آموزش و پژوهش علوم صنعت برق

حفاظت کاتدی به عنوان مؤثرترین روش حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی سازه‌های مدفون در خاک شناخته شده‌است که به‌طور گسترده در حفاظت از خوردگی لوله‌های توزیع و انتقال گاز، مواد نفتی و آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. حفاظت کاتدی عبارت است از جلوگیری یا کاهش سرعت خوردگی فلزات توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی (یکسو) یا تماس آن با یک آند از بین رونده، روی سطح فلز مورد نظر که دارای مناطق کاتدی و آندی باشد (در مناطق آندی خوردگی صورت می‌گیرد).

حفاظت کاتدی تابلویی

در این حال مناطق آندی تبدیل به کاتد شده و در نتیجه دستگاه یا شبکه مورد نظر کلاً کاتدی می‌شود. حفاظت کاتدی از مهم‌ترین و مؤثرترین طرق کنترل خوردگی می‌باشد، به‌طوری‌که با اجرای این روش می‌توان فلزات را بدون اینکه خورده شوند به مدتی طولانی در محیط‌های خورنده نگهداری نمود. مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل‌های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزاسون می‌شوند، یعنی در این حالت تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته (پتانسیل‌های آند و کاتد معادل هم می‌شوند) و جریان‌های خوردگی متوقف می‌گردند. همچنین می‌توان چنین بیان کرد که به علت ایجاد یک شدت جریان خارجی شبکه‌ای از جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و بدین ترتیب از ورود یون‌های فلز به محلول یا محیط اطراف جلوگیری به عمل می‌آید. عملیات حفاظت کاتدی را می‌توان در مورد خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب، و برنج در زمین (خاک) و محلول‌های مختلف آبی به کار برد. به کمک حفاظت کاتدی می‌توان از خوردگی حفره‌ای فلزات روئین از جمله فولادهای ضد زنگ جلوگیری نمود.

حفاظت آندی نوعی حفاظت است که برای فلزاتی که از حالت فعال به غیر فعال تبدیل می شوند انجام می دهند در این روش لایه محافظی بر روی فلز تشکیل می شود که از خوردگی جلوگیری می کند در این روش پتانسیل را کاهش می دهیم و قطب منفی منبع را به فلز وصل می کنند. حفاظت آندی را برای فلزات خاصی می توان انجام داد که نمودار اکتیو- پسیو دارند و پر هزینه تر از حفاظت کاتدی می باشد.

حفاظت آندی از جمله روشهای کنترل خوردگی است که با استفاده از تغییر پتانسیل سطح صورت می گیرد. با نگه داشتن پتانسیل فلز در محدوده روئین بوسیله اعمال جریان خارجی سطح فلز یا آلیاژ در برابر محیط روئین شده و تحت حفاظت قرار می گیرد. خوردگی و حفاظت نمونه های فولاد ساده کربنی در اسید سولفوریک با غلظت های بالا در دماهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بوسیله اطلاعات بدست امده از آزمایش های پلاریزاسیونتانسیواستاتیک (E-Log i) ومنحنی های پتانسیواستاتیک (I-t) اثر پارامترهای زمان، پتانسیل، غلظت و دما بر روی حفاظت آندی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش غلظت (از 98 درصد به 92 درصد) و افزایش دما سرعت خوردگی، افت نهایی جریان در پتانسیل حفاظت زیاد شده است. ترکیب شیمیایی لایه روئین بوسیله E.D.A.X , X.R.D نیز مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب لایه بصورت سولفات آهن با مقداری آب تبلور متفاوت (در غلظت های مختلف) می باشد.

حفاظت کاتدی و آندی به دو روش انجام می‌شود:اند فداشونده، ازیک فلزفعال‌تر به منظور حفاظت فلز موردنظراستفاده می‌شود. این فلزات معمولا Al، Mg Zn والیاژ‌های آنن هستند و استفاده ازمنبع جریان DC، دراین روش اند از بین نمی‌رود بلکه فقط جهت تکمیل کردن مدارالکتریکی استفاده می‌شود.

حفاظت کاتدی و آندی به دو روش انجام می‌شود:

۱ - اند فداشونده: ازیک فلزفعال‌تر به منظورحفاظت فلز موردنظراستفاده می‌شود. این فلزات معمولا Al، Mg Zn والیاژ‌های ان هستند.

روش کار به این صورت است که اند راتوسط سیم به قطعه مورد نظرمتصل می‌کنیم. اندمورداستفاده فقط قدرت داردمحدوده مشخصی راپوشش دهد پس باید از اند‌های مکرر استفاده کرد. این روش در محل‌هایی که دسترسی به جریان الکتریکی موجود نباشد استفاده می‌شود.

۲- استفاده ازمنبع جریان DC:

دراین روش اند از بین نمی‌رود بلکه فقط جهت تکمیل کردن مدارالکتریکی استفاده می‌شود.

روش به این گونه است که قطب منفی منبع جریان را به تجهیزات متصل می‌کنند.

درپیل‌هایی که الکترود‌های Fe و Zn داشتند ابتد ا. Zn از بین می‌رود یعنی جهت حرکت الکترون از سمت Fe به Zn است. در صنعت برق جهت جریان راعکس ان درنظر می‌گیرند. درداخل الکترولیت هم یون‌ها جابجایی بار رابرعهده دارندپس در داخل محلول ازسمت Zn به Fe است درعمل Fe تازمانی که Zn وجودداشت محافظت می‌شود یعنی ان فلزی که ازطریق الکترولیت جریان به ان واردمی شودمحافظت می‌شودپس مهم جهت جریان است.

برای اندفداشونده هم مشابه این روش را داریم.

بعضی اوقات حفاظت بیشتراز مقدار لازم می‌باشدکه خودموجب مشکلاتی می‌شودکه برای تنظیم کردن ان دو راه وجود دارد:

۱-اندازه گیری پتانسیل درطول قطعه درچندین محل.

۲-درمحل‌های خاصی یک تکه ازفولادبرروی قطعه اصلی در سطح زمین میگذارند اگر لوله بخواهد ازبین برود تکه کوچک هم ازبین می‌رود.

اگرحفاظت بیشتر ازمورد نیازانجام دهیم سرعت واکنش کاتدی افزایش می‌یابد که موجب خسارات هیدروژنی می‌شود.

حفاظت اندی:

در فلزات اکتیو – پسیو با توجه به دیاگرام‌های پتانسیل برحسب سرعت خوردگی می‌دانیم در فلزات اکتیو- پسیو محیط قادر خواهد بود لایه محافظی بر روی سطح فلز تشکیل دهد که موجب می‌شود خوردگی به سرعت کاهش یا بد. از این خاصیت برای حفاظت ان‌ها استفاده می‌کنیم.

به طوری که در نمودار با افزایش پتانسیل با (وصل به قطب مثبت) خوردگی کاهش می‌یابد.

پس اگر بخواهیم در فلزات اکتیو سرعت خوردگی را کاهش دهیم مجبوریم پتانسیل را کاهش دهیم پس قطب منفی منبع جریان را به ان متصل می‌کنیم.

در فلزات اکتیو – پسیو دو راه برای کاهش سرعت خوردگی داریم:

۱- هم می‌توان پتانسیل را کاهش داد.

۲- پتانسیل را ان قدر افزایش داد تا سرعت خوردگی به منطقه پسیو برسد.

مقایسه حفاظت اندی وکاتدی:

حفاظت اندی مخصوص فلزاتی است که نمودار اکتیو – پسیو دارند. به خاطر تجهیزات راه اندازی بیشتر، هزینه بیشتری دارد ودر محیط‌های غلیظ مورد استفاده قرار می‌گیرد. حفاظت اندی دارای محافظت برد زیادی می‌باشد.

درحفاظت کاتدی اند فداشونده احتیاج به تعویض دارد از نظر هزینه راه اندازی ارزانتر است. این حفاظت برای فلزا تی که دیاگرام خطی دارند مناسب است.

برای شبیه‌سازی یک مدولاسیون دامنه در سیمیولینک نرم‌افزار متلب می‌توانیم از مدلی که در ادامه بیان می‌شود، استفاده می‌شود.

رای شبیه‌سازی یک مدولاسیون دامنه در سیمیولینک نرم‌افزار متلب می‌توانیم از مدل زیر استفاده کنیم.

شبیه‌سازی مدولاسیون دامنه در سیمیولینک نرم‌افزار متلب

تنظیم پارامتر‌ها

بر روی بلوک سیگنال ژنراتور دو بار کلیک کنید و شکل موج سینوسی را انتخاب و فرکانس آن را در ۲ کیلو هرتز تنظیم کنید.
فرکانس سیگنال حامل سینوسی را در ۲۰ هرتز تنظیم کنید.
برای مشاهده واضح‌تر سیگنال‌ها، می‌توان برنامه را با زمان ۰٫۰۱ شبیه‌سازی کرد.
برنامه را اجرا نموده و پس از آن، به منظور مشاهده آنالیز طیفی می‌توان زمان شبیه‌سازی را به ۱ یا ۲ ثانیه افزایش داد.

همان طور که دیده می‌شود، مدل AM دقیقا بر مبنای مدل ریاضی این سیگنال بود که در قسمت قبل به دست آوردیم. به عبارت دیگر، سیگنال پیام ابتدا در شاخص مدولاسیون ضرب می‌شود، سپس با یک عدد ثابت جمع می‌شود و در نهایت به منظور انتقال سیگنال مدولاسیون AM، در سیگنال سینوسی حامل ضرب می‌شود.

ساخت مدل شبیه‌سازی دمدولاسیون دامنه

مشابه فرایند بالا، می‌توان مدل شبیه‌سازی دمدولاسیون دامنه (به روش مربعات) را در سیمیولینک اجرا کرد. شکل زیر نمایی از بلوک‌های مورد نیاز و نحوه اتصالات آن‌ها را نشان می‌دهد.

شبیه‌سازی دمدولاسیون دامنه به روش مربعات در سیمیولینک

توجه کنید که فرکانس لبه باند باید در ۲×π×Xتنظیم شود. حال باید این بلوک را به بلوک مدولاسیون دامنه که در قسمت قبل شبیه‌سازی شد، متصل کرد. تصویر زیر نمایی از نحوه انجام این اتصال را نشان می‌دهد.

اتصال بلوک‌های شبیه‌سازی مدولاسیون و دمدولاسیون

پس از اجرای مدل شبیه‌سازی، نمودار‌های در حوزه زمان مطابق تصویر زیر به دست می‌آیند.

نمودار‌های خروجی حوزه زمان در شبیه‌سازی DSB-AM

حال زمان شبیه‌سازی را بر روی ۲ ثانیه قرار می‌دهیم و نمودار‌های آنالیز طیفی را هم می‌توان مانند تصاویر زیر به دست آورد.

نمودار آنالیز طیفی اول در انتقال DSB-AM

 

نمودار آنالیز طیفی دوم در انتقال DSB-AM

 

نمودار آنالیز طیفی سوم در انتقال DSB-AM

شبیه‌سازی انتقال موسیقی با استفاده از مدولاتور و دمدولاتور دامنه DSB-AM

در این قسمت می‌خواهیم مدولاتور و دمدولاتور باند پایه DSB-AM را با استفاده از یک فایل موسیقی به عنوان مرجع شبیه‌سازی کنیم. در این حالت، چون مرجع به جای یک سیگنال سینوسی خالص، یک فایل چندرسانه‌ای است، به پردازش DSP نیاز داریم. به عبارت دیگر باید عملیات نمونه‌گیری مجدد و فیلتر را انجام دهیم. بلوک دیاگرام انتقال موسیقی با استفاده از مدولاتور و دمدولاتور DSB-AM را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

بلوک دیاگرام انتقال موسیقی با استفاده از مدولاتور و دمدولاتور DSB-AM

تصویر زیر، ساختار داخلی بلوک نمونه‌گیری مجدد در شبیه‌سازی بالا را نشان می‌دهد.

ساختار داخلی بلوک نمونه‌گیری مجدد

همچنین ساختار داخلی بلوک دمدولاسیون دامنه در این شبیه‌سازی را می‌توان در شکل زیر مشاهده کرد.

ساختار داخلی بلوک دمدولاسیون دامنه

آشکارساز سنکرون نسبت به آشکارساز‌های پوش دیودی مزیت‌های زیادی دارند. بهبود عملکرد آشکارساز‌های سنکرون به دلیل استفاده از قطعات بیشتر و نیز پیچیده‌تر است که به نوبه خود باعث می‌شود قیمت ساخت آن نیز بالاتر رود. در نتیجه، آشکارساز‌های دیودی را معمولا در گیرنده‌های با عملکرد بالا به کار می‌برند که در آن‌ها هزینه، مشکل خاصی محسوب نمی‌شود.

آشکارساز سنکرون

این نوع از آشکارساز‌ها نسبت به آشکارساز‌های پوش دیودی مزیت‌های زیادی دارند. بهبود عملکرد آشکارساز‌های سنکرون به دلیل استفاده از قطعات بیشتر و نیز پیچیده‌تر است که به نوبه خود باعث می‌شود قیمت ساخت آن نیز بالاتر رود. در نتیجه، آشکارساز‌های دیودی را معمولا در گیرنده‌های با عملکرد بالا به کار می‌برند که در آن‌ها هزینه، مشکل خاصی محسوب نمی‌شود. امروزه با استفاده گسترده از مدارات مجتمع، ادغام قطعات مورد نیاز برای ساخت آشکارساز سنکرون در یک آی‌سی بسیار ساده است و باعث کاهش هزینه‌ها می‌شود. با این حال، رادیو‌های انتشار AM ارزان قیمت قدیمی، از قطعات گسسته ساخته شده‌اند و مدارات اضافی برای آشکارساز سنکرون هزینه اضافی را ایجاد می‌کنند، در نتیجه به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزایای آشکارساز سنکرون

اگرچه آشکارساز‌های سنکرون از تعداد بیشتری المان استفاده می‌کنند، اما در مقابل دارای مزیت‌هایی در عملکرد خود هستند. این مزایا عبارتند از:

کاهش اثر محوشدگی گزینشی: برای مخابرات HF و به صورت خاص پخش رادیو-تلویزیونی (Broadcasting)، محوشدگی پدیده مهمی است که غالبا رخ می‌دهد. در بعضی شرایط، این پدیده می‌تواند بر بخش‌های مختلف پهنای باند سیگنال AM اثر بگذارد. امکان دارد که سطح حامل، بسته به باند‌های جانبی از ۱۰ تا ۱۵ دسی بل محو شود که باعث می‌شود آشکارسازی پوش دشوار شود و سطح خاصی از اعوجاج را ایجاد کند. به دلیل این‌که دمدولاسیون سنکرون سیگنال حامل خود را تولید می‌کند، تاثیر محوشدگی گزینشی به صورت قابل توجهی کاهش می‌یابد و باعث می‌شود تجربه شنیداری بهتری فراهم شود. در تصویر زیر نمایی از محوشدگی گزینشی در انتقال AM را مشاهده می‌کنید.


محوشدگی گزینشی در انتقال AM

کاهش سطح اعوجاج: دمدولاتور دیودی AM دارای سطح اعوجاج بسیار بالایی است، اما دمدولاسیون سنکرون سطح اعوجاج را بسیار کاهش می‌دهد و در نتیجه تفسیر بهتری را از مدولاسیون اصلی ارائه می‌دهد. به وجود آمدن اعوجاج دلایل زیادی می‌تواند داشته باشد، اما مهم‌ترین این دلایل، ولتاژ روشن شدن مورد نیاز برای دیود در مدار آشکارساز پوش، محوشدگی گزینشی و نیز تنظیم ضعیف هستند.

سطح سیگنال: هنگام استفاده از آشکارساز دیودی، لازم است که سطح خاصی از سیگنال برای غلبه بر ولتاژ بایاس مستقیم دیود وجود داشته باشد. در آشکارساز‌های سنکرون این مشکل وجود ندارد؛ زیرا ضرب‌کننده در این آشکارساز‌ها حتی در سطوح بسیار پایین هم عمل می‌کنند.

فرایند آشکارساز سنکرون

مفهوم اساسی در پس دمدولاتور‌های سنکرون این است که سیگنال ورودی به سیگنال باند پایه تبدیل می‌شود. این کار از طریق ترکیب سیگنال AM ورودی با یک نوسان‌گر محلی انجام می‌گیرد که دارای فرکانسی دقیقا برابر با فرکانس سیگنال حامل است. فرایند ترکیب، سیگنال حامل را به یک سیگنال ۰ هرتز و باند‌های جانبی را به باند فرکانسی سیگنال باند پایه تبدیل می‌کند، به عبارت دیگر سیگنال صوتی را بازسازی می‌کند. روش‌های زیادی برای تولید سیگنال نوسانی محلی وجود دارد و به همین دلیل انواع مختلفی از دمدولاور‌های سنکرون AM نیز ساخته می‌شوند.

انواع دمدولاتور‌های سنکرون

تمام دمدولاتور‌های سنکرون دارای اصول یکسانی هستند. این دمدولاتور‌ها از ترکیب یک نوسان‌گر محلی با سیگنال ورودی استفاده می‌کنند که نوسان‌گر دارای فرکانس یکسان با فرکانس سیگنال حامل است و بدین صورت سیگنال پیام اصلی را استخراج می‌کنند. اما برای رسیدن به این هدف می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد.

روش فیلتر: این روش ایجاد دمدولاسیون سنکرون، احتمالا واضح‌ترین روش باشد. در این روش از فیلتر باند باریک برای استخراج سیگنال حامل استفاده می‌شود و سپس از آن برای ترکیب با سیگنال کلی بهره می‌برند. در این روش لازم است که گیرنده دقیقا در فرکانس مورد نیاز برای عبور سیگنال حامل از فیلتر باند باریک تنظیم شود. خوشبختانه پایداری گیرنده‌ها امروزه مشکل خاصی محسوب نمی‌شود و پس از یک بار تنظیم، در فرکانس مورد نظر باقی می‌مانند، اما تنظیم برای این روش امری ضروری است که همیشه موفقیت‌آمیز نیست.

حلقه قفل فاز: حلقه‌های قفل فاز (Phase Locked Loops) در بسیاری از مدارات RF کاربرد دارند. این فرم از دمدولاتور‌های سنکرون از یک حلقه قفل فاز با فیلتر حلقه باریک استفاده می‌کنند، تا روی حامل قفل کنند و یک سیگنال با فرکانس دقیقا یکسان با حامل را کپی کنند. این سیگنال به عنوان سیگنال نوسان‌گر محلی مورد استفاده قرار می‌گیرد تا با سیگنال AM ورودی ترکیب شود و سیگنال اطلاعات بازیابی و استخراج شود. این نوع از دمدولاتور‌های سنکرون، عملکرد بسیار خوبی دارند و در بسیاری از گیرنده‌های رادیویی مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمایی از یک مدار حلقه قفل فاز را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

حلقه قفل فاز

تقویت‌کننده‌های محدود کننده: روش دیگر برای ایجاد دمدولاسیون سنکرون، استفاده از تقویت‌کننده محدودکننده (Limiting Amplifier) به منظور تولید سیگنال حامل است. بعضی از سیگنال‌ها از زنجیره تقویت‌کننده فرکانس میانی (IF) گیرنده دریافت می‌شوند و به یک مدار با بهره بسیار بالا اعمال می‌شوند. سپس تقویت‌کننده محدود خواهد شد و زمانی که سیگنال AM حضور یابد، هرگونه تغییر دامنه یا به عبارت دیگر، مدولاسیون را حذف می‌کند و فقط سیگنال حامل باقی می‌ماند.

این روش برای ساخت دمدولاتور سنکرون بسیار عالی است؛ زیرا ساختار ساده و در عین حال بسیار کارآمدی دارد و به فیلتر‌های پیچیده و یا حلقه قفل فاز احتیاجی ندارد. آرایش مداری برای دمدولاتور‌های سنکرون نوع تقویت‌کننده محدودکننده، از زنجیره تقویت‌کننده فرکانس میانی تشکیل شده است. خروجی تقویت‌کننده فرکانس میانی به یک ترکیب‌کننده اعمال می‌شود. این خروجی همچنین به تقویت کننده محدودکننده وارد می‌شود و خروجی این مرحله هم به ورودی نوسان‌گر محلی در ترکیب‌کننده اعمال می‌شود. در این حالت، خروجی برابر با سیگنال صوتی بازیابی شده است و می‌تواند به صورت عادی توسط یک تقویت‌کننده صوتی تقویت شود.

بیان ریاضی دمدولاسیون دامنه

اگر ωc=۲πfcرا برابر با فرکانس سیگنال حامل بر حسب رادیان بر ثانیه در نظر بگیریم، که در آن fc>>W است، آن‌گاه سیگنال مدوله شده دامنه s (t)به صورت زیر بیان می‌شود:
 

در فرمول بالا، (m (tسیگنال پیام و AC برابر با دامنه سیگنال حامل و μ برابر با شاخص مدولاسیون است که در بازه 1>μ>--

تعریف می‌شود. تصویر زیر مثالی از یک مدولاسیون دامنه با مقادیر μ=۰.۹، AC=۱، m (t) =sin (۲πt) و fc=۱۰Hzرا نشان می‌دهد.

سیگنال‌ها در مدولاسیون دامنه

در تصویر زیر نیز نمایی از سیگنال سینوسی (sin (۲πft)با فرکانس f=۱۰۰Hzدر حوزه فرکانس نشان داده شده است.

آنالیز سیگنال سینوسی در حوزه فرکانس

در مثال بالا، عبارت (m (tدر عبارت (cos (۲πfct ضرب شده است. این حاصل ضرب را می‌توان به صورت زیر نیز نوشت:
 

در این فرمول، fبرابر با فرکانس سیگنال پیام (m (tاست. به صورت خلاصه، می‌توان مدولاسیون دامنه را در بلوک دیاگرامی به شکل زیر نشان داد.

نمایش بلوک دیاگرامی مدولاسیون دامنه

به این نکته توجه کنید که سیگنال حامل هم می‌تواند به صورت سینوسی و هم به صورت کسینوسی باشد. تنها تفاوتی که این دو با هم دارند در این است که ۹۰ درجه اختلاف فاز بین آن‌ها وجود دارد. در مدولاسیون دامنه و در حوزه زمان، هر سیگنال با یک مقدار ثابت جمع می‌شود، به این معنی که سیگنال به اندازه همان عدد ثابت در راستای محور عمودی بالا می‌رود. در حوزه فرکانس، مقدار ثابت توسط یک ضربه در f=۰Hzنشان داده می‌شود.

برای دمدولاسیون دامنه، می‌توان از روش مربعات و تکنیک آشکارساز پوش استفاده کرد. تصویر زیر بلوک دیاگرام نحوه انجام دمدولاسیون دامنه با استفاده از روش مربعات را نشان می‌دهد.

بلوک دیاگرام نحوه انجام دمدولاسیون دامنه با استفاده از روش مربعات

ابتدا سیگنال به دست آمده در مدولاسیون دامنه را به توان ۲ می‌رسانیم:
 

دمدولاسیون سنکرون

همان طور که در بالا اشاره شد، یک روش مهم برای دمدولاتور دامنه که مورد استفاده قرار می‌گیرد، دمدولاتور سنکرون است. بلوک دیاگرام دمدولاتور دامنه سنکرون در شکل زیر نشان داده شده است.

بلوک دیاگرام دمدولاسیون سنکرون

به منظور تشخیص پوش اطلاعات توسط فیلتر پایین گذر، فرکانس سیگنال حامل باید تا حد امکان بالا باشد. اما همان طور که می‌دانیم، نویز‌های موجود در طبیعت مانند نویز سفید، نمی‌توانند در انتقال آنالوگ (AM یا FM) به صورت ایده‌آل حذف یا فیلتر شوند.

اگر سیگنال حامل را یک سیگنال سینوسی فرض کنیم، آن‌گاه سیگنال مدوله شده را می‌توان به صورت زیر بازنویسی کرد:
 

حال با استفاده از فیلتر پایین گذر می‌توانیم مولفه‌های فرکانس بالا را در این سیگنال حذف کنیم و در نهایت سیگنال پیام را بازیابی کنیم.

دمدولاسیون دامنه (AM Demodulation) یک فرایند کلیدی برای دریافت سیگنال‌هایی است که بر روی آن‌ها مدولاسیون دامنه (Amplitude Modulated Signals) انجام گرفته است. به عبارت دیگر، دمدولاسیون روندی است که توسط آن اطلاعات اصلی ارسال شده را از سیگنال دریافتی کلی استخراج می‌کنیم. فرایند دمدولاسیون برای سیگنال‌های مدولاسیون دامنه یا AM، می‌تواند به روش‌های مختلفی انجام گیرد. هر کدام از این روش‌ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. دمدولاتور (Demodulator) در واقع مدار یا نرم افزاری است که برای بازیابی محتوای اطلاعات از سیگنال مدوله شده دریافتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مطلب قصد داریم به بیان انواع مدارات و نیز شبیه‌سازی دمدولاسیون دامنه در نرم‌افزار متلب بپردازیم.

آشکارسازی یا دمدولاسیون دامنه
معمولا عبارت‌های آشکارسازی (Detection) و دمدولاسیون (Demodulation) برای اشاره به فرایند کلی بازیابی اطلاعات از سیگنال مدوله شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر دو عبارت، اساسا یک مدار و یک فرایند را توصیف می‌کنند. همچنین مداراتی مانند آشکارساز دیودی (Diode Detector)، آشکارساز سنکرون (Synchronous Detector) و آشکارساز ضرب (Product Detector) به صورت گسترده در دمدولاسیون دامنه مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما در واقع، عبارت دمدولاسیون را زمانی بیشتر استفاده می‌کنیم که بخواهیم به فرایند استخراج سیگنال مدوله شده از سیگنال دریافتی اشاره کنیم.

عبارت آشکارساز کاربرد قدیمی‌تری دارد و به اوایل استفاده از رادیو باز می‌گردد. بنابراین، می‌توان گفت که دمدولاسیون واژه کلی‌تری است و به تمام فرایند استخراج اطلاعات اشاره می‌کند. واژه‌های دمدولاسیون و مدولاسیون امروزه در علم مخابرات بسیار رایج هستند. بلوک دیاگرام فرایند دمدولاسیون در شکل زیر نشان داده شده است.

بلوک دیاگرام فرایند دمدولاسیون

تکنیک‌های دمدولاسیون دامنه

برای دمدولاسیون دامنه، تعدادی تکنیک وجود دارند. این تکنیک‌ها هر کدام در کاربرد‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند و دارای عملکرد و هزینه متفاوتی هستند.

آشکارساز پوش یکسوساز دیودی (Diode Rectifier Envelope Detector): این نوع از مدارات را می‌توان ساده‌ترین فرم مدارات آشکارساز در نظر گرفت. در واقع این مدار فقط به یک دیود و تعدادی المان پایه دیگر، با قیمت پایین نیاز دارد. عملکرد این آشکارساز، برای انتشار رادیویی AM ارزان قیمت کافی است، اما نمی‌تواند استاندارد‌های سایر انواع دمدولاسیون را برآورده کند.
آشکارساز ضرب: می‌توان سیگنال مدولاسیون دامنه را با استفاده از یک گیرنده دمدولاسیون کرد که شامل یک آشکارساز ضربی و نوسان‌ساز تک فرکانس محلی است.

آشکارساز سنکرون: این نوع از مدارات آشکارساز، دارای عملکرد بهینه هستند و از یک ترکیب‌کننده یا آشکارساز ضرب با فرکانس نوسان محلی استفاده می‌کنند که فرکانس نوسان با فرکانس سیگنال حامل سنکرون است. این روش دمدولاسیون دارای مزایای زیادی نسبت به سایر روش‌ها است.

آشکارساز دیودی

آشکارساز دیودی AM، در واقع یک آشکارساز پوش محسوب می‌شود. در تصویر زیر نمایی از یک رادیو ترانزیستوری که از آشکارساز پوش دیودی استفاده می‌کند را می‌توان مشاهده کرد.

یک رادیوی ترانزیستوری

همان طور که از نام این آشکارساز مشخص است، مدار از یک دیود (یا سایر المان‌های غیرخطی) تشکیل شده است. در واقع این مدار دو المان اساسی دارد.

دیود یا یکسوساز: دیود در این مدار به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد تا نصفی از سیگنال دریافتی را بر نصف دیگر آن ترجیح دهد یا انتخاب کند.

فیلتر پایین گذر: استفاده از فیلتر پایین گذر در این مدار برای حذف المان‌های فرکانس بالا موجود در سیگنال، پس از شناسایی و دمدولاسیون، ضروری است. این فیلتر گاهی از یک شبکه RC تشکیل می‌شود، اما در برخی موارد می‌توان به سادگی از پاسخ فرکانسی محدود شده مدار پس از یکسوسازی استفاده کرد. در شکل زیر نمایی از مدار یک آشکارساز پوش دیودی در یک گیرنده رادیویی AM را مشاهده کنید.

مدار آشکارساز پوش دیودی

فرایند آشکارساز دیود AM

خروجی آشکارساز دیود AM (در یکسوسازی سیگنال RF) برابر با پوش یک نیمه از سیگنال است. به همین دلیل است که به این مدار آشکارساز پوش می‌گویند. سیگنال RF مدوله شده دامنه، مانند شکل زیر از ولتاژ‌های مثبت و منفی تشکیل شده است.

فرایند آشکارسازی پوش دیودی

آشکارساز پوش دیودی، موج ورودی را یکسوسازی می‌کند و فقط نیمه مثبت یا منفی پالس ورودی را باقی می‌گذارد. سپس المان‌های فرکانس بالای این خروجی توسط فیلتر پایین گذر حذف می‌شوند. معمولا این فیلتر پایین گذر از یک خازن تشکیل می‌شود که به صورت موثری قادر است جای المان‌های فرکانس بالا را پر کند و در نهایت سیگنالی تولید می‌شود که یک ترانسدیوسر (Transducer) مانند هدفون یا بلندگو می‌تواند به آن پاسخ دهد و آن را به سیگنال صوتی تبدیل کند.

تطبیق امپدانس
در آشکارساز‌های پوش دیودی که در مدارات مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند، غالبا لازم است که با امپدانس ۵۰ اهم تطبیق داشته باشند. مدار متشکل از دیود، مقاومت بار و خازن صاف‌کننده نمی‌تواند تطبیق امپدانس خوبی را با ۵۰ اهم فراهم کند. اگر دیود آشکارساز در حالت روشن خود قرار داشته باشد، مدار احتمالا دارای امپدانس کمتر از ۵۰ اهم خواهد بود. برای غلبه بر این مشکل، معمولا از یک ترانسفورمر امپدانس برای تنظیم استفاده می‌شود.

مزایا و معایب آشکارساز پوش دیودی
سال‌ها از مدارات آشکارساز دیودی برای دمدولاسیون دامنه یا AM استفاده می‌شود. مزایای این مدارات به صورت خلاصه عبارتند از:

قیمت پایین: برای ساخت این مدارات فقط به تعدادی المان پایه با قیمت بسیار پایین احتیاج است. به همین دلیل، این مدارات برای کاربرد در رادیو‌های ترانزیستوری ساده با استفاده از قطعات گسسته بسیار ایده آل هستند.

سادگی: مدار آشکارساز دیوید از تعداد کمی قطعه ساخته شده است، بنابراین پیاده‌سازی آن بسیار آسان است. این مدار عملکرد قابل قبولی دارد و به تنظیمات خاصی احتیاج ندارد.

معایب اصلی آشکارساز‌های دیویدی عبارتند از:

اعوجاج: به دلیل این‌که دیود دارای مشخصه غیرخطی است، باعث ایجاد اعوجاج در سیگنال صوتی آشکارشده می‌شود.

محوشدگی گزینشی (Selective Fading): یکی از مشکلاتی موجود در باند امواج متوسط و کوتاه، که انتقال AM در آن قرار گرفته است، محوشدگی گزینشی است. آشکارساز پوش دیود، قادر نیست که مانند برخی دیگر از روش‌های آشکارسازی با این اثر مقابله کند و به همین دلیل هنگام رخ دادن اثر محوشدگی گزینشی، اعوجاج هم در سیگنال اتفاق می‌افتد.

حساسیت: آشکارساز‌های دیودی به اندازه سایر مدارات آشکارساز، حساسیت بالایی ندارند. اگر از دیود‌های سیلیکونی استفاده شود، مدارات آشکارساز به ولتاژ روشنایی در حدود ۰٫۶ ولت نیاز خواهند داشت. در نتیجه از دیود‌های ژرمانیوم و یا شاتکی (Schottky) در این مدارات استفاده می‌شود که به ولتاژ پایین‌تری، در حدود ۰٫۲ تا ۰٫۳ ولت برای روشنایی احتیاج دارند. حتی با وجود استفاده از دیود‌های شاتکی، باز هم مدارات آشکارساز پوش دیودی حساسیت پایینی دارند.

آشکارساز دامنه دیودی AM سال‌های زیادی است که مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته با وجود اینکه امروزه از مدولاسیون دامنه بسیار کمتر استفاده می‌شود و سایر انواع دمدولاتور‌های AM را می‌توان به سادگی توسط مدارات مجتمع ایجاد کرد، اما باز هم این آشکارساز دارای کاربرد‌های خاص خود است.

میگر (megger) یا تستر عایقی وسیله‌ای است برای اندازه گیری مقاومت‌های بسیار بزرگ معمولاً تا ۲ گیگا اهم با ولتاژ تست تا ۵ کیلوولت می‌باشد و جهت سنجش مقاومت عایقی کابل ها، موتورها، ترانسفورماتور‌ها، ژنراتور‌ها و سایر تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. برای اندازه گیری چنین مقاومت‌هایی معمولاً به ولتاژ زیادی نیاز است. در بعضی از این نوع دستگاه‌ها، ولتاژ تست به ۱۰kv نیز می‌رسد ولتاژ معمول این نوع دستگاه‌های اندازه گیری، بین ۱۰۰ ولت تا ۱۰ کیلو ولت است. دستگاه میگر از یک دستگاه نسبت سنج تشکیل شده است.

بطور عمده مقاومت عایقی با ضخامت عایق نسبت مستقیم و با سطح مقطع هادی نسبت معکوس دارد. تست مقاومت عایقی جهت اندازه‌گیری مقاومت الكتریكی عایق یک محصول یا تجهیز استفاده می شود. انجام این تست معمولا به عنوان یک بررسی سریع پس از تولید، نصب یا تعمیر یک محصول است. تغییرات در این اندازه گیری مقاومت عایق می تواند در پیش بینی این امور ( تعمیر یا تعویض ) کمک کننده باشد.

اگرچه تولیدکنندگان سیم، کابل، تجهیزات الکتریکی و... هر روزه عایق بندی محصولات خود را بهبود می بخشند. با این وجود، امروزه عایق ها می تواند تحت تاثیر برخی عوامل آسیب ببیند مانند آسیب مکانیکی، ارتعاش، گرما بیش از حد و یا سرد، خاک، روغن، خوردگی، رطوبت حاصل از فرایندها و یا فقط رطوبت در روز مه آلود.

مقادیر مجاز مقاومت عایقی دستگاه ها و سیستم های الکتریکی:

این جدول حداقل ولتاژ تزریقی به کابل و مقاومت عایقی قابل قبول را نشان می دهد.

منبع ولتاژ مورد نیاز دستگاه معمولاً متناوب است و آن را به دو صورت ایجاد می‌کنند. در روش اول با استفاده از یک منبع تغذیه Dc ولتاژ Dc را به کمک اسیلاتور (نوسان ساز) تبدیل به Ac می‌کنند و آنگاه به کمک ترانسفورماتور ولتاژ متناوب خروجی اسیلاتور را به هر مقدار دلخواه افزایش داده می‌شود.
در روش دوم به کمک یک ژنراتور ساده که محرک آن دست است، ولتاژ Ac تولید می‌شود.

طرز تشخیص سالم بودن میگر
برای تشخیص سلامت دستگاه میگر، دسته‌ای را که در بغل میگر است می‌چرخانیم و دو سر سیم‌ها را به هم اتصال می‌دهیم، اگر عقربه روی صفر قرار گرفت میگرسالم است.

میگر به طور کلی به دو نوع تقسیم بندی می شود:

1-الکترونیکی

2- نوع دستی

نوع الکتریکی میگر شامل اجزای زیر می باشد:

 

صفحه نمایش دیجیتالی، کابل، سوئیچ انتخاب که برای انتخاب محدوده پارامترهای الکتریکی استفاده می شود، شاخصی که موقعیت های مختلف پارامتر ها را مشخص می کند و...

از مزایای استفاده از میگر می توان به دقت بسیار بالا، سهولت خواندن مقادیر اندازه گیری شده، شخص به تنهایی می تواند تست را انجام دهد، قابل استفاده در فضاهای کوچک، امنیت بالا جهت استفاده اشاره کرد.

از معایب آن گاهی برخی از آن ها نیاز به منبع خارجی دارند و گرانتر هستند.

نوع دستی آن نیز شامل : صفحه آنالوگ، میل لنگ دستی که با چرخش آن می توان بهRPM مورد نیاز برای تولید ولتاژ که از طریق سیستم الکتریکی اجرا می شود دست یافت و کابل تست می باشد.

 

از مزایای میگر می توان به اهمیت آن در دنیای امروزی به عنوان قدیمی ترین روش تست، عدم نیاز به منابع خارجی، ارزان قیمت بودن آن اشاره کرد.

اغلب دستگاه های جدید میگر دارای ترمینال G که همان گارد به معنای محافظ می باشد هستند، که به منظور حذف برخی از مقاومت های زائد و مخدوش کننده بکار می رود. به عبارت دیگر برای اندازه گیری مقاومت عایقی به صورت صحیح به ما کمک می کند. در واقع گارد جریان نشتی سطحی را به سمت خود می کشد و دستگاه ما مقدار جریان نشتی عمقی که مورد نظر ما می باشد را اندازه گیری می کند. این مورد برای اندازه گیری مقاومت عایقی مقره بوشینگ ترانسفورماتور و دیگر انواع مقره ها و .... بکار می رود.

از معایب آن نیاز به حداقل دو نفر برای انجام تست، دقت کمتر آن نسبت به نوع الکتریکی، نیازمند مکانی پایدار برای قرار دادن تجهیز می باشد که در غیر این صورت ممکن است نتیجه درستی را ارائه ندهد و درنتیجه در هرمکانی کاربرد ندارد، سخت بودن خواندن مقادیر توسط صفحه نمایش آنالوگ، نیاز به ایمنی بالا هنگام انجام تست را می توان نام برد.

ساختارهای بالا برای هر میگر مشابه نیست، این ساختار ممکن است با توجه به کارخانه های تولیدی باهم تفاوت هایی داشته باشد، اما پایه این ساختار برای همه یکسان است. 

در حالت کلی کمیت هایی که می توان توسط این تستر اندازه گیری کرد ولتاژ و مقاومت عایق می باشد.

اصول عملکرد میگر
دستگاه میگر با تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت (باطری داخلی دستگاه) به حداقل ۱ و حداکثر ۱۰ کیلو ولت Dc ولتاژ تست خود را تولید می‌نماید. این ولتاژ توسط مدار‌های کنترل جریان به سرعت کنترل می‌شود به طوریکه به محض افزایش جریان از حد مجاز و یا اتصال کوتاه به سرعت ولتاژ مورد نظر تا حد مورد اطمینان کاهش می‌یابد. این عمل برای حفاظت سیستم‌های درونی و همچنین قطعات مورد آزمایش می‌باشد.
در نوع دستی (نمونه قدیمی)، توسط دسته‌ای که در بغل میگر است آنرا چرخانده، که بدین ترتیب ژنراتوری به گردش در می‌آید، در نتیجه ولتاژ تولید می‌شود که آن ولتاژ توسط ترانسفورماتور‌های افزاینده، افزایش یافته و سپس توسط یکسو کننده‌ها به ولتاژ مستقیم (dc) تبدیل می‌شود و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

وقتي كه يك ترانسفورماتور برقدار مي شود، جريان مغناطيس كننده و يا جريان تحريك گذرايي در سيستم جاري مي شود كه به آن جريان هجومي ترانسفورماتور مي گويند. دامنه اين جريان مي تواند به 8 تا 25 برابر جريان نامي ترانسفورماتور برسد.

فاكتورهايي كه بر روي دامنه و مدت زمان تداوم جريان هجومي تأثير گذارند عبارتند از:
- قدرت و ابعاد ترانسفورماتور
- قدرت سيستم
- مقاومت اهمي مدار و سيستم
- نوع ورق هسته استفاده شده در ترانسفورماتور
- پس ماند هسته
- نحوه برقدار شدن ترانسفورماتور

در تنظیم فانکشن های حفاظتی باید به جریان هجومی توجه شود به طوری که رله حفاظتی به ازای این جریان به اصطلاح عملکرد کاذب نداشته باشد. معمولا فانکشن های حفاظتی جریان زیاد (OVERCUREENT) و حفاظت دیفرانسیل حفاظت هایی هستند که در ازای وجود جریان هجومی تمهیدات لازم بایستی برای آن در نظر گرفته شود.
جدول زیر مشخصات جریان هجومی ترانسفورماتور نوعی را نمایش میدهد که به دلیل وجود هارمونیک دوم بالا در این جریان، می توان از این ویژگی به منظور جلوگیری از عملکرد کاذب رله استفاده کرد.

یا مقلب القلوب و الابصار یا مدبرالیل و النهار
یا محول الحول و الاحوال حول حالنا الی احسن الحال