آشنایی با انواع ادوات الکترونیکی

[pesare irani 41805]

پتانسیومتر

نگاه اجمالی :پتانسیل سنج ، وسیله‌ای الکتریکی است که از قطعه سیمی مقاوم (یا از ماده مقاوم الکتریکی) با مقاومت R تشکیل شده است و روی آن یک سر اتصال لغزنده قرار دارد

. که با سیم اتصال الکتریکی برقرار می‌کند و معمولا در آزمایشگاه برای تنظیم و کنترل جریان از یک مقاومت متغیر استفاده می‌شود. پتانسیل منبع در سه محل اتصال الکتریکی دارد. عبارت است از نقطه A و B در دو سر سیم مقاوم و سر اتصال لغزنده T، پیچ تنظیم صدای رادیو یا وسایل صوتی دیگر ، پتانسیل سنجی ساده و ارزان قیمت است. اما پتانسیل سنج دقیق وسیله‌ای گرانقیمت است که برای اندازه‌گیری ولتاژ با دقت بسیار زیاد بکار برده می‌شود.

اساس کار پتانسیومتر

اگر اتصال بین نقطه A و T برقرار شود، این وسیله به یک مقاومت قابل تنظیم یا رئوستا تبدیل می‌شود. مقاومت بین نقطه‌های A و T و شکل R1 نشان داده می شود. با حرکت سر اتصال لغزنده T در طول سیم مقاوم ، از سر اتصال A تا سر اتصال B ، مقاومت R1 از صفر تا مقدار R تغییر می‌کند. نام پتانسیل سنج از آنجا گرفته شده است که این وسیله می‌تواند مقادیر مختلف اختلاف پتانسیل الکتریکی که یا ولتاژ ، میان سر اتصال T و یکی از دو سر سیم پتانسیل سنج (مثلا نقطه A) را بسنجد.

 

فرض کنید باتری با نیروی محرکه الکتریکی V به دو سر A و B ، وصل شده است. مقاومت بین A و T را R1 و مقاومت بین B و T را R2 می‌گیریم. به این ترتیب ، این دو مقاومت یک تقسیم کننده ولتاژ محسوب می‌شود. ولتاژ میان دو سر اتصال A و T را VTA کسری از ولتاژ میان A و B که VBA است. در این صورت مقاومت R1 + R2 ثابت و برابر با مقاومت پتانسیل سنج ، R است. هنگامی که لغزنده در طول سیم مقاوم حرکت می‌کند، مقاومت R1 از صفر تا R و ولتاژ VTA بیان نقطه‌های A و T از صفر تا VRA تغییر می‌کند. این کار ، روش ساده‌ای برای تولید ولتاژ متغیر با استفاده از ولتاژ ثابت است.

مثال کاربردی

در مورد پیچ تنظیم صدای رادیو ، ولتاژ VBA داده شده به پتانسیل سنج ، ولتاژی با بسامد صوتی متناظر با موج صوتی است. مقدار متغیر ولتاژ دو سر اتصال پتانسیل سنج (VTA) به بلندگو داده می‌شود. (از طریق تقویت کننده رادیو) و با حرکت لغزنده شدت صوتی که از رادیو می‌شنویم، تغییر می‌کند.

پتانسیومتر دقیق

در پتانسیل سنجهای دقیق ، نسبت مقاومتهای R1 و R1 با دقت زیاد قابل تنظیم است. در این نوع وسایل ، یک باتری با ولتاژ V از طریق رئوستای r به پتانسیل سنج وصل می‌شود. و رئوستا تا جایی میزان می‌شود که ولتاژ VBA مقدار معین و دقیقی (مثلا 1.6000 ولت) داشته باشد. هنگامی که ولتاژ نامعلوم Vx را از طریق گالوانومتر به سر اتصال T اعمال می‌کنیم. نسبت R1/R را آنقدر تغییر می‌دهیم تا گالوانومتر عبور هیچ جریانی را نشان ندهد. در این شرایط ، ولتاژ Vx برابر است با (VBA(R1/R.

روش درجه بندی ولتاژ

برای درجه بندی ولتاژ VBA ، پیل استانداردی را با ولتاژ دقیقا معلوم به جای Vx قرار می‌دهیم، نسبت R1/R متناظر با این ولتاژ را تنظیم ، رئوستای r را برای جریان صفر گالوانومتر میزان می‌کنیم. با استفاده از پتانسیل سنج بسیار دقیق می‌توان ولتاژها را تا پنج رقم با معنی و تا حد میلی ولت هم اندازه ‌گیری کرد. اما ، فرآیند اندازه گیری با پتانسیل سنج کند و دستگاه اندازه ‌گیری هم پر حجم است. در حال حاضر ، بیشتر اندازه گیریهای دقیق ولتاژ با استفاده از ولت سنجهای رقمی و دقیق انجام می‌گیرند. پتانسیل سنج را برای درجه بندی ولت سنج رقمی می‌توان بکار برد.

[pesare irani 41805]

ميكروفون

 

ميكروفونها يا مبدلهاي الكتروآكوستيكي، دستگاههايي هستند كه تغييرات انرژي آكوستيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند. (ضمناً عكس اين مطلب نيز در مورد بلندگوها صادق است).

همانطور كه مي دانيم انرژي صوتي از نوع انرژي مكانيكي است و با جرم، محيط الاستيك و نيرو سر و كار دارد. بنابراين حفظ و انتقال انرژي صوتي (آكوستيكي) در برد زياد امكان پذير نيست. فرض كنيد انرژي صداي گفتگوي انسان به ميزان انرژي رعد و برق (مثلاً db130) باشد، البته مي دانيم كه برد انتقال اين انرژي محدود است، در صورتيكه اگر اين انرژي (صوتي) به انرژي الكتريكي تبديل شود هرگونه تغيير و تبديل روي آن براحتي امكان پذير مي شود. براي مثال، انرژي الكتريكي را مي توان بهر ميزان تقويت كرد و آنرا به هر نقطه در فواصل خيلي دور ارسال داشت. مثلاً بردن يك نوار ضبط صوت در هر نقطه و يا انتقال صداي گوينده اي كه در جلوي ميكروفون در استوديو در يك نقطه از جهان صحبت مي كند و اين انرژي توسط فرستنده راديوئي به ساير نقاط با وسعت بسيار پخش مي شود. انرژي الكتريكي بوسيله9 بلندگو مجدداً به انرژي اكوستيكي تبديل مي شود. در اين فصل طرز كار اين مبدلهاي الكتروآكوستيكي را مورد مطالعه قرار مي دهيم.

 

با توجه به ماهيت انرژي آكوستيكي دستگاههائي كه كار تبديل را انجام مي دهند به هر ترتيب با عمل مكانيكي سر و كار دارند و سيستمهاي نوسان كننده مكانيكي مطرح مي شوند. همانطور كه اگر شخصي در موقع صحبت كردن يك صفحه كاغذ را بطور كشيده در جلوي دهان خود قرار دهد، متناسب با دامنه و فركانس انرژي صوت كاغذ به ارتعاش درمي آيد، ممبران ميكروفون بر اثر صوت ارتعاش مي نمايد، با استفاده از پديده هاي فيزيكي مانند پديده هاي القاي الكترومانيتيك، اثر پيزد الكتريك، تغييرات ظرفيت خازن و تغييرات مقاومت گردد، ذغال انرژي اكوستيكي به انرژي الكتريكي تبديل مي كند.

 

قبل از پيشرفت علم الكترونيك و ساختن تقويت كننده هاي مناسب معمولاً از شرايط نامناسب معمولاً از شرايط نامناسب ميكروفون استفاده مي شد، زيرا اگر بخواهيم سيگنال خروجي ميكروفون بر حسب فركانس در نوار 20 تا 20000 هرتز خطي باشد راندمان ميكروفون بسيار ناچيز خواهد بود. بطوريكه اگر سيگنال بلافاصله درون ميكروفون تقويت نشود بر اثر ضعيف بودن دامنه سيگنال نويز بسياري وارد شده و عملاً استفاده از سيگنال با كيفيت مناسب بدون استفاده از تقويت كننده امكان پذير نمي باشد.

بنابراين در محاسبه ميكروفون بدون استفاده از تقويت كننده سعي مي شود راندمان نسبتاً بالا باشد كه موجب باريك و نماصاف شدن پاسخ فركانس مي شود. مانند ميكروفون ذغالي كه داراي راندمان خوب بوده ولي پهناي نوار فركانس آن كم و ناصاف مي باشد. امروزه در بيشتر موارد از ميكروفونهاي با كيفيت خوب در امر صدابرداري در راديو و تلوزيون و استوديوها استفاده مي شود كه داراي تقويت كننده هاي اوليه الكترونيكي مي باشد.

ضمناً ميكروفونهاي با كيفيت عالي براي كارهاي دقيق اندازه گيري بدون نويز و بدون ديستورشن ساخته مي شود و در نوار فركانس 20 تا 20000 هرتز پاسخ خطي دارند كه در آزمايشگاههاي تحقيقاتي از آنها استفاده مي شود.

ميكروفونها تغييرات فشار صورت درون محيط را به تغييرات مشابهي از ولت يا جريان در داخل مدار الكتريكي كه متصل به آن است تبديل مي نمايند. كه اين جريان وارد دستگاههاي تقويت كننده شده و پس از عمليات مختلف توسط بلندگو به انرژي صوتي تبديل مي شود. حال در اين فصل به معرفي انواع مختلف ميكروفونها مي پردازيم.

ساختمان ميكروفونها

ميكروفون ها از نظر ساختمان به چند دسته تقسيم مي شوند. ميكروفون هاي ذغالي، ميكروفون هاي ديناميكي، ميكروفون هاي الكترومغناطيسي، ميكروفونهاي الكترواستاتيك، ميكروفون هاي نواري و ميكروفون هاي پيزوالكتريكي (كريستالي).

o ميكروفونهاي ذغالي (كربن دار)

o ميكروفونهاي ديناميكي (Moving Coil Mie)

o ميكروفونهاي الكترومغناطيسي (Moviong Magnet Mic)

o ميكروفونهاي پيزوالكتريك (كريستالي) (Pizoelectric Mic)

o ميكروفونهاي نواري

o ميكروفونهاي خازني (الكترواستاتيك) و يا (الكتروكاندستور)

o نتيجه (محاسن ميكروفونهاي مختلف

o معايب ميكروفونهاي خازني

o دلايل احتياج منبع تغذيه در ميكروفونهاي خازني

o ميكروفون بي سيم يا MF يا Wireless Mic

o پروانه كانال فرستنده (Program channal)

o گيرنده (Reciver)

o ميكروفونهاي الكترت (Electret Cendenser Mc)

o منابع تغذيه ميكروفونها

o مزيت سيستم فانتوم بر AB

o جنس و ساخت بادگيرها

o ميكروفونهاي تمام جهته (Omni directional)

o ب-ميكروفونهاي يك جهته يا كارديوئيد يا دلوار (Cardioid)

o ميكروفونهاي دوجهته يا دو راستايي يا هشت لاتين

o د- ميكروفونهاي فوق العاده كارديوئيد (Hyper cardioid)

o ميكروفون گان (Gun Mic or Tele Mic)

o دلايل استفاده از ميكروفون گان

o مكانيزم ميكروفون گان (Gun)

ميكروفونهاي ذغالي (كربن دار)

ميكروفون هاي ذغالي تشكيل شده از يك مخزن ذرات ذغال، اين ذرات ذغال ممكن است به اشكال مختلف هندسي تهيه شود. روي ذرات ذغال يك شاخكي قرار دارد كه به ديافراگم يا ممبران متصل است كه اگر در مقابل اين ممبران يل ديافراگم صوت ايجاد كنيم مرتعش مي گردد. ارتعاشات حاصل در ممبران، دقيقاً همان مشخصات ارتعاشات منبع صوت را دارا مي باشد. و اين تغييرات فشار عيناً به شاخك انتقال مي يابد. تغييرات ايجاد شده در ممبران يا شاخك باعث تغيير مقدار فشردگي ذرات ذغال به يكديگر شده كه در نتيجه مقاومت الكتريكي مجموعه مخزن تغيير مي يابد. و مشاهده مي كنيم كه متناسب با همان تغييرات فشار وارده روي ممبراتن جريان I كه از مدار عبور مي كند تغيير مي يابد. يعني توانسته ايم تغييرات فشار صورت را تبديل به جريان الكتريسيته نمائيم. كه اين جريان متغيير را مي توان بصورت فشار الكتريكي از دو سر مقاومت باز دريافت كرد.

اين ساده ترين و ارزانترين ميكروفون است كه از سال 1984 تا كنون از آن استفاده مي شود. اين ميكروفون داراي بازده با راندمان زيادي است. بنابراين بدون طبقات تقويت كننده مي توان از آن استفاده نمود. ولي در شرايط حرفه اي از آن استفاده نمي شود چون از نظر پهناي باند فركانسي مطلوب نمي باشد يعني پهناي باند آن وسيع نيست و كيفيت مطلوب و خوبي را دارا نمي باشد بنابراين از آن فقط براي انتقال سخن در تلفن و در راديو فقط در ارتباطات داخلي بين افراد استفاده مي شود. در شكل زير نمونه اي از يك پهناي باند فركانسي در يك ميكروفون ذغالي با فشار ثابت ديده مي شود.

ميكروفون ذغالي از لحاظ پاسخي فركانسي Frequency Response داراي دو اشكال اساسي و مهم مي باشد.

1-عرض باند آن (پهناي باند فركانسي) محدود است به اين ترتيب كه هم از نظر فركانس هاي بالا و پايين در عبورش محدوديت دارد. پهناي باند فركانسي اين ميكروفون بين HZ300 تا HZ3500 نيز مي باشد.

2-همين عرض باند نيز خطي نيست. منظور از خطي نبودن همان تغييرات سطح دامنه باند فركانسي نيز مي باشد. همانطور كه بيانم شد از اين ميكروفون در صنعت تلفن استفاده مي شود چرا كه در اين جا، فقط هدف ما رساندن پيام مي باشد و كيفيت صدا براي ما مطرح نيست

 

ميكروفونهاي ديناميكي (Moving Coil Nie)

ميكروفونهاي ديناميكي تشكيل شده از يك ممبران از جنس سبك نظير كاغذ، پلاستيك و با آلومينيوم كه يك سيم پيچ به ممبران (ديافراگم) متصل است و اين سيم پيچ مي تواند در داخل شكاف قطبين يك آهن ربا حركت نمايد. بنابراين وقتي كه فشار صوتي روي اين ممبران وارد مي آيد ممبران و در نتيجه سيم پيچ متصل به آن با همان ريتم تغييرات صوتي نوسان مي نمايند، از حركت سيم پيچ در داخل ميدان مغناطيسي يك جريان الكتريكي روي سيم پيچ القا مي گردد كه ريتم تغييرات اين جريان درست با ريتم تغييرات فشار وارده روي ممبران است.

اين ميكروفون، اولين خانواده ميكروفوني است كه بطور حرفه اي استفاده مي شود و در اين ميكروفون مغناطيس ثابت و سيم پيچ (Coil) متحرك و جرياني حدود دهم ميلي ولت ايجاد مي شود و در ميكروفون هاي حرفه اي حدود mv2/0 است.

علت اينكه اين ميكروفون ها در مصارف حرفه اي استفاده مي شود داشتن عرض باند خطي وسيعي است ولي قيمت آن بسيار گران مي باشد. اين ميكروفون ها نسبت به ميكروفون ذغالي راندمان كمتري دارد ولي داراي كيفيت بهتري است و در صنايع حرفه يا مخصوصاً در صدا و سيما بنحو احسن استفاده مي گردد و از اين ميكروفون براي ضبط گفتار استفاده مي شود. ضمناً براي زياد كردن راندمان اين نوع ميكروفون با قرار دادن سوراخ در پشت ديافراگم كه به فضاي خارج متصل باشد و با محاسبه سطح و طول سوراخ يك مقدار از انرژي صوتي را با 180 درجه اختلاف فاز به پشت ديافراگم منتقل مي نمايند اين فيدبك به حركت به ممبران كمك كرده و راندمان ميكروفون زياد مي شود.

حساسيت ولتاژ مدار باز اين ميكروفون با پيچك متحرك (سيم پيچ) تقريباً برابر با 5-10×4/2 ولت بر ميكروبار، و يا db4/92 – دسي بل مي باشد و نسبت به ميكروفون خازني كريستالي (بعداً توضيح داده مي شود) از حساسيت كمتري برخوردار مي باشد. امپدانس خروجي ميكروفون حدود 10 اهم است كه نسبت به ميكروفونهاي خازني و كريستالي خيلي ناچيز است و بوسيله ترانسفورماتور بالابرنده ولتاژ در بدنه ميكروفون عمل تطبيق امپدانس را انجام ميدهد. در ضمن ميكروفون الكتروديناميكي بدون تقويت كننده مقدماتي استفاده مي شود و مي توان با كابل نسبتاً طولاني سيگنال را از آن انتقال داد.

پاسخ فركانس اين نوع ميكروفون حدود 10 تا 14 كيلوهرتز مي باشد و در ضبط صداي گوينده و رپرتاژ و تئاتر و ... از آن استفاده مي شود.

 

ميكروفونهاي الكترومغناطيسي (Moving Magnet Mic)

اين ميكروفونها از يك آهن رباي نعلي تشكيل يافته كه دور قطبين آن سيم پيچ قرار دارد و ممبران آن از جنس فولاد است و وقتي كه بر اثر ارتعاشات صوتي ممبران مرتعش مي گردد صفحه فولاد به دو قطب آهن ربا دور و نزديك مي شود، بنابراين ميدان مغناطيسي در دو قطب تغيير مي يابد و اين ميدان در داخل آهن ربا تغيير مي كند و روي سيم پيچها يك جريان الكتريكي القا مي گردد كه ريتم تغييرات ارتعاشات صوتي است كه روي ممبران وارد گرديده است. نوعي ديگر از اين ميكروفونها بدين صورت است كه بخشي از ممبران را كه در برابر قطبهاي آهن رباي NS دائمي است با پولكي از آهن رباي نرم مي پوشانند تا از لرزشهاي اين پولك آهني مقاومت مغناطيسي شكاف هوائي را تغيير دهد. بنابراين لرزش ممبران باعث ايجاد جرياني در سيم پيچهاي روي آهن ربا مي گردد.

راندمان اين ميكروفون ميكروفونهاي ذغالي است ولي باند فركانسي وسيع تري دارد. اين ميكروفون بعلت وزن زياد آن در حال حاضر استفاده زيادي ندارد. و همچنين وزن زياد ممبران بازدهي ميكروفون را در فركانسهاي بالا كاهش مي دهد.

 

ميكروفونهاي پيزوالكتريك (كريستالي) (Pizoelectric Mic)

بعضي از عناصر مانند بلور كوارتز، نمك راشل و دي هيدروفسفاتت آمونيم و مواد سراميكي ريخته شده از قبيل تيتانات دوباريم، داراي خاصيت پيزوالكتريك هستند. يكي از بلورها كه در مقابل حرارت پايدار و بصورت خطي كار مي نمايد. بلور كوارتز مي باشد كه در الكتروآكوستيك از آن براي ساختن ميكروفون، بلندگو و پيكاپهاي گرام استفاده مي شود. نوع بلوري كه بيشتر بكار مي رود بلور با برش X ناميده يم شود كه مانند شكل از بلور طبيعي بريده ايم شود.

ميكروفون كريستالي، ميكروفوني مي باشد كه در آن از خاصيت پيزوالكتريك بعضي از كريستالها استفاده مي شود بدين معني كه تغييرات فشار وارد بر روي اين نوع كريستال جريان متناوبي متناسب با فشار وارده در دو سر كريستال ايجاد مي كند.

دو نوع ميكروفون كريستالي وجود دارد، يكنوع از آن فشار صوت مستقيماً بر صفحه كريستال تأثير مي نمايد كه داراي بازده بسيار كم در حدود 4/0 ولت براي هر ميكروبار مي باشد و نوع دوم، فشار صوت به يك ممبران فلزي وارد مي شود و حركات ممبران بوسيله ميله اي كه در پشت آن قرار دارد به كريستال منتقل مي شود كه البته اين نوع داراي بازده بيشتري در حدود يك تا دو ميلي ولت بر ميكروبار مي باشد. از ميكروفون پيزوالكتريك تا 8 سال پيش در ضبط صوتهاي خانگي استفاده ميشد. ولي هم اكنون ديگر استفاده نمي شود زيرا عرض باند آن حدود 7 تا 8 كيلوهرتز مي باشد كه پهناي باند آن كم است.

در نوع دوم ميكروفون كه ارتعاشات صوت توسط ديافراگم به كريستال منتقل مي شود و اختلاف پتانسيل دريافتي در خروجي زياد مي شود ولي پهناي باند نوار فركانس نسبت به حالت اول كمتر مي باشد.

پهناي باند نوار پاسخ فركانس ميكروفون كريستالي بين 20 تا 10000 هرتز كه حدود 5 دسي بل نسبت به حساسيت متوسط تغييرات دارد. حساسيت متوسط تغييرات دارد. حساسيت متوسط ميكروفون 50 دسي بل براي يك ولت در هر ميكروبار است.

 

ميكروفونهاي نواري

اين ميكروفون از يك نوار كه در داخل يك ميدان مغناطيسي دائم، بطور آزاد مي تواند حركت كند تشكيل شده است. طرز كار آن مثل ميكروفون الكتروديناميكي است فقط بجاي سيم پيچ از يك نوار استفاده شده است. اين ميكروفون بعلت سبكي ممبران (ديافراگم)، باند فركانس خوب و حساسيت زياد دارد و در موسيقي ميتوان از آن استفاده نمود ولي راندمان آن كم است.

بعلت اينكه در ميكروفون هاي نواري فشار صوت در دو طرف ممبران با فازهاي مختلف برخورد مي كند بنابراين اشكالي در پهناي باند فركانسي آن بوجود مي آيد. همانطور كه مي دانيم اختلاف فاز به ابعاد نوار و طول موج صدا بستگي دارد. بدين معني كه در طول موجهاي بلند ابعاد ممبران قابل صرفنظر كردن مي باشد در صورتيكه در طول موجهاي كوتاه ابعاد ممبران نسبت به طول موج قابل چشم پوشي نيم باشد. بنابراين پهناي باند فركانس بطور يكنواخت عمل نكرده و در فركانسهاي بالا دچار افت مي گردد. در اين صورت ضريب الاستيسيته را كاهش مي دهند و تا حدود 10 كيلوهرتز پهناي باند ادامه دارد البته در فركانسهاي پايين پاسخ فركانس حالت خطي را حفظ ميكند.

يك نوع ديگر ميكروفون نواري طراحي شده است كه بوسيله تغييراتي پهناي باند آن را افزايش داده اند. بدين صورت كه بوسيله قرار دادن موادي مانع ورود صدا به پشت ممبران مي شوند. در ضمن بوسيله تعبيه شوراخ فضاي پشت ممبران را به داخل متصل نموده و با فيدبك (بازگشت صدا به پشت) صدا را با اختلاف فاز لازم به فضاي پشت ممبران برگشت مي دهند. بطوريكه فشار صورت در هر دو طرف ممبران بطور هم فاز عمل مي كند. در اين حالت چون مسئله اختلاف وجود ندارد ميتوان پاسخ فركانس خطي 20 تا 20000 هرتز را از ميكروفون انتظار داشت. امپدانس اين نوع ميكروفون خيلي ناچيز است. بنابراين قراردادن ترانسفورماتور الزامي است. از اين ميكروفون قبل از ميكروفون خازني براي ضبط اركستر استفاده مي گرديد.

استفاده نمي شود.

 

 

ميكروفونهاي خازني (الكترواستاتيك) و يا (الكتروكاندستور)

ميكروفون خازني، ميكروفوني است كه از يك صفحه ثابت و يك صفحه متحرك كه بعنوان دو جوشن يك خازن عمل مي كند تشكيل شده است. اگر در مدار خازن يك ولتاژ و يك مقاومت قرار دهيم خازن شارژ مي شود حال اگر ارتعاشات صوتي به صفحه متحرك (ممبران) وارد آيد فاصله دو جوشن تغيير مي نمايد، بنابراين ظرفيت خازن متغير مي شود، البته تغييرات اين ظرفيت خازن تغيير مي كند جريان در مدار تغيير مي نمايد. با عبور جريان از مقاومت در دو سر اين مقاومت يك ولتاژ الكتريكي ظاهر مي شود باين وسيله توانسته ايم تغييرات فشار صوتي را به تغييرات فشار الكتريكي تبديل نمائيم.

ميكروفون الكترواستاتيك خيلي خوب مي تواند قابل مقايسه با يك ميكروفون الكترودايناميك خيلي خوب باشد وگرنه هر الكترواستاتيكي از هر الكترودايناميكي بهتر نيست. هرگاه در عمل ضبط صدا بهترين كيفيت ممكن مورد نظر باشد، مي توان از ميكروفونهاي الكترواستاتيكي يا الكتروكاندنستور (Condenser) استفاده نمود. چون حركت ديافراگم آن با جرم بسيار كم مي تواند در برابر كوچكترين ارتعاشات پاسخ سريع (Transienty Response) بدهد. و حتي اين ميكروفون مي تواند آنقدر سريع عمل مي كند كه صداي ضربه كوچك Impulse را مانند صداي يك جرقه و يا خزيدن مار برروي برگها ر ا دريافت نمايد، و اين يكي از دلايل برتري ميكروفون الكترواستاتيك بر الكترودايناميك است.

ميكروفون الكترواستاتيك (خازني) باعث مي شود كه صداي ترجمه شده يا تبديل شده خيلي نزديك به صداي اصلي باشد ولي ميكروفون الكترودايناميك صدا را تيره مي سازد.

توصيه خيلي مهم در باره اين ميكروفونها آن است كه به دليل نازك بودن ممبران آن، نبايد در ضبط انفجارات و صداهاي شديد از ان استفاده نمود. چون اين عمل باعث كاهش حساسيت آن و يا پاره شدن ممبران آن مي گردد.

بعلت امپدانس زياد و راندمان كم ميكروفوني خازني دامنه سيگنال خروجي ضعيف است بطوريكه مدار تقويت كننده الكترونيكي در بدنه ميكروفون و در ميكروفونهاي يقه اي دذ بيرون آن تعبيه مي شود. معمولاً در طراحي ميكروفون خازني سعي مي شود براي نوار وسيعي از فركانس طراحي شود. براي اين منظور بايستي ضريب كشش ديافراگم را زياد نمود و جرم آنرا كم انتخاب كرد. در نتيجه ميكروفون داراي پاسخ فركانس وسيع مي شود. البته راندمان آن با زياد كردن ضريب كشش، كاهش مي يابد كه بوسيله مدار تقويت كننده الكترونيكي به اندازه كافي تقويت مي شود.

راندمان ميكروفون خازني ميكروفون ذغالي است و پاسخ فركانس در پهناي نوار 20 تا 20000 هرتز خطي است و از اين ميكروفون براي ضبط موسيقي در استوديوها و آزمايشگاههاي تحقيقاتي آكوستيك استفاده مي شود. در شكل زير نمونه اي از يك مقطع ميكروفون يك جهته خازني و نوار پاسخ فركانس ميكروفون خازني ديده مي شود.

البته امروزه ميكروفون خازني بدون منبع تغذيه نيز ساخته شده بطوريكه در فاصله دو جوشن ماده اي قرار دارد كه بطور دائم بار الكتريكي در آن وجود دارد (الكتروولت) و بر اثر فشار صوت اختلاف پتانسيل در دو جوشن آن تغيير مي كند.

 

نتيجه (محاسن ميكروفونهاي مختلف)

برتري هاي ميكروفون الكترواستاتيك عبارتند از:

1-وسيع بودن پهناي باند Frequency Response.

2-خطي بودن پهناي باند.

3-پاسخ سريع در برابر ارتعاشات ضربه اي Impulse.

4-سطح نويز آنها خيلي پايين است. (سطح نويز يك ميكروفون ناشي از الكترونهايي است كه در اثر برخورد به يكديگر در عنصر مورد نظر (ميكروفون) ايجاد مي شود).

5-محكم بودن ديستورشن (Distortion): هرگونه تغيير ناگهاني و ناخواسته در خروجي يك دستگاه نسبت به ورودي.

 

معايب ميكروفونهاي خازني

1-در برابر حرارت، دود سيگار، گرد و غبار و دخانيات، رطوبت و ... خراب مي شود.

2-در مقابل ضربه بسيار آسيب پذير هستند و حتماً بايد در جعبه آن را حمل كرد و درست در موقع استفاده بايد آنرا باز كرد.

3-احتياج به منبع تغذيه دارند. (جهت شارژ كردن خازن و انتقال سيگنال به اولين طبقه).

مطلب بسيار مهمي كه بايد در نظر داشت آن است كه اين نوع ميكروفون و ميكروفون الكترودايناميك، هميشه در حال كار هستند پس بايد هميشه آنها را در جعبه هاي ضد صدا قرار داد تا از استهلاك آن جلوگيري كرد.

 

دلايل احتياج منبع تغذيه در ميكروفونهاي خازني

ميكروفونهاي خازني به دو دليل احتياج به منبع تغذيه دارند:

1-خازن براي عملكرد احتياج به شارژ دارد تا تغيير فاصله بين جوشنها باعث ايجاد يك جريان متغيير و اين جريان متغير در دو سر يك مقاومت تشكيل يك ولتاژ متغيير مي دهد.

2-از آنجا كه امپدانس خروجي اين ميكروفون زياد است ولتاژ بسيار ناچيزي در خورجي را بيشتر از چند ميليمتر نمي توان منتقل كرد. پس احتياج به يك پيش تقويت كننده Pre Amplifire داريم. كه با بهترين طراحي بعد از كپسول قرار مي گيرد.

مطلبي كه بايد به آن توجه كرد آن حساسيت ميكروفونهاي الكترواستاتيك در مقايسه با ميكروفونهاي الكترودايناميك درب رابر ارتعاشات مكانيكي زياد است بنابراين در جايي كه بايد ميكروفون را حركت داد بهترين راه اين است كه از ميكروفونهاي الكترودايناميك استفاده كرد. مگر در مواقعي كه واقعاً احتياج به كيفيت خوب در صدابرداري باشد. ميكروفونهاي الكترواستاتيك گاهي اوقات در يمك محفظه از نظر مكانيكي عايق مي شوند و ارتعاشات مكانيكي به آنها منتقل نمي شود. حساسيت ميكروفونهاي خازني نسبت به وزش باد خيلي بيشتر از ميكروفونهاي الكترودايناميك است.

 

ميكروفون بي سيم يا MF يا Wireless Mic

در استفاده از اين نوع ميكروفونها با سه بخش روبرو هستيم:

1-نوع ميكروفون كه اصلاً محدوديتي در آن وجود ندارد.

2-بخش فرستنده.

3-بخش گيرنده.

در نوع ميكروفون محدوديت وجود ندارد و هر نوع ميكروفوني مي تواند باشد ولي بايد نوع فرستنده آن خيلي كوچك باشد.

 

11-9-پروانه كانال فرستنده (Program channal)

عرض بايند كانال اين فرستنده در حدود 15 كيلوهرتز مي باشد و نوع مدولاسيون در آن از نوع FM (Frequency Modulation) مدولاسيون فركانس با سيگنال به نويز زياد و درصد دستورشن كم، كه در باند UHF FM كار مي كنند. به دليل عدم استفاده از كابل جهت تغذيه مدارات آن از باطري استفاده مي شود و آنتن آن فركانس كرير بوده و بهترين عمل جهت قرارگرفتن در گردن گوينده است.

 

گيرنده (Riciver)

گيرنده اين نوع ميكروفون ها به دو شكل مي باشد كه يك شكل آن بر روي Roc نصب مي گردد و هنگامي از آن استفاده مي شود كه در استوديو به صدا نياز داريم و درون اتاق كنترل مي باشد و شكل ديگر آن پرتابل يعني قابل حمل و نقل است كه به دليل داشتن ابعاد كوچك مي توان آنرا حمل نمود و يا جايي آويزان كرد ابعاد اين گيرنده حدود 12×C20 با ضخامنت cm3 و با وزن 300 گرم مي باشد.

آنتن گيرنده از حساسيت زيادي برخوردار است و نوع پرتابل آن بر روي بندگيرنده نصب مي گردد. آنتن آن از نوع Roc كه بر روي يك پايه درون استوديو مي باشد كه توسط كابل هاي كواكسيال (كابل شيلدار) به درون اتاق كنترل منتقل مي گردد. در شرايط پرتابل معمولاً جهت تغذيه از 2 عدد باطري 5/9 ولت استفاده مي شود و در شرايط استوديو مي توان از برق استفاده نمود.

از آنجا كه ممكن است مسئله انعكاس و يا حذف سيگنال پديد آيد، بايد حتي الامكان آنتن گيرنده به فرستنده نزديك باشد. كاربرد اين نوع ميكروفون معمولاً در جاهايي مي باشد كه كابل ميكروفون مزاحم كار ما مي باشد، حال اين مسئله چه درون استوديو باشد و چه در بيرون آن.

يك نوع از ميروفون هاي مينياتوري آن از نوع Sony_EcM5op مي باشد كه معمولاً بين 5/1 ولت تا 52 ولت كار مي كنند.

 

ميكروفونهاي الكتريت (Electret Cendenser Mc)

اولين دسته خانواده فرعي و جوان از ميكروفون هاي الكترواستاتيك، ميكروفون هاي الكترود هستند. ميكروفونهاي الكترود مزيتي كه بر ميكروفونهاي الكترواستاتيك دارند اين است كه خازن آنها هميشه شارژ مي باشد و احتياجي به منبع تغذيه جهت شارژ خازن ندارند و چند سالي است كه در ضبط هاي حرفه اي ساده مي توان از آنها استفاده كرد. به دليل كوچك بودن و ارزان بودن اين ميكروفونها امروزه تقريباً روي اكثر دستگاههاي آماتوري نصب مي شود و در كارهاي تصويري هنگام پنهان سازي مي توان از اين ميكروفون استفاده نمود. يك نمونه از آن را مي توان ميكروفون Sony-ECA50 نام برد.

لازم به يادآوري مي باشد كه ميكروفونهاي الكترواستاتيك ديگري وجود دارد كه هركدام به نوبه خود در جاهاي مخصوصي استفاده مي شود كه ازجمله مي توان به ميكروفون «گان» و «ميني گان» اشاره نمود كه بعد از طرح گيرايي ميكروفون ها در باره آنها به تفصيل شرح داده مي شود. البته بايد اضافه كرد كه براي تقويت سيگنال ورو.دي به ميكروفون احتياج به يك تقويت كننده مقدماتي نيز مي باشد كه تنها به يك باطري كوچك 5/1 ولت نياز مي باشد. ضمناً تقويت كننده آن يك مدار FET مي باشد.

 

منابع تغذيه ميكروفونها

دو استاندارد براي منابع تغذيه ميكروفونهاي استاتيك حرفه اي بكار مي رود:

1-استاندارد اول، استانداردي بنام فانتوم پاور Phontom system Power است. البته دليل اين اسم شكل مدار تغذيه مي باشد. در اين استاندارد ولتاژ مورد استفاده 48 ولت (DC) است كه ولتاژ 12 ولت (DC) نيز ساخته شده است. اين سيستم، جرياني حدود چندصد ميلي آمپر به سه روش زير براي ميكروفونهاي مدرن بوجود مي آورد:

روش اول:

در اين روش از منبع تغذيه خارجي، يعني از برق شهر استفاده مي شود. در اين نوع، منابع تغذيه داراي سلكتوري هستند كه ولتاژ ورودي آنها را تأمين مي كنند. در عمل اين منبع تغذيه يك مكعب مستطيلي است كه كف استوديو واقع مي گردد و داراي ورودي in و خروجي output است. خروجي ميكروفون را به input و از output بجاي خروجي ميكروفون استفاده مي شود. پس دذر اين روش منبع تغذيه بين ورودي و خروجي ميكروفون سري مي شود. در استوديوهاي بزرگ كه ممكن است استفاده از ميكروفونها زياد باشد اين واحدها را در اتاق كنترل مي سازند و با برق شهر آنها را با يك كليد خاموش و روشن مي كنند.

روش دوم:

در اين روش از باطري جهت تغذيه مدار استفاده مي شود كه اين روش خود دو راه دارد:

I) باطري بدنه درون بدنه ميكروفون جاي مي گيرد.

II) باطري درون محفظه اي قرار مي گيرد كه دقيقاً مثل روش اول بين ميكروفون و دستگاه ضبط قرار مي گيرد. اين محفظه يا در بيرون ميكروفون و يا متصل به آن است.

روش سوم:

در اين روش كه در استوديوهاي مدرن وجود دارد تغذيه ميكروفون ها توسط دستگاه ميكسر انجام مي گيرد كه خود تغذيه درون ميكسر است.

در استاندارد فانتوم پتانسيل منفي (يا صفر DC) از طريق شيلد كابل براي ميكروفون تأمين مي شود اما پلارتيه مثبت 48 ولت را در استاندارد فانتوم از طريق دو هادي درون كابل كه كار آنها مدولاسيون رفت و برگشت است انتقال مي دهيم. يعني 48+ ولت رفت را در روي دو سيم يكسان مي گذاريم تا نسبت به هم باز هم ولتاژ صفر داشته باشيم.

در عمل ولتاژ 48 ولت را به يكي از سرهاي ترانس مي توانيم بدهيم ولي هر آينه امكان وجود پتانسيلي بين دو سيم هست و تقارن خط را به هم مي زنيم. در واقع در يك سر كه ولتاژ DC است، در سر ديگر سيمي وجود دارد كه آماده است تا هر نوع پتانسيلي را ايجاد كند. همچنين سيستم فانتوم خود تأكيد كرده است كه بايد ولتاژ بين دو سيم صفر باشد. ولي صفر كردن ولتاژ بين اين دو به هر راهي باعث كوتاه شدن اتصال خروجي ميكروفون مي شود. براي اينكار سيستم فانتوم از دو مقاومت بسيار دقيق به مقدارهاي 8/6 كيلواهم استفاده مي شود.

از سر وسط ترانس در اين حالت استفاده نمي شود. در اغلب ميكسرها از استاندارد فانتوم 48+ ولت استفاده مي شود كه با يك تقسيم ولتاژ توسط دو مقاومت مي توان آنرا تبديل به V12 ولت كرد ولي هر V12 را به آساني نمي توان به V48 ولت تبديل كرد.

2-استاندارد دوم، استاندارد T يا پارالل يا AB است. ولتاژ معمول اين استاندارد V10 ولت (DC) است. براي فرستادن V10 ولت به ميكروفون از همان سه روش استفاده مي شود. ولي تنها 1/0% از ميكسرها، تغذيه براي اين استاندارد دارند. نام چند ميز ميكسر كه داراي

Schlambger 4000 سري تغذيه فانتوم دارد

Schlambger 2000 سري تغذيه ندارد

Schtuder 48V دارد تغذيه فانتوم

در سيستم I هم احتياج به ارتباط اضافه نيست و از همان كابل 3 سيم استفاده مي شود ولي تفاوت آن با سيستم فانتوم اين است كه صفر ولت در قبل در شيلد است ولي در اينجا 10 ولت روي دو سيم است و شيلد آزاد است و هر دو سيم ما داراي پتانسيل مي باشد. در سيستم فانتوم پلاريته اي بين دو سيم نيست.

 

مزيت سيستم فانتوم بر AB:

مزيتي كه سيستم فانتوم به AB دارد اين است كه چون سيم ها نسبت به هم ولتاژي ندارند به راحتي مي توان به يك Patch pannel (پَچ‎‏ْ پنل) ميكروفون الكترودايناميك هم وصل كرد. ولي در سيستم AB چون ولتاژي بين دو سيم هست هرگاه ميكروفون دايناميك را به آنجا وصل كنيم ولتاژ وارد ميكروفون مي شود و آنرا تبديل به بلندگو مي كند.

لازم به تذكر است كه ميكسر استلاوكس تغذيه 48 ولت و هم 12 ولت و هم 10 ولت دارد و ميكسري است كه قابل حمل و نقل است.

 

بادگيرها ( جنس و ساخت بادگيرها )

بادگيرها از اجناس متخلخل هستند و در ساخت آنها اين نكات مورد توجه قرار مي گيرد: در ساخت بادگيرها شكل آيروديناميكي حفظ مي شود و ملكول براي عبور از آنجا كه بايد از حفره هاي زيادي عبور كنند سرعت آنها كم شده و در نتيجه به ميكروفون آسيبي نمي رسد. در مواردي كه باد شديد است مي توان از آن استفاده كرد.

موارد استفاده از آن:

از بادگير جهت كاهش سرعت باد در مكانهاي مختلف استفاده مي كنند ولي گاهي اوقات كه نه بايد و نه تحركي هست باز هم از بادگير استفاده مي كنند كه اين عمل به دو دليل مورد استفاده قرار مي گيرد:

الف-براي جلوگيري از رسيدن رطوبت دهان و يا بزاق دهان، هنگامي كه در نزديكي سخنگو قرار دارد از بادگير استفاده مي شود.

ب-بسياري از حورف كه توسط لبها ادا مي گردد خود حركتي در ملكول ها ايجاد مي كنند كه مانند حركت هوا است مثل «پ» كه اثري در فواصل نزديك ايجاد مي كند و به آن پاپ افكت Pop – efect مي گويند. بادگير يكي از راههاي جلوگيري از آسيب رساندن اين حركت به ميكروفون است. در شكل نمونه اي از اين بادگيرها ديده مي شود.

مشخصات راستايي ميكروفونها (پولارپترن Polar pattern)

كليه ميكروفونها بر اساس نوع ساختمان، فشار صوت محيط اطراف را بطرق مختلف دريافت مي كنند. براي مثال در ميكروفون نواري، ممبران اين ميكروفون در فضا ممكن است به نحوي واقع شود كه از يك يا دو راستا صدا دريافت كند و يا ميكروفوني طرح شود كه در تمام راستاها صدا را دريافت نمايد.

چگونگي دريافت صدا از جهات مختلف يا بررسي چگونگي حساسيت ميكروفون از زواياي مختلف نسبت به منبع يا منابع صوتي را پولارپترن گويند. پولار پترن مشخصه اي است كه به ميكروفونهاي جهت دار نسبت داده مي شود، در ميكروفون جهت دار همه جهته، تفاوتي در شكل ديافراگم نيست و همه آنها داراي ديافراگم دايره اي به اندازه يك سكه هستند.

پولارپترن ميكروفونها به چهار گروه يك راستايي (دلوار يا كارديوئيد) و دو راستايي يا به صورت هشت لاتين (Birdirectional) و يا نارسائي يا تمام جهته (Omni directional) و يا فوق العاده كارديوئيد (Hgpr Cardioid) تقسيم مي شوند كه شناخت هر كدام تنها به اسم و نوع، با توجه به مشخصاتي كه كارخانه ها در كاتالوگهاي مربوط به هر ميكروفون بيان مي كنند بستگي دارد و هيچ بستگي به نوع شكل و قيافه ميكروفونها ندارد.

 

ميكروفونهاي تمام جهته (Omni directional)

ميكروفونهاي تمام جهته را Omni directional گويند علامت اختصاري آن، شبيه كره است. همان طور كه از اسم اين نوع ميكروفونها مشخص است، اين ميكروفونها قادرند اصوات صوتي و يا منابع صوتي را كه در اطراف خود مي باشند به وضوح دريافت دارند و هيچ نقطه كوري در اطراف آن وجود نداشته و اصوات به طور يكنواخت از اطراف ميكروفون، ممبران آنرا به ارتعاش وامي دارند. هرچه ابعاد ميكروفون كوچكتر باشد خطاي يك جهته شدن در فركانسهاي بالا را كمتر دارد چون ابعاد ميكروفون كمتر تشكيل سايه مي دهند. چرا كه در فركانسهاي بالا به علت كوچك بودن طول موج ابعاد ميكروفون مي تواند توليد سايه اكوستيكي بنمايد. همان طور كه بيان شد تمايل به زاويه دار شدن در فركانسهاي بالا نكته اي كه بايد در انجام كار به آن توجه كرد چون هرگاه بخواهيم صداي دو نفر را با هم و به يك صورت و يا يك شفافيت داشته باشيم، در صورت شرايط مناسب بايد ميكروفون را دور از اشخاص طوري قرار دهيم كه زاويه آن هر دو شخص را در خود جا دهد.از اين ميكروفون در مواقعي استفاده مي شود كه احتياج به جهت خاصي در برابر منبع و يا منابع صوتي نداشته باشيم و بخواهيم صداي كل يك محوطه را داشته باشيم مانند يك ورزشگاه، كه در اين حالت توانسته ايم شخصيت واقعي يك محل را حفظ نماييم.

حساسيت اين ميكروفونها بدليل مكانيزم آنها در برابر حركت دست كم است. همچنين حساسيت اين ميكروفونها در برابر حركت سريع ملكولهاي هوا در جلوي ديافراگم است و بهترين نوع ميكروفون نسبت به جريان شديد باد و يا حركت شديد ميكروفون است. ولي از آنجايي كه اين ميكروفونها به نويز حساس هستند حداقل استفاده مي شود.

از ميكروفون هايي كه داراي چنين حالتي هستند مي توان سنايز MD211U و MD21N و نوي من U87، KN83، Akgc414 را نام برد.

ميكروفونهاي يك جهته يا كارديوئيد يا دلوار (Cardioid)

ميكروفون هاي يك جهته، ميكروفونهايي هستند كه فقط ارتعاشاتي را كه از يك جهت، يعني جهت مقابل به ميكروفون وارد مي شود مي تواند به طور واضح عكس العمل نشان دهد و اين عكس العمل در مقابل زواياي ديگر به وضوح نيست و خارج بودن منبع را از زواياي ميكروفون نشان مي دهد. و از اين جهت به آن كارديوئيد گفته مي شود كه پترن آن شبيه قلب مي باشد. كه علامت اختصاري آن چنين است.

اگر منبع صوتي در زاويه صفر درجه قرار گيرد يعني منبع دقيقاً روبروي ميكروفون باشد صداي منبع بخوبي دريافت مي شود و هنگامي كه به زاويه 180 درجه مي رسيم به نقاط كورميكروفون خواهيم رسيد كه اين نقاط، نقاط كور ميكروفون نيستند ولي چيزي در حدود 20 دسي بل ورودي را تضعيف مي كنند.

اين نوع ميكروفون يكي از پركاربردترين ميكروفون ها در شرايط حرفه اي است چرا كه با اين ميكروفون مي توان منبع صوتي خواسته شده رات مورد توجه قرار دهيم و منبع ناخواسته را در نقاط كور ميكروفون قرار دهيم. مورد استفاده اين ميكروفون وقتي است كه منبع يا جهت خاصي مورد نظر جهت ضبط صوت مي باشد و احتياج به صداهاي ديگري كه اطراف ما ناخواسته است، نداريم. از اين ميكروفون جهت ضبط كنسرت و رپرتاژ و تئاتر و نمايشنامه كه احتياج به صداهاي پشت صحنه نداريم، استفاده مي كنيم.ميكروفونهايي كه داراي اين نوع پترن هستند عبارتند از سنايزر MD414 و نوي من U87، Axc414.

 

ميكروفونهاي دوجهته يا دوراستايي يا هشت لاتين (Bridirectional)

ميكروفونهاي دوجهته، ميكروفونهايي هستند كه قادرند ارتعاشات صوتي را از دو جهت مخالف دريافت نمايند. كه به آنها فيگور اف ايت Figure of eight يعني به صورت هشت لاتين 8 مي تو.انند اصوات را دريافت كنند. نماي زاويه با پترن اين ميكروفون به صورت شكل روبروست.

فرقي كه اين ميكروفون با بقيه خانواده هاي گفته شده دارد، اين است كه در حالت هاي قبل ميكروفون طوري در جلوي منبع صوتي قرار مي گرفت كه ديافراگم درست موازي با منبع صوتي بود و خط عمود بر اين ميكروفونها (بر ممبران آنها) هم جهت با محور yها است.اما در اين نوع ميكروفون، ديارفاگم از دو جهت با هواي بيرون و اطراف در ارتباط هستند و ديافراگم خود موازي با محور yها است و خط عمود بر آن موازي با محور xها است بنابراين ميكروفونهاي قبلي به طور افقي در هوا قرار مي يگرند.

ولي در اين نوع ميكروفون ها به طور عمودي در جلوي منبع صوتي قرار مي گيرند. از اين ميكروفون زماني استفاده مي گردد كه دو منبع همگن و هم شرايط داشته باشيم و اين دو مقابل همديگر واقع شدهد باشند مثلاً دو نفر كه در مقابل هم ديالوگ مي گويند و يا در مورد اركستر كه دو ساز در مقابل هم نشسته اند بجاي دو ميكروفون مي توان از يك ميكروفون Bidirectional استفاده نمود.

ميكروفونهايي كه داراي اين نوع پترن هستند هبارت است از: نوي من N.M.U87 و AKGC 414. البته ميكروفونهاي نواري از اين نوع ميكروفونها مي باشند.

ميكروفونهاي فوق العاده كارديوئيد (Hyper cardioid)

به علت اينكه ميكروفونهاي كارديوئيد براي استفاده داراي زاوية بازي هستند مي توان از اين ميكروفونها در مكانهاي مناسب استفاده نمود. مثلاً در جاهاي كه دو منبع صداي نزديك به هم كه داراي دامنه شديد داشته باشيم و بخواهيم از دو ميكروفون كارديوئيد استفاده كنيم و از احتمال نشت صدا از يك منبع روي ميكروفون منبع كناري وجود دارد.

فرم نصب اين نوع ميكروفونها بطوري است كه يك طرف آن (يعني سمت كوچكتر آن) به سمت سالن و سمت بزرگترل آن به طرف اركستر در سالنهاي اركستر مي باشد و براي نشان دادن شخصيت واقعي اكوستيكي سالن مي توان با نزديكتر گرفتن ميكروفون نسبت بهد اركستر و دور كردن آن نسبت به سالن، صداي اركستر را بهتر گرفت. ضمناً بايد اضافه نمود قسمت زائد آن بايد بطرف فصل مشترك ديوار و سقف قرار يگرد تا شرايط آكوستيكي سالن بهتر نشان داده شود.

ميكروفونهايي كه داريا اين نوع پترن هستند عبارت است از ميكروفونهاي الكتروديناميك و الكترواستاتيك. (بخصوص خازني) از يان ميكروفون بيشتر در جاهايي استفاده مي شود كه سطح نويز آن كم است چون كم خطرتر و قابل كنترل است.

حال در اين قسمت به دو ميكروفون معروف بحث خواهيم كرد كه داراي پترن مختلفي هستند. يكي از آنها ميكروفون گان (Tele Gun) و ديگري ميكروفون ميني گان (Mini Gun) مي باشد.

براي شناسايي پترن ميكروفونها نشانه هايي روي آنها رسم كنند كه در روي ميكروفون هاي نويمان مي توان بوسيله كليد اين پترن را تغيير داد. ضمناً از اين ميكروفون در استوديوهاي راديويي و تلوزيوني استفاده مي شود.

 

ميكروفون گان (Gun Mic or Tele Mic)

از اين ميكروفون هم در كار فيلم و هم در كار ويدئو در شرايط صدابرداري سر صحنه استفاده مي شود. منظور آنست كه در هنگام ضبط فيلم ها و سريال ها در همان لحظات، صدايي كه از هنرپيشه ها ادا مي شود، همزمان با ضبط تصاوير، ضبط گردد. علت استفاده از اين ميكروفون در صدابرداري سر صحنه آنست كه اين ميكروفون داراي زاويه (پولاپترن با زاوية بسته) مي باشد كه مي توان با هدف گرفتن به دهان شخص هنرپيشه، سخنان وي را ضبط كرد. همچنين از ورود نويزها به ميكروفون جلوگيري مي كند.

اين ميكروفون بنام تله ميكروفون و يا ميكروفون تفنگي (گان) است كه شكل آن به صورت زير مي باشد و داراي لوله ايست به طول 75 سانتي متر، كه در يك سمت آن نيز مشبك است.

بهترين نوع ميكروفون از نوع خازني مي باشد. البته نوعي دياناميكي وجود دارد كه در جاهاي كم نويز استفاده مي شود. البته نوع خازني آن به دليل آنكه نسبت به وزش باد و هر ارتعاش مكانيكي حساسيت زيادي دارد بنابراين آنها را روي يك پايه الاستيك (لرزه گير) وصل مي كنند تا با دنياي خارج ارتباط نداشته باشد. بنابراين آنها را روي يك پايه الاستيك (لرزه گير) وصل مي كنند تا با دنياي خارح ارتباط نداشته باشد. بنابراين ميكروفون روي لرزه گير و خود لرزه گير نيز مي تواند برروي بومس وار شو.د كه بوم دستي در روي پايه در استوديوها كه قابل حمل و نقل مي باشد، قرار مي گيرد. متعلقات يك ميكروفون عبارت است از:

الف-لرزه گير، ب-پايه دستي، ج-بادگير.

دلايل استفاده از ميكروفون گان

گاهي از مواقع در صدابرداري سر صحنه مجاز هستيم كه ميكروفون را داخل كادر داشته باشيم و گاهي اوقات نيز هنگامي كه دوربين تصاوير درشت Closeup را مي گيرد ما هم مي توانيم ميكروفون را به سوژه يا منبع نزديك كنيم بطوريكه ميكروفون ديده نشود و صداي قابل قبولي را ضبط نماييم. اما بعضي از اوقات دوربين در حال گرفتن تصاوير بزرگ Long مي باشد و ميكروفون نيز نبايد در داخل كادر قرار گيرد. حال اگر ميكروفون را از سوژه دورنگه داريم، دورنگه داشتن آن يعنمي كاهش قابليت قبول بودن صدا، بنابراين دور بودن آن 2 مطلب را بوجود مي آورد: 1-نويز زياد مي شود، 2-نسبت پس آوايي مكان به سيگنال زياد مي شود و وضوح يا درك مطلب كم مي شود.

براي از بين بردن اين معايب، مي توان از ميكروفون مخفي استفاده كرد كه خود ميكروفون مخفي نيز داراي يك سري معايب مي باشد كه:

الف-دست و پاگيري ايجاد مي كند چرا كه اين عمل در تمام صحنه ها براي ما ضروري نمي باشد.

ب-پرسپكتيو صدا را بر هم مي زند. بنابراين بايد از ميكروفوني استفاده كنيم (در صدابرداري سر صحنه) كه معايب گفته شده را نيز براي ما حل كند كه بهترين ميكروفون، ميكروفون گان مي باشد.

اين ميكروفون شكل استتار ندارد و مي توان روي بوم دستي خارج از كادر قرار گيرد و مسئله نسبي پرسپكتيو را هم حل نمايد. بنابراين اگر گروهي در شرايط تصويري خارج از استوديو بخواهند صدابرداري كنند، لازم است اين ميكروفون را همراه داشته باشند.

زاويه پترن اين ميكروفون حدود 50 است كه در زاويه 110 تا 120 نقطه كور اين ميكروفون است.

مكانيزم ميكروفون گان (Gun)

مكانيزم كار اين ميكروفون طوري است كه عمل تغيير فاز را (phase change) براي صداهايي كه از اطراف به آن مي رسد انجام مي دهد. اين عمل نيز توسط لولة اين ميكروفون صورت مي گيرد چرا كه لوله مي تواند صدا را هم از جلو و هم از كناره هاي جانبي بگيرد و وارد لوله كند. صداهايي كه از جلو وارد يم شوند هيچ اختلاف فازي ايجاد نمي نمايند و صدا همان طور مي ماند. ولي در مورد صداهايي كه از كناره ها مي رسند اختلاف فازي براي صداها ايجاد مي كند كه اثر يكديگر را خنثي مي نمايند. (البته صداهاي جانبي از شبكه كناري وارد مي شود كه كارخانه جهت اين اختلاف فاز، مقدار شبكه ها را محاسبه نموده است) و صدا فقط از جلو مي رسد.

ميكروفون هايي كه داراي چنين پترني مي باشند عبارت است از:

NK816P – NK816T - AKG – CK9

ميكروفون ميني گان (Mini-Gun)

ميكروفون گان در صدابرداري سر صحنه استفاده مي شود چون اين ميكروفون در جاهايي كه دوربين زياد بسته نيست و نويز هم كم است دردسر دارد يعني با كوچكترين انحراف از نظر تمركز، صدا به اصطلاح out مي گردد (به دليل زاويه كم آن مي باشد) از ميكروفون ديگري به نام ميني گان كه كوچكتر از گان مي باشد استفاده مي كنيم چرا كه اين ميكروفون زاويه اش بازتر است. زاويه آن حدود 75 مي باشد. و ديگر آنكه سبك تر مي باشد.

از جمله اين ميكروفون ها MKH-416 – AKG-CK8 مي باشند.

[am in 25041]

عمدتا از عناصر نیمه هادی مانند ترایاک ها به عنوان ابزار کلید زنی (سوئیچینگ) استفاده می شود، در واقع این المان ها می توانند سطوح ولتاژ و جریان بالا را سوئیچ کنند. ترایاک ها به طور گسترده ای در مدارات کنترل فاز AC به کار می روند.

 

 

ترایاک برخلاف تریستور، یک سوئیچ دوطرفه است به این صورت که می تواند جریان را از هر دو طرف خود عبور دهد. همچنین ترایاک مانند تریستور سه پایه دارد.

دو پایه اصلی به نام های A1 و A2 (که مخفف Anode است) و یا MT1 و MT2 نیز نامیده می شوند (مخفف Main Terminal می باشد) و همچنین پایه ی سوم، پایه ی کنترلی G (مخفف Gate) می باشد که برای تریگر کردن آسانتر جریان بین دو الکترود A1 و A2 به کار می رود.

در واقع می توان گفت ترایاک معادل دو تریستور موازی است که به صورت وارونه بر هم نصب شده اند ، به همین دلیل است که ترایاک (Triac) ، تریستور دوجهته یا

( bi-directional thyristor ) نیز نامیده می شود.

در ادامه به بررسی شمای سمبولیک ، مدار معادل (که در آن موازی بودن دو تریستور کاملا مشخص است) و مشخصه ی "ولت-آمپر" ترایاک و روش های روشن کردن آن خواهیم پرداخت.

[am in 25041]

تریستور از چهار نیمه هادی درست شده که دوتای آن از نوع N و دوتای دیگر از نوع P است .یعنی یک نیمه هادی به سه نیمه هادی یک ترانزیستور اضافه شده تا تعداد نیمه هادی ها برابر شود (PNPN) .تریستور مانند سه دیود است کار کرد درونیش نسبت به تعریف دیود.اگر یادتان باشد در ترانزیستورها خواندید که درون یک ترانزیستور را می توان به دو دیود تشبیه کرد که بین دو نیمه هادی پی واِن یک ناحیه درست می شود که به آن سد پتانسیل می گویند .این سد در حالت عادی از عبور جریان جلوگیری می کند.فکر کنید که ما به بیس ترانزیستور گیت بگوییم و پایه کلکتور را که کلکتور را به بیرون وصل می کند از کلکتور جدا کنیم و در ادامه کلکتور یک نیمه هادی از جنس مخالفش به آن وصل کنیم و از این نیمه هادی چهارمی به جای کلکتور خروجیمان را بگیریم . حال اگر ما به گیت یک ولتاژ مثبت اعمال کنیم همان رخ می دهد که وقتی به بیس یک ولتاژاعمال می کردیم. یعنی مانند یک دیود عمل می کنند دو نیمه هادی ما که از دو جنس متفاوت هستند.اما جریان در نیمه هادی دومی می ماند و پیش نمی رود. چرا اینگونه می شود؟ چون دیگر مانند ترانزیستور نیست که نیمه هادی سومی آن (کلکتور)به مثبت) منبع اتصال داشته باشد. اما اگر ما نیمه هادی چهارمی را به مثبت وصل کنیم چه می شود؟ در این هنگام می بینیم که جریانی از آند به کاتود حرکت می کند و اگر ما ولتاژ اعمالی به گیت را هم قطع و دیگر اعمال نکنیم ،هیچ تغییری نمی کند و جریان برقرار است . امّا چرا؟

 

مقدمه

 

تریستورها جزو عناصر نیمه هادی هستند که از 4 لایه ی p - n - p - n تشکیل شده اند. تریستورها دارای 3 پایه هستند ؛ پایه ی اول آنود (A) نام دارد، پایه ی دوم کاتود (K) و پایه ی سوم گیت (G) نام دارد. که در شکل زیر می بینیم :

همانطور که در شکل بالا هم مشاهده می کنیم تریستورها دارای سه پیوند J3 ،J2 ،J1 هستند؛ که پیوند J1,J3 دارای بایاس مستقیم و پیوند J2 دارای بایاس معکوس است. از همینجا مشخص است که تریستور برای هدایت جریان باید پیوند J2 (که دارای بایاس معکوس است) را بشکند.

حداقل جریان لازم برای شکستن پیوند J2 جریان تثبیت کننده یا (Latching Current) نام دارد. همچنین جریانی که لازم است J2 را شکسته نگه دارد جریان نگهدارنده یا (Holding Current) نامیده می شود. به طوری که اگر جریان آنود به مقداری کمتر از جریان نگه دارنده (و یا صفر) برسد تریستور خاموش می شود.

انواع تریستورها

 

بعضی از منابع دو واژه ی تریستور و SCR را به یک معنا می دانند.

منابع دیگر ، تریستور را شامل مجموعه ای بزرگتر از قطعات می دانند که SCR جزوی از آن است در ادامه این انواع را نام می بریم.

 

• تریستور کنترل فاز (SCR):
  

silicon controlled rectifier فرکانس پایین ، زمان خاموش شدن تریستور بین 50 تا 100 میکرو ثانیه

 

• تریستور کلید زنی (SCR):
  

فرکانس بالا ، زمان خاموش شدن تریستور بین 5 تا 50 میکرو ثانیه

 

• تریستور خاموش شونده با گیت (GTO):
  

(GTO - gate turn-off thyristor) با اعمال پالس مثبت روشن و با پالس منفی خاموش می شود (مزایا : حذف مدار کموتاسیون ، کاهش نویز ، قطع سریع تر و کاربرد در فرکانس بالا)

 

• تریستور دو جهته (
  برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

  • ورود
  • یا
  • ثبت نام
  ):
  

(TRIAC - triode ac switch) این تریستور در دو جهت هدایت دارد

 

• تریستور هدایت معکوس:
  

(reverse conducting thyristor) در این تریستور دیود برای حفاظت تریستور در مقابل ولتاژ شکست معکوس قرار داده می شود. مانند شکل زیر:

• تریستور کنترل شونده با FET
  

(FET CTh - FET Controlled Thyristors) همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است در اینجا یک FET به صورت موازی با تریستور قرار گرفته است

 

• تریستور کنترل شونده با MOS
  

(MCT - MOS Controlled Thyristor) این وسیله ترکیبی از مشخصه های یک تریستور 4 لایه و ساختار گیت MOS است، که مدار معادل و نماد آن را در شکل زیر می بینید

 

• تریستور القاء استاتیک:
  

(SITh - Static Induction Thyristor) این تریستور از Mosfet ساخته شده و در فرکانس های خیلی بالا کاربرد دارد.

 

• یکسو کننده های کنترل شده ی سیلیکونی فعال شده با نور
  

(LASCR - Light Activated Silicon Controlled Rectifier)

تریستورها از سال ها پیش در مبدل ها و سیستم های کنترل سرعت ماشین های الکتریکی به کار رفته است. در مبدل ها عمدتا از تریستور به عنوان ابزار کلیدزنی (سوئیچینگ) استفاده می شود.

[am in 25041]

اگر تریستور در حالت بایاس مستقیم قرار داشته باشد به شرطی که پالس جریان (Ig) به پایه ی گیت اعمال شود تریستور روشن می شود. در این هنگام (هدایت تریستور) می توانیم جریان Ig را از گیت برداریم و تریستور باز هم در حالت روشن باقی می ماند.

[am in 25041]

• گرما:
  

افزایش دما باعث افزایش تعداد زوج الکترون - حفره ها و درنهایت افزایش جریان نشتی و روشن شدن تریستور می شود (این روش مناسب نیست)

 

• نور:
  

اگر لایه ی J2 حساس به نور باشد و به لایه ی J2 نور تابانده شود تعداد زوج الکترون - حفره ها افزایش یافته و باعث روشن شدن تریستور می شود (این روش در ایزولاسیون به کار می رود)

 

• ولتاژ زیاد:
  

اگر ولتاژ آند به کاتد از ولتاژ شکست مستقیم Vbo بزرگتر شود باعث روشن شدن ناخواسته ی تریستور می شود.

 

• dv/dt:
  

اگر شیب افزایش ولتاژ آنود به کاتد زیاد باشد در رابطه ی Ic = C dv/dt جریان نشتی بایاس مستقیم زیاد شده و باعث روشن شدن ناخواسته ی تریستور می شود در مقیاس بالاتر باعث سوختن تریستور می شود.

 

• جریان گیت:
  

اگر تریستور در حالت جریان مستقیم باشد ، تزریق جریان به گیت منجر به روشن شدن تریستور می شود. این روش بهترین روش است زیرا کنترل شده، دقیق و آسان است.

همانطور که در مقدمه ذکر شد اگر جریان تریستور (جریان آنود) به صفر برسد تریستور خاموش می شود به این حالت کموتاسیون طبیعی می گوییم ولی اگر جریان به اجبار صفر شود به آن کموتاسیون اجباری می گوییم.

در زیر به تعریفی از کموتاسیون و انواع آن می پردازیم.

[am in 25041]

پروسه ی خاموش شدن تریستور یا انتقال جریان از یک تریستور به تریستور دیگر را کموتاسیون می گویند.

با توجه به منحنی مشخصه ی تریستور، در دو حالت امکان خاموش شدن تریستور وجود دارد؛ اول اینکه جریان تریستور کمتر از جریان نگه دارنده (که در بالا توضیح داده شد) برسد. و روش دوم اینکه ولتاژ دو سر تریستور منفی شود.

لذا با توجه به شرایط فوق، کموتاسیون به دو دسته تقسیم می شود:

 

• کموتاسیون طبیعی
  
• کموتاسیون اجباری
  

حال در زیر به شرح انواع کموتاسیون طبیعی و اجباری می پردازیم:

کموتاسیون طبیعی

 

اگر منبع متناوب باشد جریان تریستور به طور طبیعی صفر شده و ولتاژ دو سر تریستور معکوس می شود که باعث می شود تریستور به خاطر رفتار طبیعی منبع ولتاژ خاموش شود که به این پدیده کموتاسیون طبیعی منبع یا کموتاسیون خط می گویند.

کموتاسیون اجباری

 

برای خاموش کردن تریستور به کمک یک مدار کمکی بنام مدار کموتاسیون ، ولتاژ دو سر تریستور را اجبارا منفی می کنند به این روش کموتاسیون اجباری می گویند.

انواع کموتاسیون اجباری

 

1. کموتاسیون خود به خود (Self commutation)
   
2. کموتاسیون ضربه (Impulse commutation)
   
3. کموتاسیون پالس تشدید شده (Resonant pulse commutation)
   
4. کموتاسیون مکمل (Complementary commutation)
   
5. کموتاسیون پالس خارجی (External commutation)
   
6. کموتاسیون در سمت بار (Load side commutation)
   
7. کموتاسیون در سمت خط (Line side commutation)
   
8. کموتاسیون ضربه با یک تریستور و یک دیود
   

ناگفته نماند در بعضی از کتب، کموتاسیون خود به خود جزو کموتاسیون طبیعی دسته بندی شده است نه اجباری.

در ادامه به انواع حفاظت های تریستور می پردازیم.

[am in 25041]

• حفاظت در برابر di/dt:
  

تغییرات سریع جریان باعث نقطه سوز شدن تریستور می شود

روش حفاظت در مقابل آن قرار دادن یک سلف به صورت سری با تریستور جهت جلوگیری از تغییرات سریع جریان می شود.

 

• حفاظت در برابر dv/dt:
  

تغییرات سریع ولتاژ باعث روشن شدن ناخواسته ی تریستور می شود و حتی ممکن است به تریستور آسیب برسد

روش حفاظت در مقابل آن استفاده از خازن موازی با تریستور است تا از تغییرات شدید ولتاژ جلوگیری کند.

 

• حفاظت در برابر گرما:
  

به خاطر تلفات وضعیت روشن و کلید زنی ، در المان های قدرت گرما تولید می شود این گرما باید از تریستور به گرماگیر (هیت سینک) منتقل شود تا دمای پیوند در محدوده ی مجاز باقی بماند.

 

• حفاظت در برابر ولتاژ زیاد:
  

ولتاژ های اضافی گذرا طبق منحنی مشخصه اگر از ولتاژ شکست معکوس بیشتر شود باعث سوختن تریستور می شود.

برای حفاظت در برابر ولتاژهای اضافی گذرا از دیود سلنیم (وریستور) استفاده می شود.

 

• حفاظت در برابر جریان زیاد:
  

در مبدل های توان ممکن است در شرایطی اتصال کوتاه یا خطای اضافه بار رخ دهد که این جریان اتصال کوتاه یا اضافه بار را باید سریعا قطع کرد.

برای حفاظت تریستور از فیوزهای قطع سریع استفاده می شود.

[am in 25041]

دياك عنصري دوپايه است و مشابه ترانزيستوري است كه بيس ندارد. از هر دو طرف (باياس مستقيم و معكوس ) جریان را عبور مي دهد و روشن شدن آن بستگي به ولتاژ آستانه تعريف شده ( يا شكست ) دارد.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای اینکه دیاک هدایت کند باید ولتاژ اعمالی به دو سر این قطعه به ولتاژ شکست ان نرسددیاک هدایت نمی کند و مقاومت بی نهایتی را از خود نشان می دهد.

دیاک درتوليد پالس بكار برده مي شود.در واقع دیاک و تریستور و ترایاک هم خانواده اند و همگی در حالت کلی مانند دیود خاصیت هدایت کنندگی دارند اما با این تفاوت که تریستور و ترایاک عناصر سه پایه ای هستند که تکامل یافته اند و علاوه بر اینکه از هر دو طرف جریان را عبور میدهند دارای پایه گیت برای کنترل زمان عبور جریان نیز میباشند.

کارایی دیاک در برق متناوب می باشد زیرا در هر دو جهت نیم سیکل منفی و مثبت را برش داده مانند دو زنر که انها را با هم میاوی کرده باشیم دامنه ولتاژ را برش می دهد.

ولتاژ اتش دیاک از 20 الی 50 ولت بسته به ساخت ان متفاوت است.

[رویای ماه 865]

ممریستور، المان گمشده

محققان کمپانیHPپس از37 سال راز چهارمین المان اصلی مداری را که تا کنون ناشناخته مانده بود گشودند.تمام دانشجویان و مهندسان برق با اجزای اساسی سه گانه مدارهای الکترونیکی به خوبی آشنایی دارند :مقاومت،خازن و سلف.همچنین می دانند که در سال 1971 پروفسور لئون چوا در دانشگاه بر کلی پیش بینی کرد که باید المان چهارمی هم وجود داشته باشد وآن را مقاومت با حافظه نامید.مشابه رابطه ولتاژ وجریان در مقاومت ها چوا با برقراری ارتباط بین بار الکتریکی وشار مغناطیسی المانی را تعریف کرد که مقدار مقاومت آن می تواند بر اثر عبور جریان گذرنده از آن تغییرکند و حتی پس از قطع ولتاژمقدار پیشین و مدت زمان اعمال آن را به مثابه یک حافظه نگه دارد.این ویژگی منحصر به فرد مشخصه شناسایی چنین المانی است.مهندسان خبره می دانند که این ویژگی اگرچه با ترکیبی از ترانزیستور و خازن قابل پیاده سازی است اما تعداد فراوانی ترانزیستور و خازن را باید در مداری پیچیده ترکیب کرد تا کار کرد فقط یک ممریستور را داشته باشند.در آن زمان کسی نمی دانست این المان را چگونه باید ساخت و کجا استفاده کرد.اما به لطف نانو الکترونیک و پس از تلاش فراوان محققین سرانجام ماه گذشته پیش بینی پروفسور چوا به واقعیت پیوست و مهندسان کمپانی HPبه سرپرستی پروفسور استنلی ویلیامز نخستین ممریستور جهان را در مجله معتبر Nature رو نمایی کردند. جالب اینکه در تمام این سال ها نشانه هایی از ممریستور به چشم می خورد. پروفسور ویلیامزمی گوید:در طول پنجاه سال اخیر گزارش های زیادی از عملکرد نا متعارف مشخصه ولتاژ- جریان منتشر شده است.وقتی به مقالات مراجعه کردم دیدم آنها به ممریستور رسیده اند اما از تفسیر آن ناتوان مانده اند.بدون معادلات مداری چوا نمی توان ممریستور را توصیف کرد.همان طور که می دانیم شش رابطه ریاضی بین کمیت های مداری امکان پذیر است. از میان این روابط دو رابطه بر اساس قوانین فیزیک و سه رابطه بر اساس خواص المان های مداری تعیین می شوند.پروفسور چوا رابطه ششم و در واقع وجود ممریستور را از طریق روابط ریاضی استنباط کرده بود.دی اکسید تایتانیم همچون سیلیکون یک نیمه هادی است، که می تواند یک ممریستور ایده ال باشد. ناخالصی های تزریق شده به این ماده ، در میدان های الکتریکی قوی ساکن نمی مانند و در جهت جریان، انباشته می شوند.اگرچه این قابلیت جابجایی MOBILITY) )در ترانزیستور ها مطلوب نیست اما به نظر می رسد همین ویژگی است که باعث کار کردن ممریستور می شود.اعمال یک ولتاژ بایاس به صفحه نازکی از دی اکسید تایتانیم که نا خالصی تنها به یک طرف ان اعمال شده است باعث می شود این نا خالصی ها تنها به طرف دیگر صفحه حرکت کنند و در نتیجه این جابجایی مقاومت کاهش پیدا کند.اعمال جریان در جهت مخالف این نا خالصی ها را به جای قبلیشان هدایت می کند و لذا مقاومت افزایش می یابد. کمپانی HP در این مرحله موفق به ساخت یک چیپ ممریستورCMOS سیلیکونی شده است. این تراشه در حال حاضر مراحل تست اولیه خود را طی می کند، همچنین کمپانیHP در حال مذاکره با آزمایشگاه مهندسی و علوم اعصاب است تا بتواند دستگاهی با قابلیت تقلید سیستم عصبی بسازد. زیرا پرفسور چوا معتقد است اتصالات بین سلول ها عصبی(Synapses )رفتار ممریستور وار از خودشان نشان می دهند و لذا ممریستور برای جای گزینی رفتار آنها مناسب به نظر می رسد. با طراحی مجدد بسیاری از مدارات با ممریستور می توان به همان کارکرد رسید در حالی که المان های کمتری استفاده شده است و لذا هزینه و مصرف توان نیز کاهش پیدا کرده است.محققان امیدوارند که از ترکیب ممریستور با المان های متداول در طراحی مدارات، سیستمی بسازند که قادر به انجام محاسبات غیر بولین باشد و با الگو برداری از عملکرد Synapsesبتوانند محاسبات پیچیده را-که برای یک سیستم دیجیتال بسیار زمان بر است-به صورت آنالوگ انجام دهد. به اعتقاد محققان HPحافظه ای که بر اساس ممریستور ساخته شود می تواند هزار برابر از حافظه مغناطیسی رایج سریعتر باشد و در عین حال مصرف توان کمتری نیز داشته باشد.پیش بینی می شود که کامپیوتر های نسل آینده مجهز به ممریستور به ری بوت کردن نیازی نداشته باشد. به تعبیر پرفسور استنلی ویلیامز،می توانید تمام فایل های خود را باز بگذارید و کامپیوتر خود را خاموش کنید و به یک تعطیلات دو هفته ای بروید .وقتی بر گشتید و کامپیوتر خود را روشن کردید می بینید تمام فایل ها ی شما به همان صورتی که روی صفحه باز گذاشته بودید ظاهر می شوند!

[سمندون 19437]

ممریستور (Memristor) یا پایدارکننده حافظه از المان‌های دوپایانه‌ای مدارها هستند.

حافظه

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

به خاطر خصلتی که دارد پس از قطعی جریان، به طور کامل پاک می‌شود. با این حال در سال ۱۹۷۱ ایده حفظ حافظه به صورت تئوری مطرح شد و این پدیده در سال ۲۰۰۸ به عمل انجامید.

 

 

نحوه عملکرد

 

 

Memristor، مخفف واژه Memory Resistor به معنای پایدار کننده حافظه است. از لحاظ سخت‌افزاری، یک ابزار میکروسکوپیک است که می‌تواند شرایط الکتریکی ماقبل خود را حفظ کند و با این ترفند می‌توان، حافظه موقتی را حتی پس از قطع جریان برق، حفظ کرد.

اگر مقاومت را همچون لوله آب، و آب را بار الکتریکی در نظر بگیریم. میزان مقاومت با قطر لوله نسبت عکس خواهد داشت. تا کنون مقاومت ها، قطر لوله ثابتی داشته اند اما ممریستور مانند لوله ای است که قطرش با میزان و جهت جریان تغییر می کند اگر جریان در جهت موافق باشد قطر لوله بیشتر و اگر در جهت مخالف باشد قطر لوله کمتر می شود همچنین اگر جریان قطع شود، قطر لوله تا برقراری مجدد جریان ثابت می ماند. این ویژگی های منحصر به فرد سبب شده، ساخت ممریستور نوید تحولی بزرگتر از تحول اختراع ترانزیستور در قرن بیستم بدهد.

 

 

برخی کاربرد ها

 

 

قابل توجه است که استفاده از این تکنولوژی از ذخیره سازی حافظه‌های فلش، بسیار ارزان تر و سریع تر خواهد بود.

این فن‌آوری همانند مغز انسان كه مجموعه وقایعی را جمع‌آوری و درك می‌كند، به رایانه‌ها اجازه می‌دهد با درك الگوهای گذشته از اطلاعاتی كه جمع‌آوری كرده‌اند، تصمیم‌گیری كنند.

این تکنولوژی می‌تواند باعث انقلاب جدیدی در صنعت حافظه‌هایی نظیر Flash، RAM و حتی درایوهای حافظه باشد.

ساخت کامپیوترهایی که می توانند مانند لامپ روشن و خاموش شوند یکی دیگر از موارد استفاده از ممریستور می باشد.

[سمندون 19437]

توضیح عکس: این عکس توسط میکروسکوپ اتمی از مدار ساده ای

شامل 17 ممریستورگرفته شده پهنای هر خط در این عکس 50 نانومتر ( حدود 150 اتم) است

سی و هشت سال پیش لئون چوا، مهندس الکترونیک جوان دانشگاه برکلی؛ شروع به حل معادلاتی کرد که سرانجام آن پیش بینی تراشه ای بود که علم الکترونیک را متحول می کرد. او همانند کار مندلیف در مورد عناصر شیمیایی به دسته بندی روابط بین کمیتهای اصلی مدارهای الکتریکی پرداخت. طبق قوانین ریاضی این چهار کمیت یعنی بار الکتریکی، جریان، میدان مغناطیسی و ولتاژ می توانند به شش طریق با هم ارتباط برقرار کنند: ارتباط جریان و بار، شار و جریان، شار و ولتاژ به تعاریف پایه ای الکترونیک بر می گردد و مقاومت ، خازن و القاگر دو ارتباط دیگر را بر قرار می کنند. تا اینجا پنج روش برقراری ارتباط بین کمیتهای اصلی را برشمردیم. یک ارتباط فراموش شده، رابطه ی بین بار الکتریکی و شار مغناطیسی؛ رابطه ای که چوا را مدتها به خود مشغول کرد. او اثبات کرد با ترکیب مقاومت ، خازن و القاگر نمی توان به ابزاری با این قابلیت دست یافت. این ابزار بنیادین که در ذهن چوا متولد شده بود ممریستور؛ ترکیب مموری و رسیستور(حافظه مقاومت دار) نام گرفت. ابزاری شبیه به مقاومت با توانایی یاد آوری جریان های عبوری قبلی.

اگر مقاومت را همچون لوله آب و آب را بار الکتریکی در نظر بگیریم. میزان مقاومت با قطر لوله نسبت عکس خواهد داشت. تا کنون مقاومت ها، قطر لوله ثابتی داشته اند اما ممریستور مانند لوله ای است که قطرش با میزان و جهت جریان تغییر می کند اگر جریان در جهت موافق باشد قطر لوله بیشتر و اگر در جهت مخالف باشد قطر لوله کمتر می شود همچنین اگر جریان قطع شود، قطر لوله تا برقراری مجدد جریان ثابت می ماند.

این ویژگی های منحصر به فرد سبب شده، ساخت ممریستور نوید تحولی بزرگتر از تحول اختراع ترانزیستور در قرن بیستم را بدهد.

توضیح عکس: جریان گذرنده از ممریستور با توجه به جهت جریان ورودی تنظیم می شود.

[سمندون 19437]

قانون مور به کوچک شدن تراشه ها و افزایش قدرت پردازش در حجمی مشخص اشاره می کند اما این کوچک شدن تا کجا پیش خواهد رفت، ساخت مدارهایی که از ممریستور استفاده می کنند باعث می شود به جای کم کردن حجم، کارایی افزایش یابد. پیش بینی می شود بعد از به کارگیری مدارهایی که از ممریستور استفاده می کنند، کامپیوترهایی با مصرف برق بسیار کم ساخته شود و RAM هایی به وجود آیند که با قطع برق، اطلاعات در آنها باقی می ماند و دیگر لازم نباشد در هنگام روشن شدن کامپیوتر زمانی را برای boot-up صرف کنیم و بتوان کامپیوتر را مانند لامپ روشن و خاموش کرد. ساخت حافظه هایی که 1000 بار سریعتر از دیسکهای مغناطیسی کنونی و با مصرف برق کمتر کار می کنند نیز از مزیت های استفاده از ممریستور است. اما مهمترین کاربرد ممریستور توانایی ساخت کامپیوترهایی است که به صورت آنالوگ کار کنند، کامپیوترهایی که همچون مغز انسان پردازش خواهند کرد. در صورت موفقیت، کارهایی که توسط کامپیوترهای دیجیتال به سختی انجام می گیرد مانند پردازش چهره، یادگیری، تصمیم گیری بر اساس تجربیات و ... سریع و آسان انجام خواهد شد.

[سمندون 19437]

امیدوار است شبکه های عصبی، مشابه مغز بسازد که اجرای برنامه بر روی آنها هزاران یا شاید میلیونها بار کارا تر از کامپیوترهای دیجیتال باشد. سرپرست گروه تحقیقاتی HP می گوید: مردم معمولا این نوع شبکه ها را با شبکه های عصبی کنونی اشتباه می گیرند، هدف ما تغییر معماری هوش مصنوعی است. نه ساخت نرم افزارهایی که روی سخت افزارهای پردازشی اجرا می شوند. چوا معتقد است علت ناکامی در ساخت هوش مصنوعی، نبود ممریستور بوده است، اکنون که این عنصر در اختیار دانشمندان قرار می گیرد دوره ی جدید هوش مصنوعی آغاز خواهد شد.

در هر سانتی متر مربع از قشر مغز 1010 سیناپس وجود دارد، در حالی که فشردگی قطعات پردازنده های امروزی 10 برابر کمتر از این مقدار است. به عقیده گرگ؛ یکی از دانشمندان HP، همین امر باعث شده تا کنون نتوانیم ماشین های هوشمند را در زندگی روزمره ببینیم. هم اکنون با استفاده از ممریستور دانشمندان اولین قدمهای انتقال رفتارهای عصبی به سیستمهای الکترونیکی را برادشته اند و با استفاده از تراشه های ترکیبی در راستای ساخت شبیه سازی تفکر انسان گام نهاده اند. اما ساخت مغز الکترونیک به زمان بیشتری نیاز دارد این تراشه بیش از حد هوشمند است، خروجی آن به جای یک پالس دیجیتالی، آنالوگ است و این باعث سردرگمی نرم افزارهای آزمایش تراشه ها می شود و مشکلات زیادی را در راه ساخت مغز الکترونیکی به وجود آورده است.

[سمندون 19437]

اما برگردیم به ساخت ممریستور، تئوری ممریستور سی و هشت سال تنها در ذهن دانشمندان گذر می کرد تا اینکه سال گذشته آر استنلی ویلیامز و گروه او در آزمایشگاه HP با نشان دادن نمونه ای سحر آمیز از این ابزار جامعه الکترونیک را شگفت زده کردند. البته قبل از آن نیز کسانی چون تتسوسایسوگا و همکارانش در دانشگاه Hokkkaido ژاپن مکانیسم مشابه رفتار ممریستور را در موجودی تک سلولی یافته بودند حتی چوا نیز در مقاله خود به سیناپس ها و عملکرد ممریستور مانند آنها اشاره کرده بود چوا می گوید: در آن زمان متوجه شدم سیناپسها در واقع ممریستور هستند کانالهای یونی همان جزء گمشده مدارهای الکتریکی است که من در جست و جوی آن بودم.

توضیح عکس: سرعت حرکت این موجود تک سلولی که بر روی بادام زندگی می کند به دمای محیط وابسته است. دانشمندان ژاپنی ابتدا این موجود تک سلولی را به مدت 10 دقیقه در هوای گرم و سپس 10 دقیقه در هوای سرد قرار دادند و این کار را چندین بار تکرار کردند و در آخر وقتی دما پایین بود، دما را ثابت نگه داشتند ولی سرعت حرکت این تک سلولی ثابت نماند پس از 10 دقیقه سرعت حرکت آن همانند وقتی شد که در هوای گرم قرار می گرفت این تک سلولی از مکانیسم پیش بینی پیچیده ای استفاده می کند. مکانیسمی همانند آنچه که در ممریستور اتفاق می افتد.

هر چند که طبیعت، ممریستور را از سالهای پیش به کار گرفته است اما ساخت مصنوعی این تراشه کار دشواری بود که ویلیامز و گروه او پس از تلاش بسیار از پس آن بر آمدند ویلیامز می گوید: ما در HP مشغول به ساخت سوییچهای سریع و کم مصرف با اسفاده از دو مقاومت کوچک بودیم. تصمیم گرفتیم به مقیاس مولکولی برویم، اما نتایج کاملا نا امید کننده بود: نسبت مقاومت حالت خاموش و روشن بیشتر از 1000 برابر گزارش می شد، قطعه سریعتر از آن سویچ می کرد که ما بتوانیم زمان سویچ کردن را اندازه بگیریم هیچ مدل فیزیکی توجیه کننده رفتار عجیب این قطعات نبود، شش سال مولکولهای مختلف را بررسی می کردیم، وسیله ای ساخته بودیم که کار می کرد اما نمی دانستیم چرا. به همین دلیل نمی توانستیم آن را مدل سازی و مهندسی کنیم. خسته و نا امید شده بودیم تا سال 2002 وضع به همین صورت ادامه داشت تا اینکه یکی از همکارانم مقاله ممریستور چوا را برایم آورد نمی دانم او این مقاله را چطور پیدا کرده بود، افراد کمی به این مقاله را خوانده اند و همین طور تعداد کمی به آن ارجاع داده اند. در آن زمان این مقاله 31 ساله بود و کم کم داشت به زباله دانی تاریخ روانه می شد. دلم می خواهد اکنون می توانستم بگویم در آن زمان نگاهی به مقاله انداختم و گفتم یافتم اما حقیقت این است که این مقاله، ماه ها روی میز من ماند، تا اینکه بالاخره شروع به خواندن آن کردم مفاهیم و معادله ها ناآشنا و پی گیریشان برای من دشوار بود اما به مطالعه اش ادامه دادم در این مقاله نموداری وجود داشت که چشمم را گرفته بود این نمودار دقیقا داده های تجربی ما را نشان می داد. در نهایت بعد از 4 سال کار مداوم توانستیم آن چه را که می دیدیم و از توصیفش عاجز بودیم مدل کنیم و از نظریه چوا برای اضافه کردن قطعات جدید به مدارمان استفاده کنیم. در نهایت کارمان جواب داد. قطعه هایی ساختیم که نه تنها کار می کردند بلکه ویژگی های آنها را به دلخواه تغییر می دادیم.

[سمندون 19437]

ساختن ممریستور آسان بود. دی اکسید تیتانیوم لازم داشت، ماده ای که در هر کارخانه ای که قطعات نیم رسانا می سازد وجود دارد. ما از کارخانه ساخت کارتریج های جوهر افشان HP کمک گرفتیم. در واقع محدودیت اصلی در تولید تراشه های شامل ممریستور، تعداد کم افراد آشنا به طراحی مدارهای دارای ممریستور است.

حدس من آن است که ممریستور های کاربردی توسط دانشجوی کنجکاوی ساخته خواهد شد که اکنون در این فکر است که سال آینده کدام درسهای منهدسی برق را بردارد. من معتقدم به همان اندازه که ترانزیستور طراحی مدارها را در قرن بیستم از بنیاد متحول کرد ممریستور این کار را در قرن بیست و یکم انجام خواهد داد.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[mohsen 88 10106]

ممریستور، تراشه ای که نوید تحولی بزرگ را می دهد

 

توضیح عکس: این عکس توسط میکروسکوپ اتمی از مدار ساده ای

شامل 17 ممریستورگرفته شده پهنای هر خط در این عکس 50 نانومتر ( حدود 150 اتم) است

 

سی و هشت سال پیش لئون چوا، مهندس الکترونیک جوان دانشگاه برکلی؛ شروع به حل معادلاتی کرد که سرانجام آن پیش بینی تراشه ای بود که علم الکترونیک را متحول می کرد. او همانند کار مندلیف در مورد عناصر شیمیایی به دسته بندی روابط بین کمیتهای اصلی مدارهای الکتریکی پرداخت. طبق قوانین ریاضی این چهار کمیت یعنی بار الکتریکی، جریان، میدان مغناطیسی و ولتاژ می توانند به شش طریق با هم ارتباط برقرار کنند: ارتباط جریان و بار، شار و جریان، شار و ولتاژ به تعاریف پایه ای الکترونیک بر می گردد و مقاومت ، خازن و القاگر دو ارتباط دیگر را بر قرار می کنند. تا اینجا پنج روش برقراری ارتباط بین کمیتهای اصلی را برشمردیم. یک ارتباط فراموش شده، رابطه ی بین بار الکتریکی و شار مغناطیسی؛ رابطه ای که چوا را مدتها به خود مشغول کرد. او اثبات کرد با ترکیب مقاومت ، خازن و القاگر نمی توان به ابزاری با این قابلیت دست یافت. این ابزار بنیادین که در ذهن چوا متولد شده بود ممریستور؛ ترکیب مموری و رسیستور(حافظه مقاومت دار) نام گرفت. ابزاری شبیه به مقاومت با توانایی یاد آوری جریان های عبوری قبلی.

اگر مقاومت را همچون لوله آب و آب را بار الکتریکی در نظر بگیریم. میزان مقاومت با قطر لوله نسبت عکس خواهد داشت. تا کنون مقاومت ها، قطر لوله ثابتی داشته اند اما ممریستور مانند لوله ای است که قطرش با میزان و جهت جریان تغییر می کند اگر جریان در جهت موافق باشد قطر لوله بیشتر و اگر در جهت مخالف باشد قطر لوله کمتر می شود همچنین اگر جریان قطع شود، قطر لوله تا برقراری مجدد جریان ثابت می ماند.

این ویژگی های منحصر به فرد سبب شده، ساخت ممریستور نوید تحولی بزرگتر از تحول اختراع ترانزیستور در قرن بیستم را بدهد.

توضیح عکس: جریان گذرنده از ممریستور با توجه به جهت جریان ورودی تنظیم می شود.

قانون مور به کوچک شدن تراشه ها و افزایش قدرت پردازش در حجمی مشخص اشاره می کند اما این کوچک شدن تا کجا پیش خواهد رفت، ساخت مدارهایی که از ممریستور استفاده می کنند باعث می شود به جای کم کردن حجم، کارایی افزایش یابد.

[spow 44197]

دانلود مقاله ای درزمینه اشنایی با ممریستور

موفق باشیم

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[pesare irani 41805]

دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی مقادیر اندازه گیری شده را به صورت رقم یا ارقام روی صفحه نمایش (Display) نشان می‌دهند و معمولا واحد کمیت اندازه گیری شده مانند ولت ، آمپر ، میلی آمپر ، درجه سانتیگراد و غیره را نیز به طریق مناسبی نمایش می‌دهند. از جمله دستگاههای اندازه گیری می‌توان به ولت متر ، وات متر ، Cosφ متر ، فرکانس متر ، دورشمارها ، حرارت سنج و آوومتر اشاره نمود.‌

 

دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی مقادیر اندازه گیری شده را به صورت رقم یا ارقام روی صفحه نمایش (Display) نشان می‌دهند و معمولا واحد کمیت اندازه گیری شده مانند ولت ، آمپر ، میلی آمپر ، درجه سانتیگراد و غیره را نیز به طریق مناسبی نمایش می‌دهند. از جمله دستگاههای اندازه گیری می‌توان به ولت متر ، وات متر ، Cosφ متر ، فرکانس متر ، دورشمارها ، حرارت سنج و آوومتر اشاره نمود.‌

مزیت دستگاههای دیجیتالی

دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی به دلیل نداشتن قطعات متحرک ، از طول عمر بسیار بالایی (در صورت بکار بردن صحیح آنها) برخوردار هستند و به عوامل فیزیکی همچون لرزش ، درصد رطوبت ، میزان تمیزی هوا و ... حساس نیستند. ضمن آن که با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک دستگاههای ساخته شده امروزی بسیار دقیق‌تر هستند.

علاوه بر این بعضی از این دستگاهها را می‌توان به کامپیوتر وصل کرد، بطوری که کامپیوتر مقدار کمیتی که روی صفحه نمایش دستگاه نشان داده می‌شود را نمایش می‌دهد و اگر در صورت نیاز آن را در فواصل زمانی معینی تنظیم کنیم، کامپیوتر می‌تواند ضمن نشان دادن مقدار کمیت ، آن را ثبت کند.

از دیگر مزایای اندازه گیری یک کمیت توسط سیستم دیجیتالی این است که وقتی مقدار این کمیت به کامپیوتر منتقل می‌گردد، کامپیوتر می‌تواند در مورد مقدار این کمیت تصمیم گیری لازم را اتخاذ نماید. مثلا اگر مقدار آن کمتر از حدی است که قبلا تنظیم شده است، کامپیوتر می‌تواند فرمان خاصی را برای این منظور صادر نماید.

طرز کار آوومتر دیجیتالی

قسمت اصلی یک آوومتر دیجیتالی ، ولت متر DC است. این قسمت همانند آوومتر عقربه‌ای (آنالوگ) است، چنان که می‌دانید قسمت اصلی آن گالوانومتر دآرسونوال می‌باشد. اساس کار یک ولت متر DC دیجیتالی بر مبنای مقایسه است. یعنی ولتاژ اعمال شده به ولت متر ، با یک ولتاژ مرجع (معمولا 100 میلی ولت و در بعضی از آوومترها در رنج AC یک ولت) مقایسه می‌شود و نتیجه مقایسه به کمک مدارات الکترونیکی و دیجیتالی به صورت ارقام که مبین مقدار ولتاژ DC اعمالی به ولت متر است، روی صفحه نمایش آن ظاهر می‌گردد.

امروزه اکثر این دستگاهها دارای رنج اتوماتیک (Auto Range) هستند. رنج اتوماتیک به این صورت است که بعد از اعمال ولتاژ DC به ولت متر ، ولت متر ابتدا بطور اتوماتیک رنج اول را انتخاب می‌کند. چنانچه ولتاژ مورد اندازه گیری در این رنج بود، مقدار آن را نشان می‌دهد. چنانچه مقدار ولتاژ مورد اندازه گیری در این رنج نبود، ولت متر به صورت اتوماتیک یک رنج بالاتر را انتخاب می‌کند، تا این که مقدار ولتاژ مورد اندازه گیری ، در رنج مورد انتخاب دستگاه باشد