مقاله اندازه گیری الكتریكی

توضیحات

  مقاله اندازه گیری الكتریكی دارای 34 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله اندازه گیری الكتریكی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله اندازه گیری الكتریكی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله اندازه گیری الكتریكی :

كنتورهای همگام و همزمان
ساختن كنتور ناهمگام یا ضربه ای (ripple) ، بسیار ساده است، اما به خاطر كار بسیار بالا، محدودیتی در این مورد وجود دارد. این نقطه ضعف، در كنتورهای همگام با راه اندازی مدار دو ضربه ای هماهنگ با ساعت برطرف شده است. لذا دراین كنتور زمان قرار دادن مدار، برابر است با زمان تأخیر انتشار یك مدار دو ضربه ای یك طرفه زمانیكه این كنتور هر مدار دو ضربه ای، همزمان و هماهنگ با ساعت قرار داده شود آن كنتور همگام یا همزمان نامیده می شود.
نمودار مدار كنتور همگام 3 ضربه ای در شكل نشان داده می شود. در این كنتور دو دریچه AND با سه مدار دو ضربه ای T مورد استفاده قرار می گیرد. كلیه مدارهای دو ضربه ای، توسط سیگنال ساعت C به قرار داده می شود. پایانه ورودی T مداد دو ضربه ای A ، با سیگنال سطح بالا تكلمیل می شود، لذا مدار دو ضربه ای A به انتهای هر ضربه (پالس) متصل می شود. ورودی T مدار دو ضربه ای A بالاست و تنها در این مدت، مدار دو ضربه این B متصل می شود. مدار دو ضربه ای C به با دریچه AZ AND تأمین می شود. دریچه AZ AND تنها در زمانیكه خروجی های مدار دو ضربه ای B و دریچه A AND بالا باشند، روشن می شود و تنها در طول این مدت مدار دو ضربه ای C متصل می گردد.

شكل : نمودار مدار كنتور همگام 3 ضربه ای
در ابتدا كلیه مدارهای دو ضربه ای، در صفر تنظیم می شوند، بنابراین خروجی ها عبارتند از: QC Q¬B QA = 000 اما تنها در پایان اولین ضربه ای ادواری مدار دو ضربه ای A متصل می شود وخروجی QA از 0 منطقی با 1 منطقی تغییر می‌كند و همچنین دریچه AI AND را نیز روشن می‌كند. این امر هیچ تغییری در وضعیت خروجی مدار دو ضربه ای B و مدار دو ضربه ای C ایجاد نمی كند، زیرا ترمینال های ورودی T مدارها دو ضربه ای C,B قبل از رسیدن اولین ضربه ای ادواری در logic 0 منطقی بودند. بنابر این QC Q¬B QA ، 001 می شود، البته پایان اولین ضربه ادواری ترمینال های ورودی T مدارهای دو ضربه ای B,A در ligic 1 هستند.

البته قبل از رسیدن دومین ضربه ادواری بنابراین آنها فقط در پایان دومین ضربه ادواری متصل می شوند. لذا دریچه A1 AND خاموش می شود و دریچه AZ خاموش میماند. بنابراین در انتهای دومین دومین ضربه ادواری، خروجی QC Q¬B QA 010 می شود. تنها در پایان سومین ضربه ادواری، مدار و ضربه ای A متصل می شود و خروجی آن به logic 1 تغییر می یابد. آن، دریچه A1 AND را روشن می‌كند و همچنین AZ AND نیز روشن می شود زیرا حالا ورودی دریچه AZ AND بالا هستند. لذا فقط در پایان ضربه سوم خروجی=011 QC Q¬B QA تنها در پایان چهارمین ضربه ادواری،‌ ورودیهای T كلیه مدارهای دو ضربه ای بالاست بنابراین كلیه مدارهای دو ضربه ای، متصل هستند و خروجی QC Q-B QA از 011 به 100 تغییر می‌كند و همچنین هر دو دریچه A2 , A1 AND را خاموش می‌كند. تنها در پایان پنجمین ضربه ادواری، مدار دو ضربه ای A متصل می شود و خروجی QC Q¬B QA ، 101 می شود. این پروسه با هر ضربه ادواری جدید،‌ طبق جدول ادامه می یابد. درست در پایان ضربه هفتم، خروجی هر مدار دو ضربه ای در logic 1 است و درست در پایان ضربه هشتم كلیه مدارهای دو ضربه ای مجدداً تنظیم می شوند و خروجی QC Q¬B QA ، 000 می شود این چرخه مجدداً تكرار می گردد.

نكته شایان ذكر در این مدار این است ه درست در پایان هشتمین ضربه ادواری، كلیه مدارهای دو ضربه ای در یك زمان تنظیم مجدد می شوند و لذا نصب كنتور برابر است با زمان تأخیر انتشار هر مدار دو ضربه ای. این امر نشان می‌دهد كه كنتور همگام می تواند با سیگنال ادواری فركانس بالاتر عمل كند و راه اندازی شود.
برخی تفاوتهای جزئی در زمان تأخیر انتشار مدارهای دو ضربه ای و تأخیر ایجاد شده توسط دریچه های AND مورد استفاده در مدار ممكن است،‌موجب انحراف از همگامی شود، اما این انحراف آنقدر اندك و جزئی است كه می توان آنرا نادیده گرفت. در این كنتور، دریچه های AND بر خلاف كنتور ناهمگام مورد استفاده قرار می گیرند، لذا می توان گفت كه افزایش سرعت با افزایش هزینه سخت افزار حاصل می گردد.

در كنترهای ناهمگام، در زمان رمز گشایی دریچه ها، از آنها استفاده می‌شود، به تأخیر زمانی بین سیگنال ادواری و خروجی، سیگنال های QAبین خروجی QA و خروجی QB و بین خروجی QB و خروجی QC ممكن است در خروجی رمز گشایی دریچه های نقایص جزئی را ایجاد سازد، این نقایص و عیوب جزئی، در خروجی رمز گشایی دریچه ها و تنها به مدت چند نانو ثانیه می شوند و حتی نمی توانند روی اسیلوسكوپ دیده شوند. زمانیكه كنتور تنها برای شمارش ضربات مورد استفاده قرار می گیرد، این نقایص جزئی هیچ مسئله و مشكلی ایجاد نمی كنند، اما زمانیكه رمز گشایی دریچه ها برای حركت دادن مدارهای منطقی دیگر به كار رود این نقایص ممكن است بواسطه واكنش سریع دستگاه های TTL مورد استفاده در مدارهای منطقی، نتایج نادرستی را ایجاد سازند.
این مسئله نقایص جزئی در كنتور همگام بر طرف شده اند، زیرا در این كنتور كلیه مدارهای دو ضربه ای دریك زمان و هماهنگ با ساعت نصب می شوند و لذا هیچ تأخیر زمانی بین سیگنال های خروجی QC Q¬B QA وجود ندارد.

كنتورها یا شمارنده های حلقه ای
در این كنتور، همانطور كه از نامشان پیداست، خروجی Q مدار دو ضربه ای و ورودی D مدار دو ضربه ای ردیفی، به طریقی متصل می شود كه به شكل یك حلقه به نظر می رسد. نمودار مداری یك كنتور حلقه ای در شكل نشان داده می شود. برای آغاز به كنتور حلقه ای، سیگنال Reset برای كنتور به كار می رود كه مدار دو ضربه ای A را از پیش تنظیم می‌كند و مدارهای دو ضربه ای دیگر مجدداً تنظیم می‌كند. حالا خروجی مدار دو ضربه ای برای QA بالاست و خروجی های دیگر، پائین هستند، لذا خروجی 0001 = QC Q¬B QA QD حالا قبل از رسیدن ضربه ادواری اول تنها ورودی مدار دو ضربه ای B ، یعنی DB بالاست و كلیه ورودیهای دیگر، پائین هستند. در طول انتقال اولین ضربه ادواری، كلیه سیگنالهای ورودی مدارهای دو ضربه ای به خروجی هایشان منتقل می شوند، لذا خروجی QC Q¬B QA QD ، 0010 می شود، طول انتقال دومین ضربه ادواری، مجدداً كلیه سیگنالهای ورودی مدارهای دو ضربه ای به خروجی هایشان منتقل می شوند، لذا خروجی QC Q¬B QA QD ،0100 می شود، این امر در مورد ضربه ادواری بعدی ادامه می یابد و سیگنال ضربه بالا،‌ از اولین مدار دو ضربه ای به آخرین مدار دو ضربه ای و از آخرین مدار دو ضربه ای به اولین مدار دو ضربه ای و مجدداً به آخرین مدار دو ضربه ای حركت می‌كند.

(طبق Truth Table در مورد كنترل حلقه ای).
هر چند كه این وسیله، كنتور نامیده می شود، اما برای شمارش در مدارهای دیجیتالی به كار نمی رود. این دستگاه برای تولید توان زمان بندی مربوط به كنترل عملیات منطقی ترتیبی همگام به كار می رود.

شكل نمودار مداری كنتور حلقه ای (جدول ارزش)
QD QC QB QA Clock
Count Pulse
0 0 0 1 0
0 0 1 0 1
0 1 0 0 2
1 0 0 0 3
0 0 0 1 Next Cycle 4
0 0 1 0 5
0 1 0 0 6
1 0 0 0 7
0 0 0 1 Next Cycle 8

مدارهای یكپاچه دیجیتال
طبق مباحث قبلی، در یك مدار انتگره، اجزای تشكیل دهنده مثل دیورها، ترانزیستورها،‌ رزیستورها، بوبین ها و غیره قطعات اصلی تراشه به شمار می روند. ورودی سطح این تراشه، كه قطعه‌ بسیار كوچكی از یك ماده نیمه رساناست، مدارهای كوچكی با استفاده از تكنیك عكاسی پیشرفته ایجاد می شودند. شبكه حاصل، آنقدر كوچك است كه برای دیدن اتصالاتش به میكروسكوپ نیاز داریم.
مدارهای انتگره، دیجیتال، مدارهایی هستند كه با كمك اعداد با نیروی (دودویی) 0 و1 كاربردهای منطقی را ارائه می دهند، مثلاً دریچه های منطقی، مدارهای دوتایی، كنتورها و غیره IC های دیجیتالی،‌ در شناخت سیستم های الكترونیكی در زمینه های كاربرد وسایل سنجش، ارتباط كنترل ها و كامپیوترها، معروفترین مورد به شمار می رودند.

با توجه به هزینه كم و عملكرد عالی IC های دیجیتالی به شكل سیستم تك سنگی (مونولیت) امروزه آنها مبتنی بر تكنولوژی مونولیت مورد استفاده قرار می گیرند. ICهای دیجیتالی، مبتنی بر تكنولوژی دخیل در تولید شان می توانند به دو گروه دو قطبی و MOS تقسیم شوند. این انتخاب به استفاده از دستگاه فعال در تشخیص مدار بستگی دارد. ترانزیستور NPN مهمترین وسیله در ICهای دیجیتالی دو قطبی می باشد. و MOSFETهای P,N كانال با مدار بندی متقارن تكمیلی، در ICهای دیجیتالی MOS عمومیت دارند. لذا قطبیت منطقی ICهای دیجیتالی دو قطب همیشه مثبت است، در حالیكه منطقی ICهای دیجیتالی MOS بسته به پیكربندیشان می تواند مثبت یا منفی باشد.

گروه های دو قطبی: ترانزیستورهای دو قطبی روی تراشه در ICهای دیجیتالی ساخته می شوند. تكنولوژی دو قطبی، بر SSI (تلفیق مقیاس كوچك) و MSI
(تلفیق مقیاس متوسط) ارجعیت دارد زیرا سریع تر است.
گروه های دو قطبی دیگر به شرح زیر هستند:
– I منطق ترانزیستور مقاومتی (RTL): این گروه اولین گروه از خانواده مدارهای منطقی بو كه در اوایل دهه 1960 به شكل IC بسته بندی شده این تكنولوژی قدیمی شده و تنها از اهمیت تاریخی برخودار است.

– II منطق ترانزیستور دیور (DTL): این گروه پس از RTL ارائه شده از رزیستورها، دیورها و ترانزیستورها استفاده می‌كند. این تكنولوژی نیز امروزه قدیمی شده است.
– III منطق ترانزیستور – ترانزیستور (TTL): این مورد تقریباً فقط از ترانزیستورها استفاده می‌كند. این تكنولوژی معروفترین تكنولوژی به شمار می رود و عموماً در تراشه های MSI , SSI كارایی دارد. این تكنولوژی در اوایل هه 1970 ارائه شد.
– IV منطق پیوسته یا مزدوج (ECL): این مورد سریع ترین تكنولوژی در گروه Logic (منطقی) است و در كاربردهای سرعت بالا كارایی دارد.
2- گروه های MOS (نیمه رسانای اكسید نفر) : در این MOSFET , IC ها (ترانزیستورهای تأثیر میدان نیمه رسانا اكسید نفر) به روی تراشه ساخته می شوند. این مورد در LSI (تلفیق مقیاس بزرگ) كارایی دارد زیرا MOSFETهای بیشتری می توانند در یك تراشه مشابه فشرده شوند. گروه های دیگر MOS عبارتند از:
– I MOSFET های P كانال (PMOS): این مورد قدیمی ترین و كندترین نوع تكنولوژی به شمار می رود كه درحال حاضر دیگر قدیمی شده است.
II – MOSFET های N كانال (CMOS): در این مورد آرایش كشتی – فشاری

(Pash-Pull) MOSFETهای N,P كانال بوده و در زمانیكه معرف نیروی كم مورد نیاز باشد شدیداً به كار می رود.
منطق اشباع شده و اشباع نشده: مدارهای منطقی كه در آنها ترانزیستورها به اشباع می رسند، مدارهای منطقی اشباع شده یا منطقی اشباع شده نامیده می شوند و مدارهای منطقی كه از اشباع ترانزیستورهایشان جلوگیری می كنند، منطق اشباع نشده نام دارند. TTL مثالی از منطق اشباع شده است كه در آن ECL یك منطق اشباع شده را ارائه می‌دهد. نقطه ضعف منطق اشباع شده به تأخیر زمانی است كه در اشباع ترانزیستور رخ می‌دهد. مدارهای منطق اشباع شده سرعتهای راه اندازی یا قطع و وصل پائینی در مقایسه با مدارهای منطق اشباع شده دارند.

ویژگیهای مدار انتگره دیجیتالی
گروههای منطقی مختلف كه دارای ویژگیهای مختلفی هستند، لذا ممكن است یك گروه یا خانواده برای یك موقعیت بسیار مناسب باشد، اما اگر گروه دیگر در یك موقعیت دیگر كاری داشته باشد مثلاً در موارد خاص ممكن است مصرف نیروی اندك شرط اولیه باشد، در حالیكه در موارد دیگر سرعت، مد نظر باشد.
ویژگیهای مختلف یك خانواده منطقی به شرح زیرند:
1- سرعت عملیاتی : سرعت یك دریچه منطقی به زمانی بستگی دارد كه بین كاربرد یك سیگنال تا انتهای ورودی و تغییر حاصل در وضعیت منطقی در ترمینال خروجی، سپری می شود. زمان انتقال (طول مدت بالا و پایین رفتن ضربه) و تأخیرهای انتشار مورد توجه قرار می گیرند. هر دوی این زمانها به خروجی یك دریچه منطقی متصل می شوند و بار بیشتر باید توسط آن خروجی كنترل شود. سرعت عملیاتی بالا، معمولاً نیاز و شرط عمده ICهای دیجیتالی است.
2- ظرفیت ورودی (Fan – in): ظرفیت ورودی یك دریچه منطقی، به تعداد وردیهای (ناشی از مدارهای مشابه) گفته می شود كه آن دریچه می تواند به خوبی آنها را كنترل كند.

3- ظرفیت خروجی : در كل یك مدار منطقی باید چند ورودی منطقی را حركت دهد. ظرفیت خروجی تعداد ماكزیمم ورودیهای منطقی استانداردی است كه یك خروجی می تواند با اطمینان آنها را حركت دهد. مثلاً یك دریچه منطقی كه دارای ظرفیت خروجی 8 است می تواند 8 ورودی منطقی استاندار را حركت دهد. اگر این تعداد بیشتر شود، ولتاژهای سطح منطقی خروجی نمی توانند تضمین شوند.
4- شرایط و نیازهای نیرو و قدرت : هر IC به میزان نیروی الكتریكی نیاز دارد تا بتواند عمل كند. این نیرو توسط یك یا چند ولتاژ شبكه اصلی متصل به پین نیرو روی تراشه، تأمین می گردد. معمولاً تنها یك ترمینال شبكه اصلی روی تراشه وجود دارد و با VCC برای دستگاههای VDD برای دستگاههای MOS نشان داده می شود. مصرف نیروی كم به مشخصه مطلوب در هر IC دیجیتال به شمار می رود.

5- مصونیت در برابر پارازیت : میداندهای مغناطیسی و الكتریكی (Stray) می توانند شامل ولتاژهایی روی سیم های اتصال دهنده بین مدارهای منطقی باشند. این سیگنالهای مصنوعی و ناخواسته پارازیت نامیده شده گاهی می توانند منجر به تحریك نادرست سطوح منطقی موجود در مدار شوند. مصونیت در برابر پارازیت یك مدار منطقی به توانایی مدار جهت مقاومت در برابر ولتاژهای پارازیت روی ورودیهایش اطلاق می شود، ارزیابی كمیتی مصونیت در برابر پارازیت، حاشیه پارازیت نامیده می شود. هر چه حاشیه بالاتر باشد مدار منطقی بهتر است.
6- گستره دمای عملیاتی : ICهای دیجیتالی باید بتوانند در دمایی با گستره ای از 0 تا 70 درجه برای مصر ف كنندگان و از تا برای كاربردهای نظامی عمل كنند.
مدارهای RTL
این مدارها یك مدار اشباع شده است و فقط ترانزیستورها و رزیستورها را به عنوان اجزای مدار به كار می برد. البته از رزیستورها در ورودی برای هر پایه استفاده می‌كند. این خانواده، مبتنی بر مدار NOR است. نمودار مداری آن در شكل نشان داده می شود.
با فرض اینكه هر دو ترانزیستور در زمانیكه هر دو ورودی پائین هستند، مناسب و ایده آل باشند، هر دو ترانزیستور، خاموش می شوند و خروجی به بالا قرار می گیرد. اگر هر یك از ترمینالهای ورودی یا هر دوی آنها بالا باشند یكی از ترانزیستورها یا هر دوی آنها روشن خواهند شد و خروجی پائین خواهد آمد. مشخص است كه خروجی تنها زمانی در منطق 1 است كه هر دو ورودی در منطق باشند. خانواده RTL دارای ویژگیهای زیر است:
-I سرعت پائین
-II ظرفیت ورودی پائین
-III ظرفیت خروجی پائین
-IV شرایط نیروی بالاتر
-V مصونیت در برابر پارازیت
-VI هزینه بیشتر
این تكنولوژی نیز قدیمی شده است.
مدارهای DTL
این مدار نیز یك منطق اشباع شده است و از دیورها، رزیستورها استفاده می‌كند. نمونه مدار در شكل نشان داده می شود.

شكل: مدار DTL شكل: مدار RTL

شكل : دریچه TTLNAND اصلی
مدار منطقی DTL ، دریچه NAND است.
زمانیكه ورودیها به سه دیور، بالا باشند، كار نمی كنند و ترانزیستور، توسط جریان ایجاد شده با VCC از طریق R1 روشن می شود، و خروجی پائین می باشد. اگر هر ورودی یا همه آنها پائین باشند، دیور مربوطه كار خواهد كرد، ترانزیستور خاموش خواهد شد و خروجی نیز بالا خواهد بود. مشخص است كه خروجی تنها زمانی پائین است كه كلیه ورودیها بالا باشند، این خانواده دارای ویژگیهای زیر هستند. I- سرعت عملیاتی محدود، II- ظرفیت ورودی 8 ، III- ظرفیت خروجی 5 ، IV- مصرف نیروی پائین ،‌ V- مصونیت كم در برابر پارازیت ، VI- حساسیت دمای بالا مثبت به ولتاژ آستانه.
طبق مطالب فوق الذكر این تكنولوژی نیز در حال حاضر، قدیمی شده است.

مدارهای TTL
ابزارآلات Texas، منطق ترانزیستور – ترانزیستور (TTL) را ارائه دارد كه در سال 1946 گروه دستگاه دیجیتالی دارای موارد استفاده كننده به شمار می رفت. این مورد سریع، گران بوده و استفاده از آ‌ن آسان است. خانواده TTL از تراشه های SSI و MSI متنوعی تشكیل می شود، با كمك آن همه انواع مدارهای سیستم های دیجیتالی می توانند ساخته شوند.
مدار منطقی TTL اصلی، دریچه NAND است. نمودار مدار در شكل نشان داده می‌شوند.
متوجه می شویم كه زمانیكه ترانزیستور T1 دارای دو گیرنده است، پس دارای دو انشعاب یا اتصال مبنای گیرنده است كه می توانند برای روشن كردن ترانزیستور T1 به كار روند. حداكثر هشت گیرنده می تواند در یك ترانزیستور ورودی چند گیرنده‌ای
در رابطه با دریچه NAND هشت ورودی مورد استفاده قرار گیرد. ویژگی این مدار، آرایش totem – pols ارائه شده توسط ترانزیستورهای T4 , T3 در سمت خروجی مدار می باشد.

حالا نگاهی به عملكرد مدارد می اندازیم. در نمودار مدار، مقاومت R1 و ترانزیستور T1 مثل دریچه AND عمل می‌كنند ترانزیستور T2 مثل یك معكوس كننده عمل می كند، كه خروجی ترانزیستور T1 را معكوس می‌كند و از این رو مدار مثل یك دریچه NAND عمل می‌كند. ترانزیستورهای T4 , T3 اتصالات totem – pole را در مرحله خروجی تشكیل می دهند، یا T3 یا T4 در یك زمان روشن می باشد. زمانیكه خروجی، بالا باشد، T3 روشن می شود و زمانیكه خروجی پایین باشد، T4 روشن است. حالا به زمانی توجه كنید كه هر دو ورودی B,A بالا هستند. دیورهای گیرنده T1 جریان را متوقف می‌كنند و دیور كلكتورمستقیم می شود. به این ترتیب پایه ترانزیستور T2 بالا می رود و جریان را آغاز می‌كند. لذا یك افت پتانیسل در مقاومت R4 رخ می‌دهد و پایه ترانزیستور T¬4 اشباع می شود و خروجی پائین را ارائه می‌دهد. به مورد دیگری توجه كنید، زمانیكه هر دو ورودی یا یكی از آنها پائین باشد، پس پایه T1 تقریباً در 7/0 قرار می گیرد كه ولتاژ پایه T2 را تقریباً تا صفر ولت كاهش می‌دهد. لذا ترانزیستور T2 قطع می شود. ولتاژ پایه T3 بالا می رود و T3 مثل یك زیر سوپاپی (Follwer) گیرنده عمل كرد و خروجی بالا را ارائه می‌دهد.
كاربرد دیور D1 عبارت است از جلوگیری از جریان اندك T3 در زمانیكه خروجی پائین است. افت ولتاژ در دیور D1 ، موجب با پاس معكوس دیور گیرنده T3 می شود و بنابراین تنها T4 در شرایط خروجی پائین جریان دارد.

برای دریافت اینجا کلیک کنید