاع مشابهاً للأبعاد الـ

تستخدم الميكروفونات في العديد من التطبيقات ، مثل : الهواتف ، وأجهزة السمع ، وأنظمة الصوت في المهرجانات والقاعات ، والحفلات ، والمناسبات العامة ، وفي إنتاج الصور المتحركة ، والهندسة الصوتية الحية ، والمسجلة ، والتسجيل الصوتي ، وأجهزة الراديو ثنائية الاتجاه ، والمكبرات الصوتية ، والإذاعة ، والتلفاز ، وفي أجهزة الكمبيوتر

مكبرات الصوت فئة ⁦(Class A Amplifier)⁩ : هي مكبرات صوت بسيطة التصميم وشائعة الاستخدام ، بشكل أساسي .تعد المضخمات الفئة ⁦A⁩ هي أفضل المضخمات للفئة ؛ بسبب انخفاض مستويات التشويه .

مكبرات الصوت من الفئة ⁦B⁩ تعمل على النصفين الموجب والسالب للإشارات ، التي يتم تخصيصها للأجزاء المختلفة من الدوائر وجهاز المخرج في وضع التشغيل والإيقاف بشكل مستمر .

الفئة ⁦AB⁩ : مزيج من المضخمات الفئة ⁦A⁩ و ⁦B⁩ ، تستخدم المضخمات فئة ⁦AB⁩ عادة في مكبرات قوة الصوت .

لدى الفئة ⁦AB⁩ سلوك خطي ⁦linear behavior⁩ ، بالإضافة لبساطة تصميمه ، وكذلك نسبة التشويه أقل من ٠.١٪ وجودة صوت هذا المضخم عالية جداً . أما سيئاته فهي : يعمل تبديد الطاقة لهذا المضخم على توليد الحرارة ، ويتطلب تبريداً حرارياً كبيراً .

تصميم مكبر للصوت من الفئة ⁦C⁩ له كفاءة كبيرة ، وسوء خطية ⁦Poor linearity ⁩. يعد مضخم الفئة ⁦C⁩ منحاز بشدة وبسبب التشوه الكبير الذي يصدره ، فإن المضخمات الفئة ⁦C⁩ هي تذبذب موجة جيبية عالية التردد ، وهو لا يستخدم كمضخم صوت وإنما يستخدم من أجل تكبير إشارات ذات الترددات العالية وأمواج الراديو .

مضخم الصنف ⁦D⁩ مضخم تحويل غير خطي ، ويسمى ⁦PWM (pulse density modulation)⁩ وهو نوع من أشكال تضمين الإشارة التناظرية ، وتمثيلها بإشارة ثنائية ، وتعمل الترانزستورات فيه مفاتيح إلكترونية ، وليس أجهزة كسب خطي كما في المضخمات الأخرى .

وهي الحصول على أجزاء من الإشارة متقطعة في الزمن ⁦time⁩ ولكن متصلة في القيمة ⁦Amplitude ⁩.

يبين الشكل الرموز المختلفة للهوائيات :

• الرمز العام للهوائي .
• هوائي الدايبول المفتوح المستخدم في الاستقبال التلفازي .
• هوائي الدايبول المطوي المستخدم في الاستقبال التلفازي والاذاعي ⁦FM⁩ في مجال الترددات العالية جداً .
• هوائي عمود الفرايت المستخدم في أجهزة الاستقبال الإذاعي التي تعمل على ⁦(AM) ⁩.
• الهوائي الحلقي (الإطاري) .
• المايكروفون ⁦(Microphone) ⁩.
• السماعة ⁦(Loudspeaker) ⁩.

الشكل الاتي يبين رموز الهوائيات المختلفة أرسم هذه الهوائيات بمقياس رسم مناسب .

من أهم تطبيقات الترانزستور عمله كمكبر حيث يعمل على تكبير الإشارة الداخلة له بمقدار يختلف تبعا لنوع الترانزستور المستخدم وطبيعة الدارة المستخدمة والتطبيق الذي من اجله صممت الدارة . وحتى يعمل الترانزستور كمكبر لا بد من توفير الجهود المناسبة بحيث تكون وصلة القاعدة - الباعث للترانزستور ثنائي القطبية ذات انحياز امامي فيما تكون وصلة القاعدة - المجمع ذات انحياز عكسي . وتصنع الشركات الصانعة الترانزستورات تبعا للتطبيق المراد استخدامه فيها وبالتالي تميز الترانزستورات بأرقام ورموز للتعرف على الترانزستور وتطبيقاته من خلال كتب المواصفات . لتشغيل الترانزستور ثنائي القطبية ⁦(Bipolar Junction Transistor)⁩ أو ما يطلق عليه اختصار ⁦(BJT)⁩ كمكبر هناك ثلاث تشكيلات تختلف كل عن الأخرى في شكل الدارة المكونة لها وبالتالي تختلف مواصفات كل تشكيلة عن الأخرى . ومن هنا كان لكل تشكيلة تطبيقاتها الخاصة :

• تشكيلة الباعث المشترك : ⁦(Common Emitter configuration)⁩ وتمتاز هذه التشكيلة بأنها تكبر كل من إشارتي الجهد والتيار وتقلب طور إشارة الدخل بحيث يكون فرق طور بين كل من إشارة الدخل والخرج ما مقداره ١٨٠ .
• تشكيلة المجمع المشترك : ⁦(Common Collector Configuration)⁩ تمتاز هذه التشكيلة بتكبير تيار ولكن تكبير الجهد يقارب الواحد الصحيح كما أنه لا يوجد فرق طور بين اشارة الدخل والخرج .
• تشكيلة القاعدة المشتركة : ⁦(Common Base configuration)⁩ وتمتاز هذه التشكيلة بتكبير جهد عالي فيما يكون تكبير التيار مساويا للواحد تقريبا ولا يوجد فرق طور بين كل من اشارة الدخل والخرج .

عند رسم هذه التشكيلات يجب الانتباه إلى ما يلي :

• مراعاة الأبعاد المعيارية للعناصر المختلفة كما تعلمتها سابقا .
• تناسق ترتيب العناصر على اللوحة .
• توضيح مدخل ومخرج الدارة .
• تحديد قطبية التغذية المستمرة وجهود الانحياز .
• توضيح نقاط التقاطع بشكل واضح .
• الانتباه لنوعية الترانزستور إذا كان من نوع ⁦(NPN)⁩ أو ⁦(PNP)⁩ وقطبية التغذية والمكثفات تبعا لذلك .

يبين الشكل دارة تشكيلة باعث مشترك وشكل اشارة الدخل . أعد رسم هذه الدارة باستخدام رموز أخرى للمقاومات والترانزستورات واستنتج الشكل العام لاشارة الخرج اذا علمت أن الدارة تكبر اشارة الجهد وتقلب طور الاشارة .

عدم حفظ الشكل والاكتفاء بمهارة الرسم مع حفظ إشارة المخرج

يبين الشكل تشكيلة مجمع مشترك وشكل اشارة الدخل . أعد رسم هذه الدارة مستبدلا رموز المقاومات والترانزستور بـرموز بديلة واستنتج الشكل العام لاشارة الخرج اذا علمت أن الدارة مقدار تكبير الجهد يساوي الواحد وفرق الطور يساوي صفر .

يبين الشكل تشكيلة قاعدة مشتركة أعد رسم الدارة وارسم شكل اشارة الخرج اذا علمت ان تكبير الجهد أكبر من واحد وفرق الطور يساوي صفر .

لتحقيق تكبير بمقدار معين نلجأ في كثير من الأحيان إلى وصل مرحلتين أو أكثر بحيث يتم توصيل مخرج مرحلة التكبير الأولى مع مدخل مرحلة التكبير التالية ليتم الحصول على مقدار التكبير المطلوب . وغالبا ما يكون الربط المباشر لمراحل التكبير (أي بدون أي وسيلة ربط ) غير ممكنا وذلك لعدة أسباب أهمها عدم توافق ممانعة خرج مرحلة الإخراج مع ممانعة دخل المرحلة التالية ، فبالتالي وللحصول على أفضل نقل للقدرة من مرحلة إلى الأخرى يتم إضافة عناصر بين المرحلتين لتوفيق الممانعات وفي بعض الأحيان لعزل مركبة التيار المستمر بين المرحلتين . يوجد عدة طرق لربط مراحل التكبير الترانزستورية أهمها :

• يبين التكمرين (2-20) طريقة ربط مرحلتي تكبير باعث مشترك ⁦(NPN)⁩ ، تمتاز هذه الطريقة بعزل مرحلتي التكبير من ناحية التيار المستمر حيث يمنع المكثف مرور التيار المستمر .

• تمتاز هذه الطريقة بتمرير اكبر قدر من الطاقة من المرحلة الأولى إلى اللاحقة وذلك بسبب توفيق الممانعات كما ذكر سابقا إلا ان هذه الطريقة تحتاج لمحولات ثقيلة وكبيرة نسبيا مقارنه بالطريقة الأولى وتستخدم كثيرا في ربط مكبرات التردد البيني حيث تستخدم محولات ذات قلب من الفرايت عند الترددات العالية . يبين التمرين (2-21) طريقة الربط هذه .

يبين الشكل أدناه مكبر باعث مشترك مرحلة واحدة باستخدام طريقة الربط بواسطة مكثف لتوصيل مرحلتين متتاليتين استبدل المكثفات الكتـروليتية مع الانتباه لقطبيتها .

يعمل هذا المكبر كمكبر إشارة صغيرة بحيث يضخم الإشارة الصغيرة التي تصل من المايكروفون أو الكاشف في جهاز الاستقبال الإذاعي وتتصل عادة بمقاومة متغيرة للتحكم بشدة الإشارة (شدة الصوت في الأجهزة السمعية). يبين الشكل في التمرين (2-22) مكبر أوليا حيث يطلب في التمرين إعادة الرسم وذلك في المنطقة المخصصة له تماما حيث سيتم استخدام نفس اللوحة للتمرين التالي .

يستخدم في هذا النوع من المكبرات ترانزستور متماثلين احدهما ⁦(NPN)⁩ والآخر ⁦(PNP)⁩ حيث يعملان معا على كمضخم قدرة في المرحلة النهائية قبل السماعة . يبين الشكل تمرين (2-23) هذا المكبر حيث يطلب أيضا رسمه ومن ثم توصيله مع المكبر الأولي بحيث يتم تجميع مكبر متكامل من ثلاث ترانزستورات .

نتيجة للتطور السريع في مجال تصنيع العناصر الالكترونية من المواد شبه الموصلة فقد ظهرت تقنية الدارات المتكاملة بحيث يمكن دمج العديد من العناصر ضمن قطعة واحدة تسمى الدارات المتكاملة ⁦(Integrated Circuit)⁩ وتستخدم مكبرات سمعية بدارة متكاملة واحدة . يبين تمرين (2-24) مكبرا سمعيا يستخدم الدارة المتكاملة ⁦(LM386)⁩ ومجموعة من العناصر الملحقة والمكملة لعمل الدارة من مقاومات ومكثفات ومقاومة التحكم بشدة الصوت . تغذى الدارة بمصدر جهد مستمر 6 فولت .

يبين الشكل دارة مكبر أولي سمعي لجهاز استقبال اذاعي حيث يظهر مفتاح التحكم بشدة الصوت (المقاومة المتغيرة) أما محول الربط فيديو أيضا داخل المربع باللون الأزرق أعد رسم هذا المكبر .

يبين الشكل أدناه مكبر دفع جذب بمرحلة التكبير النهائي لمستقبل اذاعي أعد رسم هذا المخطط .

يبين الشكل أدناه دارة مكبر اخراج سمعي يستخدم دارة متكاملة .

رتب العناصر في التمرين السابق الخاص بمكبر اشارة التردد السمعي ضمن جدول كما هو مبين في الشكل أدناه .

عدم حفظ الشكل والاكتفاء بمهارة الرسم

لتسهيل فهم الدارات والأنظمة الكهربائية تستخدم مخططات توضح طريقة عملها والاجزاء التي تتكون منها ، وتقدم هذه المخططات ارشادات هامة للفنيين في كيفية تركيب هذا النظام وتشغيله وضبطه كما تقدم ارشادات لكيفية تشخيص الاعطال وصيانتها ومن هذه المخططات :

• المخطط الصندوقي ⁦(Block Diagram)⁩
• المخطط الوظيفي ⁦(Functional Diagram)⁩
• المخطط التفصيلي ⁦(Schematic Diagram)⁩
• مخطط التوصيلات ⁦(Connection Diagram)⁩

ولكل نوع من هذه المخططات استخدامه في الأنظمة الالكترونية وتوضح هذه المخططات من قبل مصممي هذه الدارات ومن قبل الشركات الصانعة . ولفهم هذه الأنواع من المخططات سندرس دارة التغذية ⁦Power supply⁩ وكيفية تمثيلها من قبل كل من انواع المخططات السابقة .

يوضح المخطط الصندوقي النظام بشكل كامل ويقسم الى وحدات او انظمة متكاملة موضحا تتابع هذه الأنظمة واتصالها ببعضها ببعض .

ويمثل الوحدة المتكاملة او النظام الفرعي المتكامل التي يراد تمثيلها ويمكن ان يوضح اسم الوحدة في داخل المربع او تعطي ارقاما ليوضح اسماءها في جداول ترفق مع المخطط ويمكن ان يستخدم رموز الوحدات بدلا من اسمها

ويحدد تتابع الوحدات واعتمادها على بعضها البعض ويمكن للسهم ان يرسم باتجاهين دالا على ان الوحدات تقع ضمن نفس المستوى او ان علاقته ببعضه البعض متبادلة .

في المخطط الوظيفي يتم تمثيل النظام عن طريق تقسيمه الى وحدات وظيفة كما توضح شكل وقيم الاشارات الكهربائية الناتجة عن كل وحدة مما يسهل من الفحص وتتبع الأخطاء . وقد يوضح في المخطط الوظيفي بعض العناصر التي تتكون منها بعض وحدات النظام .

وهي وحدة متكاملة تقوم بوظيفة معينة في النظام وقد يعبر عنها بمربع او برمز تلك الوحدة

توضح علاقة هذه الوحدات ببعضها وان مخرج وحدة ما هو مدخل لوحدة اخرى

يوضح فيها شكل مخرج كل وحدة بناءً على وظيفتها

في هذا النوع يتم توضيح جميع العناصر المكونة للنظام او للوحدات الرئيسية المكونة له وذلك باستخدام رموز العناصر والقطع الاساسية ويتم اعطاء كل رمز رقم معين ليوضح قيمة ونوعه في جدول مرفق مع المخطط كما في الشكل .

ويمثل برمزه الالكتروني موضحا عليه اطراف توصيله واسماء هذه الاطراف ويكتب بجانب كل عنصر قيمته او نوعه او يعطي رمزا ورقما معينا ليوضح بعد ذلك معلومات اضافية عنه في جدول مرفق .

وهي عبارة عن خطوط توضح اتصال الاطراف ببعضها البعض وقد يوضح عليها اتجاه سير التيار الكهربائي او جهد هذا الخط .

في هذا النوع من المخططات يتم توضيح التوصيلات السلكية بين الأنظمة المختلفة حيث توضح هذه المخططات ألوان هذه التوصيلات ووظيفة كل سلك فيها .

يوضح النظام المتكامل المراد ايصال التمديدات السلكية له

يوضح عليها اسماء نقاط التوصيل او الوان اسلاك التوصيل ويوضح ايضا جهود تلك النقاط ووظيفتها

يبين الشكل طرق ترميز اهم التطبيقات الخاصة بمكبرات العمليات باستخدام المربعات المستخدمة في المخططات الصندوقية . أعد رسم هذه الرموز .

مكبر اشارة التردد السمعي ⁦AF⁩ مكبر اشارة التردد الراديوي ⁦RF⁩ مكبر اشارة التردد البيني ⁦IF⁩

يبين الشكل طرق مختلفة لترميز المرشحات بانواعها المختلفة في المخططات الصندوقية ، أعد رسم هذه الرموز . تشمل المرشحات: مرشح التمرير المنخفض ومرشح التمرير العالي ومرشح تمرير النطاق (الحزمة) ومرشح منح النطاق .

أعد رسم رموز المرشحات أدناه : ⁦LPF HPF BSF⁩

يبين الشكل الرموز المستخدمة للتعبير والتعريف عن الاشارات المختلفة وأنواع النبضات وطرق التعديل . أعد رسم هذه الاشارات بطريقة صحيحة .

• رمز التيار المستمر ⁦(Direct Current DC)⁩
• رمز التيار المتغير ⁦(Alternating Current AC)⁩
• مولد نبضة مربعة موجبة ⁦(Square Wave Positive Pulse)⁩
• مولد نبضات مربعة ⁦(Square Wave Alternating Pulse)⁩
• نبضة تذبذب ⁦(Oscillating Pulse)⁩
• اشارة القفزة ⁦(Jump Function - Positive)⁩
• نبضة مثلثة ⁦(Triangular Pulse)⁩
• التعديل النبضي الموضعي ⁦(Pulse Position Modulation PPM)⁩
• التعديل النبضي الترددي ⁦(Pulse Frequency Modulation PFM)⁩
• التعديل النبضي السعوي ⁦(Pulse Amplitude Modulation PAM)⁩
• تعديل دوام النبضة ⁦(Pulse Duration Modulation PDM)⁩
• التعديل النبضي المرمز ⁦(Pulse Code Modulation PCM)⁩

يبين الشكل مجموعة من الرموز المستخدمة في المخططات الصندوقية تشمل رموز المذبذبات والتقويم وتحويل التيار المستمر الى متغير وبالعكس . أعد رسم هذه الرموز .

• الرمز العام للمذبذب ⁦(Oscillator - General)⁩
• مذبذب محدد التردد ⁦(Oscillator with spesified frequency)⁩
• مذبذب محكوم بالجهد ⁦(Voltage Controlled Oscillator)⁩
• مذبذب كريستالي ⁦(Crystal Oscillator)⁩
• محول تيار مستمر / تيار متغير ⁦(DC / AC Converter)⁩
• محول تيار متغير / تيار مستمر ⁦(AC / DC Converter)⁩
• مقوم ⁦(Rectifier)⁩
• مضخم ⁦(Amplifier)⁩

يبين الشكل رموز مختلفة تستخدم في المخططات الصندوقية وخاصة في مجال الاتصالات والتعديل أعد رسم هذه الرموز .

• مستقبل ، جهاز استقبال (⁦Receiver⁩ , ⁦Receiving Unit⁩)
• محول تردد ⁦(frequency Converter)⁩
• محول نبضي ⁦(Pulse Converter)⁩
• معادل ⁦(Equalizer)⁩
• عنصر تأخير ⁦(Delay Element)⁩
• مخمد ⁦(Attenuator)⁩
• محدد ⁦(Limiter)⁩
• المميز ⁦(Discriminator)⁩

أعد رسم رموز المخططات الصندوقية المبينة في الشكل .

حفظ الرموز

يبين الشكل المخطط الصندوقي لدارة تغذية منظمة أعد رسم المخطط الصندوقي باستخدام الرموز وأعد رسم أشكال الموجات المختلفة في مختلف أجزاء الدارة باستخدام المخطط الصندوقي والوظيفي والتمثيلي، اذا علمت أن دارة التقويم هي دارة تقويم موجة كاملة - استخدم دارة تنظيم جهد بسيطة من مقاومة وثنائي زينر ثم ارسم دارة تقويم موجية كاملة وتنظيم جهد بما يتوافق مع مخطط الصندوق.

حفظ دارة التقويم لنصف موجة وموجة كاملة وأشكال الإشارات

⁦220 VAC -⁩> محول خافض -> دارة التقويم -> دارة التنعييم -> دارة تنظيم الجهد -> الحمل

مثال ١٣ يبين الشكل مخططا صندوقيا لجهاز استقبال اذاعي تعديل اتساع نوع سوبر هيترودين أعد رسم هذا المخطط باستخدام رموز بديلة لمكبر التردد السمعي والمازج والكاشف ومكبر التردد الراديوي والمذبذب المحلي . استبدال الهوائي برمز آخر . ارسم أشكال الموجات المختلفة في مختلف أجزاء الدارة .

جهاز الاستقبال الإذاعي ⁦AM + FM⁩ عدم حفظ الشكل ونسبة التكبير والاكتفاء بمهارة إعادة رسم المخطط وحفظ شكل الموجات بعد كل مرحلة