تبلیغات
مطالب اینترنتی - آموزش ساده مدارهای معادل تونن و نورتون (Thevenan & Norton)
 
مطالب اینترنتی


مدارهای معادل تونن و نورتون اساسی ترین روش برای تحلیل و بررسی مدارهای AC و DC هستند و دانستن مراحل مربوط به تبدیل یک مدار به معادل تونن یا نورتون آن بسیار مهم است اما نکته مهمتر دانستن چگونگی استفاده از این تکنیک ها و نحوه کمک آنها در تحلیل و طراحی دستگاه های الکترونیکی واقعی است.

اساس مدارها

تئوری تونن بیان می کند که هر مدار تشکیل شده از اجزای خطی می تواند به شکل یک منبع ولتاژ و یک مقاومت سری (یا امپدانس سری در مدارهای AC) ساده سازی شود. تئوری نورتون نیز به شکلی مشابه بیان می کند که هر مدار به شکل یک منبع ولتاژ و مقاومت سری را می توان با یک منبع جریان و مقاومت موازی جایگزین کرد. در این مقاله بر روی تئوری تونن تمرکز شده زیرا مدل منبع موازی با مقاومت بیشتر قابل درک بوده و در مدارهای واقعی کاربردی تر است.

بنابرین تبدیل یک مدار تونن به مدار معادل نورتون و بالعکس آسان خواهد بود.

معادل تونن و نورتون

معادل تونن و نورتون

تبدیل مدار های معادل :

تبدیل از تونن و نورتون :

RN=RTh
IN=VTh /RTh

تبدیل از نورتون و تونن :

RTh=RN
VTh=(IN)(RN)

روش اساسی برای یافتن مدار معادل تونن به شرح زیر است:

در ابتدا، باید گره هایی که در مدار اصلی به دو ترمینال خروجی مدار تونن مربوط می شود تعیین شود. در مرحله دوم، مدار اصلی باید شناخته شود تا هیچ ارتباط جریانی بین دو گره وجود نداشته باشد.(مثلا با حذف یک مقاومت که اکنون به مقاومت بار که به صورت اضافی برای مدار در نظر گرفته شده است) سپس با استفاده از محاسبه ولتاژ بین ترمینال های خروجی، VTh تعیین می گردد. در نهایت با محاسبه مقاومت معادل و فرض اینکه تمام منابع وابسته حذف شده اند، RTh تعیین خواهد شد. (این یعنی که منابع ولتاژ با یک اتصال کوتاه و منابع جریان نیز با یک مدار باز جایگزین شده اند.)

چرا استفاده از مدار تونن ؟

مراحلی که در بالا توضیح داده شده در ظاهر ساده و کافی است اما محاسبه مدار معادل تونن و نورتون می تواند بسیار پیچیده شود بخصوص در زمانی که مدار شامل چندین جزء بوده یا منابع وابسته زیاد باشد. همچنین به یاد داشتن این نکته مهم است که مدار معادل تونن فقط یک مثال دقیق از مدار، از دیدگاه بار متصل به دو ترمینال خروجی است و چیزی در مورد عملکرد داخلی مدار نمی گوید. با این حال نتایج خوبی در تلاش برای کشف مدار معادل تونن در یک مدار وجود دارد.

در ساختنی بخوانید : مدار تشخیص جریان هوا بسازید (Air flow detector)

تقسیم و بهره

بزرگترین علت انجام این کار ساده تر کردن است زیرا مدارها هنگامی که به بخش های کوچکتر و قابل درک تقسیم شود ساده می شود. هیچ کس هرگز نمی تواند یک میکروپروسسور را با یک میلیون ترانزیستور طراحی کرده و آنها یک به یک سیم کشی کند، به همین شکل حتی یک طرح نسبتا ساده از سیگنال های ترکیبی به صورت مجموعه ای از بلوکهای به هم پیوسته به بهترین شکل تحلیل می شود. اساس تئوری تونن این است: کاهش دادن یک مدار به ساده ترین شکل که در نتیجه آن می توان تعیین کرد که چگونه بلوک مدار در تقابل با بلوک دیگر مدار عمل می کند. با فرض مثال زیر:

اگر RL حذف شود:

Vout =(12V)(R2R1+R2)=7.2V

اگر RL در نظر گرفته شود:

Vout=(12V)(R2||RLR1+R2||RL)=6.36V

این مدار ساده یک موضوع مهم را در رابطه با تئوری تونن و نورتون نشان می دهد: اثرگذاری بار بر روی مدار. اگر مقاومت بار در نظر گرفته نشود و ولتاژ Vout به صورت ساده محاسبه شود، مقدار ۷٫۲ بدست می آید. بنابرین آیا گفتن این موضوع که شبکه ای که از V1 و R1 و R2 تشکیل شده مداری است که ولتاژ ۷٫۲ ولت را برای بار مقاومت تأمین می کند، درست است؟ خیر، زیرا ولتاژ تأمین شده بر طبق مقاومت بار تغییر می کند. همانطور که در بالا نشان داده شده است، Vout در هنگامی که مقاومت بار ۱ کیلواهم به مدار وارد می شود به مقدار ۶٫۳۶ ولت افت پیدا می کند. با استفاده از مقاومت بار۱۰۰اهم، Vout فقط به میزان ۳٫۱ ولت خواهد بود. بنابرین اگر از مدار اصلی استفاده شود و ولتاژ خروجی برای یک بار مشخص مورد نیاز باشد، باید محاسبه دوم که در بالا نشان داده شده است را تکرار کرد. اگر مدار پیچیده تر شود، این کار خسته کننده تر خواهد شد. اکنون می توان ارزش اصلی مدار معادل تونن را مشاهده کرد: این مدار معادل یک مدل ساده است که بیان می کند چگونه مدار اصلی به مقدار بار واکنش نشان می دهد، به این علت که ترکیب ولتاژ و مقاومت مدار تونن اطمینان می دهد که ولتاژ خروجی برای تمام مقادیر مقاومت بار صحیح خواهد بود.

در ساختنی بخوانید : طراحی برد مدار چاپی با فتوشاپ؛ ساده و بدون نیاز به تخصص

بررسی مشاهدات تجربی در مقابل تحلیل تئوری

یک مانع بزرگ در برابر مفهوم مدار معادل تونن مشکل بودن تعیین ولتاژ و مقاومت معادل تونن برای مدارهای پیچیده است و از آنجایی که مدارهای جالب به طور کلی پیچیده تر هستند، این موضوع را به طور ویژه مشکل ساز می کند. خوشبختانه می توان این مقادیر را به طور تجربی پیدا کرد. اولین قدم حذف کردن بار و اندازه گیری ولتاژ مدار باز در ترمینالهای خروجی است که ولتاژ تونن از آن بدست می آید. سپس باید مدار را با مقاومت های بار مختلف امتحان کرده تا مقاومت بار در حالیکه ولتاژ خروجی به میزان نصف ولتاژ مدار باز است پیدا شود (می توان در این مرحله از یک پتانسیومتر استفاده کرد). این مقوامت بار برابر با مقاومت تونن خواهد بود. برای مدار ساده ای که در بالا نشان داده شده بود، یک طرح از ولتاژ خروجی در مقابل مقاومت بارهای متغیر از ۱ اهم تا ۱ کیلواهم نشان داده شده است.

در تصویر بالا ولتاژ ۳٫۶ ولت با نقطه چین نشان داده شده است (که برابر با ولتاژ نیمه در مدار باز است)، که مقاومت بار معادل آن ۱۳۲ اهم است. که این موضوع، محاسبات تئوری مقاومت تونن را تأیید می کند:

کاربرد تئوری تونن و نورتون

برای دریافت سیگنالهای دیجتال خروجی از یک سنسور که بین ۰ و ۱ میلی ولت تغییر می کند نیاز است تا مدارهایی با دقت بالا طراحی شده و استفاده شود. برای تقویت سیگنال به میزان ۱۰ برابر لازم است تا از آپ امپ استفاده شود، سپس خروجی مدار آپ امپ به مبدل آنالوگ به دیجیتال فرستاده می شود. برای تعیین اینکه تغییرات در امپدانس ورودی چگونه بر خروجی آپ امپ تأثیر می گذارد ADC های مختلفی با ویژگی های ورودی متفاوت در نظر گرفته شده است. برای رسیدن به این هدف لازم است تا مدار معادل تونن برای مدار آپ امپ پیدا شده و با امپدانس ورودی ADC به شکل مقاومت بار رفتار شود. انجام این کار با استفاده از مدار واقعی ممکن نیست به نتیجه برسد زیرا آپ امپ مقاومت خروجی بسیار پایینی دارد اما با استفاده از شبیه سازی می توان به نتایج خوبی دست پیدا کرد.

در ساختنی بخوانید : آمپلی فایر کلاس D چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

مقاومت بار از مقادیر ۱۰ میلی اهم تا ۰٫۵ اهم و با شروع از ۱۰ میلی اهم است. بهره این مدار آپ امپ برابر با ۱۰ است به این ترتیب مشخص است که ولتاژ خروجی مدار باز ۱۰ میلی ولت خواهد بود. بنابرین باید به دنبال مقاومت باری گشت که خروجی ۵ میلی ولتی را تولید کند.

همانطور که در تصویر بالا و با خطوط نقطه چین نشان داده شده است، ولتاژ خروجی در مقاومت ۱۵۵ میلی اهم با نصف مقدار ولتاژ مدار باز برابر است. همچنین توجه شود که سطح ولتاژ خروجی در ۱۰ میلی ولت و در هنگامی که مقاومت بار به اندازه کافی بزرگ است، خاموش می شود که این موضوع، مقدار مورد انتظار ما برای ولتاژ مدار با را تأیید می کند. اکنون که مقاومت و ولتاژ تونن برای مدار آپ امپ یافته شد می توان مدار معادل تونن را تحلیل کرد.

منبع

بیشتر بخوانید:

[ad_2]

لینک منبع

مطلب آموزش ساده مدارهای معادل تونن و نورتون (Thevenan & Norton) در سایت مفیدستان.


لینک منبع و پست :آموزش ساده مدارهای معادل تونن و نورتون (Thevenan & Norton)
http://mofidestan.ir/%d8%a2%d9%85%d9%88%d8%b2%d8%b4-%d8%b3%d8%a7%d8%af%d9%87-%d9%85%d8%af%d8%a7%d8%b1%d9%87%d8%a7%db%8c-%d9%85%d8%b9%d8%a7%d8%af%d9%84-%d8%aa%d9%88%d9%86%d9%86-%d9%88-%d9%86%d9%88%d8%b1%d8%aa%d9%88%d9%86/



نوع مطلب :
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
شنبه 5 اسفند 1396 01:15 ق.ظ
با تشکر از شما برای هر مقاله فوق العاده دیگر. جای دیگری ممکن است کسی چنین اطلاعاتی را در چنین رویکردی کامل از نوشتن دریافت کند؟
من یک هفته ارائه می دهم، و من در جستجوی هستم
برای چنین اطلاعاتی
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر


درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : نویسنده
نویسندگان
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :