مواقع تعليم الالكترونيات

 - 10 مواقع رائعة لتعلم الإلكترونيات

10 مواقع رائعة لتعلم الإلكترونيات

نشرت بواسطة:Mario Rahal في علوم الالكترونيات 2015/01/28 2 تعليقات 13029 زيارة

أصدقائنا الأعزاء، يسرنا اليوم أن نقدم لكم مجموعة من المواقع الإلكترونية المفيدة والرائعة، والتي يمكنكم عبرها تعلم العديد من الأمور والتفاصيل المتعلقة بهندسة الإلكترونيات، بدءاً من العناصر الإلكترونية، المعالجات والمتحكمات الصغرية، دارات إلكترونية عملية، مشاريع متنوعة وغيرها. المواقع تعرض المفاهيم الإلكترونية باللغة الإنجليزية، لذلك إن كنتم تمتلكون قدرة لغوية جيدة ( ليس من الضروري أن تكونوا متقنين للغة الإنجليزية ) وترغبون بالحصول على وسيلةٍ فعالة للتعلم عبر الإنترنت، فإن هذه المواقع ستكون من خياراتكم المفضلة!

1- Circuits for The Hobbyist
يمكن عبر هذا الموقع البحث عن مشاريع لداراتٍ إلكترونية متنوعة، كما يمكنكم القيام ببناء مشاريعكم الخاصة وطرحها عبره. يتضمن الموقع مشاريع حول دارات الجهد العالي، المخططات البنيوية، سلاسل تعليمية، ومقالات أخرى حول تاريخ الإلكترونيات والعناصر الإلكترونية.

2- Electronics Hub
من أشهر المواقع والمنتديات الإلكترونية، وهو موجه للأشخاص الراغبين بتعلم الإلكترونيات من أجل بناء مشاريعهم الخاصة بأنفسهم، وهو يتميز بكونه بسيط. وفقاً للمقدمة المتوافرة في الموقع، فإن الموقع موجه بشكلٍ أساسي للمبتدئين، ولكن يمكن استخدامه عبر العديد من الأشخاص من مختلف مستويات الخبرة كمرجعٍ سريع.

3- All About Circuits
من المواقع الممتازة التي يمكن عبرها الحصول على ملفات نصية وكتب بمجال الإلكترونيات والدارات الإلكترونية، والمعلومات التي يتضمنها الموقع تستطيع أن تخدم الطلاب المتخصصين والهواة على حد سواء.

4- Discovercircuits.com
يمكن القول أنه مهما كانت الدارة أو المشروع الإلكتروني الذي يخطر ببالك، فإنك ستجده عبر هذا الموقع، فهو يضم أكثر من 40 ألف مشروع إلكتروني تم جمعها من مختلف المواقع على الإنترنت، مع الاحتفاظ بحقوق المصممين الأصليين والإشارة لهم. هنا ستستطيع الحصول على كميةٍ كبيرة من الأفكار لمشاريع ودارات إلكترونية متنوعة، حيث تم تقسيم المشاريع إلى حوالي 500 قسم مختلف.

5- Electro Schematics
خزان آخر للمشاريع والدارات الإلكترونية، وعلى الرغم من كونه أقل ضخامة من موقع Discovercircuits.com، إلا أنه يضم أيضاً أرشيفاً لا بأس به يصل إلى 1566 مشروع، فضلاً عن العديد من النشرات الفنية للعناصر الإلكترونية المتنوعة، والعديد من الصور التوضيحية التي تساعد بفهم آلية عمل الدارات المختلفة، وتساعدك ببناء وتصميم مشاريعك الخاصة.

6- Electronics Zone
عندما يتعلق الأمر بتعلم الدارات الإلكترونية، فإنه لا يوجد طريقة أفضل من أن تقوم بصنع مشاريعك بنفسك (DIY: Do-it-Yourself)، وبهذا السياق، فإن هذا الموقع سيساعدك جداً بهذا الأمر، حيث ستسطيع أن تحصل على معارف إلكترونية متنوعة بدءاً من الدارات الإلكترونية البسيطة، وصولاً إلى تنفيذ المشاريع بنفسك، وضمن مجالات وأقسام مختلفة، مثل الأنظمة الروبوتية، الصوتيات، العتاد الحاسوبي، وغيرها.

7- Electronics Circuits
هل تريد الحصول على دارات ومشاريع إلكترونية سهلة التنفيذ باستخدام الدارات المطبوعة PCB؟ ربما سيكون هذا الموقع أحد خياراتك المفضلة، وهو أيضاً من الخيارات المفضلة بالنسبة للطلاب والهواة على حد سواء.

8- Circuits Today
ما يميز هذا الموقع هو أن المشاريع التي يتضمنها تحتوي على المخططات الصندوقية بالإضافة للرسوم التخطيطية Schematics، كما أنه يتضمن قسم خاص بالنشرات الفنية، بالإضافة لمنتدى للنقاشات والحوارات.

9- Hobby Project
إن كنت لا تزال مبتدئاً بمجال الإلكترونيات، وتريد التعلم بدءاً من المفاهيم البسيطة، فإن هذا الموقع سيكون ممتازاً بالنسبة لك. الموقع يغطي مواضيع إلكترونية مختلفة، مثل مبادئ التيارات والجهود والعناصر الإلكترونية، وصولاً لمبادئ المتحكمات والمعالجات الصغرية والدارات الرقمية، وهو يخصص أيضاً قسم خاص للمشاريع الإلكترونية للهواة والمتبدئين، فضلاً عن وجود قسم مصطلحات تقنية.

10- Delabs
موقع ضخم، يغطي العديد من المجالات الإلكترونية، وذلك بهدف التركيز على تصميم المنتجات، وتصميم أنظمة التحكم الآلي، وذلك حسب تعريف الموقع لنفسه. بأي حال، فإن الموقع يضم تشكيلة ضخمة من المواضيع الإلكترونية، بدءاً من نظريات الكهرباء والإلكترونيات، وصولاً للعناصر الإلكترونية وتمثيلها، انتهاءً بالمشاريع الإلكترونية وتصميمها.

tariq el hleuo

11:26 ص

أكمل القراءة

ما هو الفرق بين دارات التيار المتناوب ودارات التيار المستمر

ما هو الفرق بين المقاومة في دارات التيار المتناوب ودارات التيار المستمر؟

ما هو الفرق بين المقاومة في دارات التيار المتناوب ودارات التيار المستمر؟

نشرت بواسطة:Mario Rahal في علوم الالكترونيات 2014/11/12 2 تعليقات 7194 زيارة

كما يعلم العديد من طلاب الهندسة (أو حتى طلاب المدارس الثانوية والإعدادية)، فإن المقاومة Resistance هي أحد الخواص الأساسية لأي مادة، وهي الخاصية التي تقيس قدرة المادة على ممانعة وإعاقة مرور التيار الكهربائي عبرها. وبالنسبة للدارات الكهربائية، فإن المقاومة أحد أهم الخواص الكهربائية التي يجب معرفتها، فأي جزء من الدارة الكهربائية أو الإلكترونية له قيمة مقاومة معينة، طبعاً لطبيعته، وكمثال على المواد التي تتمتع بقيمةٍ عالية للمقاومة: الخشب، الهواء، الميكا، الزجاج، التنغستين، وغيرها. إذاً، ولأية مادة في الطبيعة، هنالك قيمة طبيعية للمقاومة ندعوها بالـ “مقاومة الأومية” والتي تعبر عن قدرة هذه المادة على إعاقة مرور الشحنات الكهربائية فيها، طبعاً لبنيتها وطبيعتها، وبغض النظر عن أي تأثيرٍ آخر.

وفي مجال الكهرباء، تقاس المقاومة بواحدة “الأوم Ohm”، فالأوم الواحد هو قيمة المقاومة الكهربائية لعنصر أو جزء من دارة، عندما يمر فيه تيار كهربائي قيمته 1 آمبير، وعندما يكون فرق الجهد (أو التوتر) على طرفيه مساوياً لفولط واحد، ويمكن التعبير عن ذلك ببساطة باستخدام القانون التالي:

R = V / I

Ohm = Volt / Amp

السؤال الآن: هل هنالك فرق في طبيعة المقاومة التي يبديها عنصر أو جزء من دارةٍ كهربائية، باختلاف طبيعة التيار الكهربائي المار؟ هل هنالك اختلاف بماهية المقاومة بين دارات التيار الكهربائي المتناوب ودارات التيار المستمر أم لا؟

في الواقع، فإنه وفقاً للتعريف البسيط للمقاومة الكهربائية، فإنها بكلا الحالتين ستكون نفسها: سواء مر تيار كهربائي مستمر أو تيار كهربائي متناوب، فإن المقاومة هي خاصية إعاقة مرور التيار الكهربائي ضمن عنصر أو جزء من دارة. ولكن هنالك اختلاف من حيث العناصر المشاركة بهذه الإعاقة. وهذا ما سنوضحه بشكلٍ أكثر في الفقرات التالية.

المقاومة في دارات التيار المتناوب AC Resistance
عندما نتعامل مع دارات التيار المتناوب Alternating Current، فإننا نسمي المقاومة بـ “الممانعة Impedance”. والممانعة هي عبارة عن المقاومة الكلية التي تبديها الدارة الكهربائية وكافة العناصر المشكلة لها. لماذا قلنا المقاومة الكلية؟ لأن المكثفات والملفات (بشكلٍ أساسي) تؤثر على التيار الكهربائي المتناوب المار فيها وتساهم بإعاقته. فعند مرور تيار كهربائي متناوب ضمن سلك أو جزء من دارة، فإنه سيؤدي لنشوء حقل مغناطيسي عبر هذا السلك، وباتجاهٍ معاكس لمرور التيار الكهربائي، مما يساهم بإعاقةٍ إضافية لمرور التيار الكهربائي بالإضافة لقيمة المقاومة الأصلية للسلك نفسه. هذه الإعاقة تسمى بالـ “ممانعة التحريضية” للسلك أو الملف ضمن دارات التيار المتناوب، وهي الخاصية التي يتصف بها السلك (أو الملف) بحيث يعيق أي زيادة أو نقصان في قيمة التيار الكهربائي أو تدفق عبره. نحن نعلم أن الممانعة التحريضية تحصل فقط في دارات التيار المتناوب، وذلك لأن مطال التيار متغير باستمرار.

الممانعة التحريضية Inductive Reactance: هي الخاصية التي يتمتع بها سلك أو ملف في دارات التيار المتناوب، والتي تمانع وتعيق حدوث تغيراتٍ في التيار الكهربائي. يتم قياس الممانعة التحريضية بواحدة الأوم، وهي تشكلٍ قيمة إضافية للممانعة الكلية لمرور التيار الكهربائي المتناوب، وغالباً ما يشار إليها بالرمز XL.
الممانعة السعوية Capacitive Reactance: بشكلٍ مشابهٍ للمانعة التحريضية، فإن المكثف الكهربائي يقوم بإعاقة مرور التيار الكهربائي المتناوب عبر ممانعته السعوية، والتي سببها الخاصية الأهم للمكثف الكهربائي، وهي السعة. تقاس الممانعة السعوية أيضاً بواحدة الأوم، وهي تضاف لقيمة المقاومة الأومية والممانعة التحريضية من أجل حساب الممانعة الكلية لدارةٍ كهربائية أو جزء منها. غالباً ما يشار للممانعة السعوية بالرمز Xc.

قياس المقاومة في دارات التيار المتناوب:
كما قلنا سابقاً، فإن المقاومة في دارات التيار المتناوب تدعى “الممانعة” ويستخدم الحرف “Z” للدلالة عليها وهي أيضاً تقاس بواحدة الأوم. ومن أجل حساب ممانعة دارة أو جزء منها، سنميز بين الحالات التالية:
– في حال كانت الدارة عبارة عن مقاومة أومية بحتة، أي لا يوجد أي أثر تحريضي أو سعوي، تكون الممانعة هي نفسها المقاومة الأومية:

Z = R

– في حال كانت الدارة ذات أثر تحريضي، فإن الممانعة الكلية لها تكون:

Z = √ (R² + X_L²)

– في حال كانت الدارة ذات أثر سعوي، فإن الممانعة الكلية لها تكون:

Z = √ (R² + X_C²)

– في حال كانت الدارة ذات أثر سعوي وتحريضي، فإن الممانعة الكلية لها تكون:

Z = √ (R² + (X_L– X_C)²

يجب أن تعلم أن:
– قانون حساب الممانعة التحريضية: XL = 2πfL، حيث (L) هي قيمة الممانعة بواحدة الهنري H، و(f) هو تردد التيار المتناوب المار ويقاس بالهرتز.
– قانون حساب الممانعة السعوية: Xc = 1/2πfC، حيث (C) هي قيمة السعة بواحدة الفاراد F.

المقاومة في دارات التيار المستمر DC Resistance
ما هي قيمة تردد التيار المستمر؟ معدومة، وهل تتغير شدته مع الزمن؟ كلا! إذاً، في دارات التيار المستمر لن يكون هنالك أي معنى للممانعة السعوية أو التحريضية، طالما أن تردد التيار معدوم، فإن الممانعة السعوية ستكون لا نهائية (المكثف لا يمرر التيار الكهربائي المستمر) والممانعة التحريضية ستكون معدومة. الأثر التحريضي سيبقى موجوداً لأن مرور الشحنات الكهربائية بأي سلك سيؤدي لنشوء حقل مغناطيسي، ولكنه سيكون ذو شدةٍ ثابتة وغير متغيرة مع الزمن.
بالتالي، وكنتيجة، فإننا في دارات التيار المستمر نتعامل فقط مع المقاومة الأومية الأصلية لمادة السلك أو الحمل أو أي جزء من دارة، ولا نتعامل مع أي شكلٍ لآخر للممانعة أو المقاومة الناتجة عن الآثار السعوية أو التحريضية.
بالنسبة لقياس المقاومة في دارات التيار المستمر، فهي تتم باستخدام قانون أوم البسيط الذي ذكرناه ببداية المقال R = V/I.

tariq el hleuo

11:22 ص

أكمل القراءة

Raspberry Pi 2

 صدور Raspberry Pi 2 الأسرع بست مرات من Raspberry Pi 1 ويدعم Windows 10

صدور Raspberry Pi 2 الأسرع بست مرات من Raspberry Pi 1 ويدعم Windows 10

نشرت بواسطة:Wisal Ahdab في المساحة الإخبارية, علوم الحاسب 2015/02/07 2 تعليقات 5206 زيارة

بدأت أجهزة الـ “راسبيري باي 2 Raspberry Pi” بالشحن، وبإمكانك شراؤها بنفس سعر النموذج السابق. وللمرة الأولى سيدعم الحاسوب المصغّر نظام تشغيل ويندوز من مايكروسوفت وتحديداً ويندوز 10 لتطوير الأجهزة الذكية وأجهزة أخرى.

بسعر 35$ يمتلك الحاسوب الجديد جاذبية الكلفة المُنخفضة الموجودة بالراسبيري باي الأصلي، والذي بيع منه أكثر من 4 ملايين وحدة. وكذلك فإن الراسبيري باي 2 أسرع بست مرات من الحاسوب الأصلي.

إن الراسبيري باي 2 هو حاسوب غير مُغلّف يمكن حمله بيد واحدة، مع وجود كل المُركبات الهامة على اللوحة. يمتلك نفس حجم سابقه الذي ساهم في تطوير روبوتات، أجهزة الكترونية وحتى جهاز صراف آلي لعملة الـ Bitcoin.
يمتلك الراسبيري باي 2 وحدة معالجة CPU أسرع وذاكرة أكبر من سابقه. هذا قد يجعله بديل حقيقي للحاسوب الشخصي، حسب ما عبر Eben Upton مؤسس مؤسسة Raspberry Pi.

“هذا وضوحاً خبر عظيم للراسبيري باي من حيث الأداء فهو يعُتبر حاسوب شخصي ‘حقيقي’ بإمكانك استخدامه لتصفح الويب وتطبيقات تزيد الإنتاجية” يقول أبتون.

ستُقدّم سرعة الأداء كذلك تطبيقاتٍ جديدة مثل الإبصار الحاسوبي للروبوتات، الأجهزة الذكية، الأجهزة الطائرة وأجهزة الكترونية أخرى. على سبيل المثال، الاستطاعة الجديدة ستمكن الباي 2 من استيعاب صور من كاميرات ثلاثية أبعاد مرتبطة به، الأمر الذي لم يكن ممكناً في الباي 1.

كما يستطيع الراسبيري باي 2 زيادة خفة حركة الروبوتات والأجهزة الطائرة من خلال عمليات حسابية أسرع. كما سيكون الحاسوب أسرع في معالجة بيانات الحساسات.

سيدعم الراسبيري باي 2 نظام التّشغيل المبني على اللينوكس Raspian، كما عملت مؤسسة Raspberry Pi كذلك مع مايكروسوفت لجعل ويندوز وللمرة الأولى متوافراً على الحاسوب. سيدعم راسبيري باي 2 نُسخةً مُخصصة من ويندوز 10 للأجهزة المضمنة.

سيتّمكن المُستخدمون من استخدام راسبيري باي 2 لتطوير أجهزة ذكية ذات نظام تشغيل ويندوز، وروبوتات وتجهيزات أخرى. تطمح مايكروسوفت إلى التّوسع في سوق “إنترنت الأشياء Internet of Things” وتُقدّم ألواح تطويرية مثل Galileo و Galileo 2 من Intel كجزء من من برنامجها Windows on Devices “ويندوز على الأجهزة”. وقد يصبح راسبيري باي 2 جزءاً من ذلك البرنامج.

لن يُشغّل الراسبيري باي 2 نسخة كاملة من ويندوز 10 أو يسمح بالوصول لتّطبيقات مثل Internet Explorer أو Office. عوضاً عن ذلك يستطيع المُطوّرون استخدام واجهة الأوامر لتطوير وصنع نماذج أولية من أجهزة “انترنت الأشياء” أو IOT.

يقول أبتون “لقد شاهدته وهو يعمل، إنه مُذهل. أعتقد هناك الكثير من الإمكانيات لويندوز مع أنترنت الأشياء.” ويتابع “لم يكن ويندوز خياراً لراسبيري باي الأصلي عام 2012 لأن الحاسوب كان بطيئاً. إن زيادة السّرعة قد مكّنت من وضع ويندوز في الراسبيري باي 2 وطوّرت مايكروسوفت بسرعة نسخة من ويندوز 10 للجهاز، كانت لدينا دائماً علاقة جيدة ولكن وضوحاً في الباي 1 لم يكن هناك طريقة للعمل معاً.”

يُقدم ويندوز 10 أشياء فريدة للرازبيري باي 2 في مجال تحديث الجهاز وأمان النظام، فقد تحدثت مايكروسوفت عن نسخة من ويندوز 10 ذات الأسم السرّي “Athens” للأجهزة ذات الطاقة والكلفة والحجم المحدود. حيث سيتم تطوير نظام التشغيل للمعالجات من نوع x86 و ARM.

كان سعر الرازبيري باي الأصلي الذي بدأ شحنه في 2012 يتراوح بين 25$ – 35$ والذي انتشر لتعدد استخداماته. كانت أحد استخداماته الأكثر انتشاراً كمخدم وسائط منزلي مع XBMC حيث يزود الحاسوب الأفلام والبرامج لأجهزة التلفاز. كما تم استخدامه من قبل المبرمجين لاختبار تطبيقات لينوكس ومن قبل الطلاب لتعلم البرمجة.

ولكن شعبية الباي كانت الأكثر ضرراً له. فقد احتج العديد من المستخدمين مطالبين بتحديث لمكوناتها ووحدة المعالجة الخاصة بها الآخذة في الاهتراء. وقد انتقل بعض المستخدمين لألواح أسرع وذات رسوميات أفضل.

انخفضت أسعار المكونات الأمر الذي مكن من بناء رازبيري باي 2 الأسرع بنفس سعر النموذج السابق.

إن أكبر تحديث في الرازبيري باي 2 هو وحدة المعالجة المركزية، التي تقدم قدرة معالجة أسرع بكثير. حيث يحتوي على وحدة معالجة مركزية ذات معالج ARM Cortex A7 رباعي النواة المستخدم في العديد من الهواتف الذكية اليوم. بسرعة 900 MHz وحدة المعالجة المركزية ليست خارقة ولكنها تستطيع تشغيل توزيعة لينوكس مع متصفح وتطبيق إنتاجية مثل LibreOffice.
كما تحوي معالج رسوميات Broadcom VideoCore IV الذي يستطيع معالجة فيديو بدقة 1080p. كما من الممكن لعب ألعاب ثلاثية الأبعاد مع دعم لـ OpenGL ES 2.0. يملك الحاسوب 1 GB من ذاكرة الوصول العشوائي RAM وهو ضعف ماكان متوفراً في الراسبيري باي الأصلي.

والحاسوب الجديد متوافق مع الرازبيري باي الأصلي الذي كان أمراً مهماً لأبتون في تطوير اللوحة. حيث سيضمن ذلك أن الالكترونيات المصنعة للرازبيري باي الأصلي ستعمل مع الحاسوب الجديد. والتطبيقات ستكون أيضاً متوافقة على النموذجين.

غير ذلك، المكونات في الراسبيري باي 2 مُشابهة لتلك الموجودة في النموذج B+. حيث تملك 4 مداخل USB ومخرج HDMI وفتحة اتصال مع شبكة وفتحة لـ microSD ودبابيس (GPIO (general-purpose input\output.

ستحتفظ مؤسسة Raspberry Pi بالنماذج السابقة التي تم شحنها في 2012 من ضمنها نموذج (B+ (35$ و نموذج (A+ (20$.

(اطلعوا على مقالنا عن النموذج A+ من Raspberry Pi)

المصدر : PC World

tariq el hleuo

11:14 ص

أكمل القراءة

Amplifier Basics

Operational Amplifier Basics

JANUARY 7, 2015 BY ADMINISTRATOR LEAVE A COMMENTContents [hide

Introduction

An operational amplifier commonly known as op-amp is a two-input single-output differential voltage amplifier which is characterized by high gain, high input impedance and low output impedance.

The operational amplifier is called so because it has its origins in analog computers, and was mainly used to perform mathematical operations. Depending on its feedback circuit and biasing, an op-amp can be made to add, subtract, multiply, divide, negate, and interestingly even perform calculus operations like differentiation and integration.

Today, op-amps are very popular building blocks in electronic circuits. Op-amps are used for a variety of applications such as AC and DC signal amplification, filters, oscillators, voltage regulators, comparators and in most of the consumer and industrial devices. Op-amps exhibit little dependence on temperature-changes or manufacturing variations, which makes them ideal building blocks in electronic circuits.

The basic circuit of an operational amplifier is as shown in the figure above. An op-amp has a differential amplifier input stage and emitter follower output stage. Practical op-amp circuits are much more complicated than the above shown basic op-amp circuit.

Transistors Q1 and Q2 forms a differential amplifier, where the difference input voltage is applied to the base terminals of Q1 and Q2. Transistor Q3 operates as an emitter follower and provides low output impedance.

The output of the basic op-amp circuit VOUT is given as,

VOUT = VCC –VRC – VBE3

VOUT = VCC – IC2RC – VBE

Where, VRC is the voltage across the resistor RC and VBE3  is the base-emitter voltage of transistor Q3.

Assume that the transistors Q1 and Q2 are matched transistors i.e., they have equal VBE levels and equal current gains. If both transistors base terminals are connected to ground, the emitter currents IE1 and IE2 are equal and both IE1 and IE2  flow through the common resistor RE. The emitter current is given by the relation,

IE1 + IE2 = VRE / RE

If both Q1 and Q2 bases connected to ground,

0 – VBE –VRE +VEE = 0

i.e. VRE = VEE – VBE

Therefore, IE1 + IE2 = (VEE – VBE) / RE

When a positive voltage is applied to the non-inverting input terminal, the base of Q1 is pulled up by the input voltage and its emitter terminal follows the input signal. Since Q1 and Q2 emitters are connected together, the emitter of Q2 also gets pulled up by the positive input at the non-inverting terminal. The base of Q2 is grounded, so the positive voltage at its emitter causes a reduction in its base-emitter voltage VBE2 . The reduction in VBE2  causes the emitter current IE2 to decrease and consequently IC2 also reduced.

It can be noted that a positive input at pin #3 gives a positive output, hence the name non-inverting input terminal.

Op-Amp Symbol

Note:

1. If an input signal is applied to either of the input terminals to the other input terminal connected to ground, the operation is called “single-ended”.

In single-ended operation a single input applied, drives both the transistors due to the common-emitter connection. The output obtained is thus driven by both the collectors.

2. If two input signals are applied to the two input terminals the operation is referred to as “double-ended”.

In double-ended operation the difference of the inputs applied to the two input terminals drives the transistors and the output obtained is driven by both the collectors.

If the same input is applied to both inputs, the operation is called “common mode”. In common-mode operation the common input signal at both the input terminals results in opposite signals at each collector. These signals get cancelled, resulting in an output signal zero. Practically, the opposite signals do not completely cancel each other and a small signal is resulted in the output.

Differential Amplifier using Transistors

All op-amps consist of a differential amplifier at their input stage. If two different voltage signals are applied to the two input terminals of the op-amp, the resulting output signal is proportional to the “difference” between the two signals. Thus the differential amplifiers amplify the difference between two voltages measured with respect to a common reference. The differential amplifier stage of an op-amp is as shown below.

The two transistors Q1 and Q2 have identical characteristics. The two input signals Vi1 and Vi2 are applied to the base terminals of Q1 and Q2 respectively. Note that the differential amplifier has two output terminals VO1 and VO2 .

Ideally, the output voltage is zero when both the inputs are equal. When Vi1 is greater than Vi2, the output terminal VO1 will be positive and VO2   will be negative. When Vi2 is greater than Vi1, the output terminal VO2  will be positive with respect to VO1.

The output VO is given by,

VO = AD (Vi1 – Vi2)

Where  AD  is the differential gain.

A differential amplifier can be configured in four different ways:

• Dual input balanced output differential amplifier.
• Dual input unbalanced output differential amplifier.
• Single input balanced output differential amplifier.
• Single input unbalanced output differential amplifier.

Common Mode Gain

When the same input voltage signal is applied to both the input terminals, the operation is referred to as “common-mode” operation. The common mode signal is usually an interference or static signal. The common mode gain is the output voltage change due to the common mode input divided by the common mode input voltage.

While a differential amplifier provides large amplification of the difference voltage applied to both the inputs, it discriminates against common mode input signals i.e. it refuses to amplify common mode signals.

The ability of a differential amplifier to reject a common mode signal is expressed in terms of its common mode rejection ratio (CMRR). Higher value of CMRR represents its better ability to reject common mode signals. Thus any undesired signal such as noise or an interference pickup would appear as common to both the input terminals and the effect of this signal on the output would be zero. CMRR is the ratio of differential gain to the common mode gain of the differential amplifier, i.e.

CMRR = AD /AC

Where, AD = VO / (Vi1 – Vi2)

and AC = VO(CM) / Vi(CM)

Equivalent Circuit of an Ideal Op-Amp

The equivalent circuit of an ideal op-amp is shown above. The input voltage VDIFF is the difference voltage (V1-V2). Zin is the input impedance and Zout is the output impedance. The gain parameter A is called the open loop gain. If an op-amp does not have any feedback from the output to either of the inputs, it is said to be operating in open-loop configuration.

An ideal op-amp exhibits infinite open loop gain, infinite input impedance, zero output impedance, infinite voltage swing, infinite bandwidth, infinite slew rate and zero input offset voltage.

Operational Amplifier Characteristics

Input Impedance (Zin)

An ideal op-amp has infinite input impedance to prevent any flow of current from the supply into the op-amp circuit. But when the op-amp is used in linear applications, some form of negative feedback is provided externally. Due to this negative feedback, the input impedance becomes

Zin = (1 + AOL β) Zi

Where, Zin  is the input impedance without feedback

AOL  is the open-loop gain

β is the feedback factor (1 for voltage follower)

The impedance of the signal sources connected to the input of an op-amp must be very much smaller than the amplifier input impedance to avoid signal loss.

Output Impedance(Zout)

An ideal op-amp has zero output impedance. This means that the output voltage is independent of output current. Thus an ideal op-amp can act as a perfect internal voltage source with zero internal resistance, so that maximum current can be driven to the load.

Practically, the output impedance of the op-amp is affected by the negative feedback and is given by,

Zout = Zo / (1 + AOL β)

Where,

Zo is the output impedance of op-amp without feedback

AOL is the open-loop gain

β is the feedback factor

Load impedances connected at the output of the op-amp must be much larger than the circuit output impedance, to avoid any significant loss of output as a voltage drop across Zout.

Open-Loop Gain (AVO)

Open-loop gain of an op-amp is defined as the gain of the op-amp when there is no feedback from the output to either of its inputs. For an ideal op-amp, the gain will be infinite theoretically, but practical value range from 20,000 to 200,000.

Bandwidth (BW)

An ideal op-amp can amplify any frequency signal from DC to highest AC frequencies, thus it has an infinite frequency response. Therefore, the bandwidth of an ideal op-amp should be infinite. In practical circuits, the bandwidth of the op-amp is limited by the gain-bandwidth product (GB).

CMRR (Common Mode Rejection Ratio)

CMRR is defined as the ability of an op-amp to reject the common mode input signal. CMRR is an important measure of an op-amp. An ideal op-amp will have infinite CMRR. In practical circuits, CMRR is given by

CMRR = 20 log10 (AD/|AC|) dB

Where, AD is the differential gain and AC is the common mode gain of the op-amp.

Offset Voltage (ViO)

The input offset voltage defines the differential DC voltage required between the input terminals to make the output zero volts with respect to ground. An Ideal op-amp will have zero offset voltage, whereas practical op-amps show some small offset.

Slew Rate

Slew rate is defined as the maximum change of output voltage per unit time and is expressed as volts per second. An ideal op-amp will have an infinite slew rate. In practical op-amps, the slew rate is inherently limited by the small internal drive currents of the op-amp and also by the internal capacitances designed to compensate for high frequency oscillations.

Op-Amp Characteristic Table

Op-amp Frequency Response

The open loop gain AOL is not constant for all frequencies. Real op-amps have a frequency-dependant open-loop gain. The frequency response curve of a practical op-amp is as shown below.

From the above curve, we can note that the product of gain and frequency is constant at any point along the curve. This constant is known as the Gain-Bandwidth product (GB). Also, the gain of the amplifier at any point along the curve is determined by unity-gain (0 dB) frequency.

Operational Amplifier Bandwidth​

The bandwidth of the operational amplifier is defined as the frequency range over which the voltage gain of the amplifier is above -3dB (maximum is 0dB) of its maximum output value.

In the above figure, the -3dB of the AV(max) is shown as 37dB. The 37dB line intersects with the curve at just over 10 kHz frequencies. This frequency can be more accurately calculated if the GB product of the amplifier is known. It can be noted that the open-loop gain decreases as the frequency of the input signal increases. Frequency is plotted in logarithmic scale and the gain decreases linearly as frequency increases logarithmically. The rate of fall of the gain in op amp is known to be 20 dB per decade.

Op-Amp Applications

Operational amplifiers are popular building blocks in electronic circuits and they find applications in most of the consumer and industrial electronic systems. Op-amps can be configured to work as different types of signal amplifiers like inverting, non-inverting, differential, summing, etc. as well as it is used to perform mathematical operations like addition, subtraction, multiplication, division and also differentiation and integration.

Operational amplifiers can be used in construction of active filters, providing high-pass, low-pass, band-pass, band-reject and delay functions. The high input impedance and gain of an op-amp allow straightforward calculation of element values, allows accurate implementation of any desired filter topology with little concern for the loading effects of stages in the filter or of subsequent stages.

An operational amplifier can, if necessary, be forced to act as a comparator. The smallest difference between the input voltages will be amplified considerably.

Op-amps are used in the construction of oscillators, like an Wein bridge oscillator. Op-amps are also used in non-linear circuits such as logarithmic and anti-logarithmic amplifiers.

Op-amps find applications as Voltage sources, Current sources, and Current sinks and also as DC & AC Voltmeters. Op-amps are also used in signal processing circuits such as Precision Rectifiers, Clamping circuits and Sample-and-Hold circuits.

Op-Amp Summary

An operational amplifier is a very high gain DC differential amplifier. Most op-amps require both positive and negative power supply to operate. Op-amps can be configured through one or more external feedbacks and voltage biases to obtain desired responses and characteristics.

The basic op-amp construction is of a three terminal device, excluding power connections. Op-amps sense the difference between the voltage signals applied at their input terminals and then amplify it by some pre-determined gain. This gain is often referred to as the “open-loop” gain. Closing the open loop by connecting a resistive or reactive component between the output and one input terminal of the op-amp greatly reduces and controls this open-loop gain.

An ideal op-amp has infinite open-loop gain, infinite input impedance, zero output impedance, infinite bandwidth, infinite slew rate and zero offset. A practical op-amp exhibits high open-loop gain, high input impedance and low output impedance. Because of their versatile uses Op-amps are used in conjunction with resistors and capacitors to build functional circuits such as Inverting, Non-inverting, voltage following, summing, subtracting, integrating and differentiating type amplifiers.

tariq el hleuo

10:38 ص

أكمل القراءة

Types of Capacitors

DECEMBER 14, 2014 BY ADMINISTRATOR LEAVE A COMMENT

Introduction

There are different types of capacitors available in the present days. They each vary in their characteristics and applications. Because each have their own advantages and disadvantages. Few types of capacitors can charge up to higher voltages such as electrolytic capacitors.Sothey can be used in high voltage power correction and smoothing circuits. Some capacitors have very low leakage rates and others have very high leakage rates. Mainly these factors determine how and in what application a type capacitor is used.

The differences between the different types of capacitors are generally made with according to the dielectric material which is used between the metal plates. Like resistors, the capacitors are also available in different types in the present markets, which allow us to vary their capacitance value to use in frequency timing type circuits.

In general small capacitors are constructed with ceramic materials and these are sealed by dipping them in to an epoxy region. Capacitors are playing an important role in electronic and electrical circuits. Some of the various types of capacitors are given below.

Dielectric Capacitor

Variable types of dielectric capacitors are generally available in the market. These dielectric capacitors are mainly used in transistor radios, tuning receivers and transmitters. The multi-plate air- spaced capacitors are the variable dielectric type capacitors.They contain a set of fixed plates and a set of movable plates which move in between the fixed plates.

The overall capacitance values (C) for this type of capacitors are determined according to the position of the moving metal plates with respect to the fixed metal plates.In this design when two sets of metal plates are fully meshed together then the capacitance value is generally at maximum value. High voltage type tuning capacitors have large air-gaps or spaces between the plates with relatively large break down voltages in order of kilo volts. For this reason these dielectric capacitors are very useful in tuning circuits.

Variable Capacitor Symbols

 Figure 1.Symbols of Variable and Trimmer capacitors.

The symbols for the variable type and trimmer type capacitors are shown in the above figure. A variable type capacitor is a capacitor in which we can vary the capacitance value mechanically or electronically. Generally these variable types of capacitors are used in LC circuits, to set the resonance frequency.Like variable type capacitors the preset type variable capacitors are also available, they are called ‘Trimmers’.These trimmer capacitors are non- polarized and these are also very small devices in structure. The capacitance value for these capacitors is adjusted or pre-set to a particular value which is required for the application with the use of small screwdrivers and also these values are generally less or equal to the 500pF.

Film Capacitor

Film capacitors are the most commonly used type of capacitors among all types of capacitors which have the difference in their dielectric properties.Film capacitorsare the capacitors with an insulating plastic film as its dielectric and these are non-polarized capacitors. The dielectric materials for these capacitors are existed in the form of a thin layer which is provided with metallic electrodes and it is wounded in to a cylindrical winding. The both electrodes of film capacitors may be zinc or metalized aluminium.

The main advantage of film capacitor is direct connection between its internal construction and its electrodes on both ends of the winding. This direct contact with electrodes causes to keep all current paths to become short.This design behaves like a large number of individual capacitors connected in parallel. And also this type of capacitors structure results in low ohmic losses and the low parasitic inductances.These film capacitors are used in AC power applications and also used in the high frequency applications.

Some of the examples of plastic films which are used as dielectric for the film capacitors are Polypropylene, Polyethylene naphthalate, Polyester, Polyphenylene sulfideand Polytetrafluoroethylene. Film type capacitors are in the market with capacitance value ranges from 5pF to 100uF .Film Film capacitors also available in different shapes and different styles which include,

• Wrap & Fill (Oval and Round) type: In this type the capacitor ends are sealed with epoxy and the capacitor is wrapped in a tight plastic tape.
• Epoxy Case (Rectangular & Round): In this type capacitors are encased in a moulded plastic shell and it is filled with epoxy.
• Metal Hermetically Sealed (Rectangular & Round): These types of capacitors are encased in a metal tube or can, and sealed with epoxy.

In present days the above all case style capacitors are available in both the types Radial and Axial Leads. The main advantage of the plastic film capacitors is that, they operate well and good at high temperatures when compared to other paper types. These capacitors have small tolerance, high reliability andalso they have very long service life. Examples of film type capacitors are cylindrical film, rectangular metalized film and foil film types. They are given below.

Axial Lead Type:

Figure 2.Cylindrical Axial Lead type film capacitor.

Radial Lead Type:

Figure 3.Rectangular Redial Lead type film capacitor.

Figure 4.Foil type film capacitors.

These film types of capacitors require much thicker dielectric material in order to avoid the punctures and tears in the dielectric film. Hence these are suited for low capacitance value and large sizes.

Film power capacitors

Film power capacitors are also called as Power film capacitors.The construction techniques and materials which are used for large power film capacitors are usually similar to those of the ordinary film capacitors. However these capacitors with high power ratings are used in the applications of power systems and electrical installations.

Power film capacitors are used in variety of applications. These capacitors serve as snubbing or damping capacitors when connected a resistor in series with it. These are also used in close tuned or low detuned filter circuits for filtering the harmonics and also used as pulse discharge capacitors.

Figure 5.Power film capacitor.

Ceramic Capacitors

Ceramic capacitors are also called as “Disc-capacitors”. Like electrolytic, these are also the mostly used type of capacitors. A ceramic capacitor is constructed with two or more alternating layers of ceramic and a metal.Here the ceramic acts as its dielectric and metal acts as its electrodes. These ceramic capacitors are non-polarized fixed type capacitors. Generally the electrical behavior of the ceramic material can be divided into two classes related toitsstability. They are given and explained below.

• Class 1: ceramic capacitors with high stability and low losses for compensating the influence of temperature in resonant circuit applications.
• Class 2: These types of capacitors offer high volumetric efficiency for buffer by pass and coupling applications.

Ceramic types of capacitors are normally having a 3-digit number coded on their body to identify the capacitance value generally in pico-farads (pF). In that the first two digits are used to indicate the capacitors value and the third digit indicates the number of zeros to be added. For example a ceramic capacitor with the markings 153 would indicate 15 and 3 zero’s in pico-farads which is equivalent to 15 , 000 pF or 15nF.

Figure 6.Ceramic capacitors.

Polypropylene Capacitor 

Polypropylene capacitor is one of the many varieties of film type capacitors. Polypropylene capacitors are the capacitors that have a polypropylene film as their dielectric. Polypropylene capacitors are available within the capacitance ranges from 100pf to 10µF.

The main feature of Polypropylene Capacitor is high working voltages up to 3000V. This feature makes polypropylene (pp) capacitors useful in circuits in which operating voltages are typically very high, such aspower amplifiers particularly valve amplifiers, power supply circuits and TV circuits. Polypropylene capacitors are used when a better tolerance is needed than what a polyester capacitor can provide.

Polypropylene capacitors are also used in coupling and storage applications due to their high isolation resistance values. And also they have stable capacitance values for frequencies below 100KHZ.These polypropylene capacitors are used in the applications where we need to perform the tasks of noise suppression, coupling, filtering timing, blocking, bypassing, and handling pulses.

Figure 7.Polypropylene capacitor

Polycarbonate capacitor

Polycarbonate capacitors are the capacitors that have a polycarbonate material as its dielectric. These types of capacitors are available within the capacitance range of 100pF to 10µF and have the working voltages up to 400V DC. These polycarbonate capacitors can operate with a temperature range of -55°C to +125°C without de-rating.

These capacitors have very good temperature coefficients, due to these reason polycarbonate capacitors are preferable. These capacitors are not used in the high-precision applications because of their high tolerance levels of 5% to 10%. The polycarbonate capacitors are also used for AC applications. Sometimes they are also found in switching power supplies.

Figure 8.Polycarbonate capacitor

Silver Mica Capacitor

Silver Mica Capacitors are capacitors that are made from depositing a thin layer of silver on a mica material as its dielectric.The reason for the use of silver mica capacitors is that their high performances compared to any other type of capacitors.

Silver mica capacitors can be obtained with the tolerance of +/- 1%. This is much better than any other type of capacitor which is available in today’s market. The temperature co-efficient of silver mica capacitors is much better than other types of capacitors. And thisvalue is positive and it is normally in the region of 35 to 75 ppm / C, with an average value of +50 ppm / C. Capacitance values for silver mica capacitors are normally in the range between a few pico-farads to 3300 pico -farads.Silver mica capacitors have very high levels of Q and alsohave small power factors. The silver mica capacitors have the voltage range between 100V to 1000V.

Silver mica capacitors are used in RF oscillators.The silver mica capacitors are not used in coupling and decoupling applications because of their high cost.  Due to their size, cost and also the improvements in other types of capacitors these are not used nowadays.

Figure 9.Silver mica capacitor

Electrolytic Capacitors

Electrolytic Capacitors are generally used in the applications where very large capacitance values are required. The electrolytic capacitors have a metallic anode covered with an oxidized layer generally used as its dielectric. Another electrode of a capacitor is a non-solid or solid electrolyte. Most of the electrolytic capacitors are polarized. These capacitors are categorized according to their dielectric material. Mainly these are categorized in to three classes, they are given as

• Aluminium electrolytic capacitors: Here aluminium acts as its dielectric.
• Tantalum electrolytic capacitors: Here tantalum pent oxide acts as its dielectric.
• Niobium electrolytic capacitors:Here niobium pent oxide acts as its dielectric

Usually the permittivity of tantalum pent oxide is almost three times greater than the permittivity of aluminum dioxide, but this permittivity determines only the dimensions. Generally three types of electrolytes are used.They are as follows:

• Non solid (wet or liquid): These capacitors have the conductivity nearly 10ms/cm and these are available with low cost.
• Solid manganese oxide: These capacitors have the conductivity nearly 100ms/cm and also have high quality and stability.
• Solid conductive polymer: These type of capacitors have conductivity approximately 10000 ms/cm and also the ESR values of <10mΩ.

Electrolytic Capacitors are generally used in direct (DC) power supply circuits. These are also used in the applications of coupling and decoupling to reduce ripple voltage, due to their large capacitance values and their small size. One of the main disadvantages of electrolytic capacitors is their low voltage ratings.

Electrolytic Capacitor Diagram

Figure 10.Electrolytic capacitor diagram.

Aluminum Electrolytic Capacitors

Aluminum Capacitors are capacitors that are made of oxide film on aluminum foilswith a strip of absorbent paper between them which is soaked in an electrolyte solution and all these design can be sealed in a can. Basically there are two types of Aluminum Electrolytic Capacitors they are plain foil type and etched foil type. Plain foil type electrolytic capacitors are mainly used as smoothening capacitors in power supply circuits while etched foil type capacitors used in coupling DC blocking and by pass circuits.

Electrolytic aluminum capacitors cover the capacitance range of1uF to 47000uF and large tolerance of 20%. The working voltage ratings range up to 500V.These are cheaper and easily available in the market.

The capacitance value and voltage ratings are either printed in uF’s or coded by a letter followed by three digits. These three digits represent the capacitance value in pF where first two digits represent the number and the third one is the multiplier digit.

Figure 11.Aluminum electrolytic capacitor.

Tantalum Electrolytic Capacitors

Tantalum Capacitors are capacitors that are made of tantalum pent oxide as its dielectric material. Tantalum electrolytic capacitors are also polarized capacitors like aluminum capacitors.Tantalum electrolytic capacitors are obtained in both the types of wet (foil) and dry (solid). The second terminal of tantalum electrolytic capacitors is smaller than the terminal of equivalent aluminum capacitors and that terminal is made with manganese dioxide.

The main advantage of Tantalum Electrolytic Capacitorsover aluminum capacitors is that they are more stable, lighter and smaller. They have capacitance values range from 47nF to 470uF and maximum working voltage up to 50V.These are costlier than aluminum electrolytes.

The properties of the tantalum oxide dielectric are low leakage current and better capacitance stability. These properties oftantalum oxide dielectric cause to use them in blocking, by-passing, decoupling, filtering and timing applications. And also these properties are much better than the dielectric of aluminum oxide.

Figure 12.Tantalum capacitors.

Super-capacitors

The super- capacitor is also known as ultra-capacitor or electric double-layer capacitor. These capacitors are made with a thin electrolyte separator which is flanked with activated carbon ions. It differs from a regular capacitor,the capacitance value of a super capacitor is very high and it is in order of milli farads with the voltage ranges of 2.3V to 2.75V.

Super capacitors are categorized into three types based on their electrode design they are

• Double-layer capacitors: These capacitors have carbon electrodes or their derivatives.
• Pseudo capacitors: These capacitors have metal oxide or conducting polymer electrodes.
• Hybrid capacitors: These capacitors have asymmetric electrodes.

Super capacitors are mainly used in the applications, where very high number of charge/discharge cycles is needed, where long lifetime is required and where the large amount of power is needed within a short time.The typical applications range of super capacitors are from milliamp current and milli-watts of power with a duration of few minutes to several amps current and several kilo watts power within a shorter period. These super capacitors are generally used as temporary power source, as a replacement of batteries.

Figure 13.Super capacitors.

tariq el hleuo

10:34 ص

أكمل القراءة