دیود زنر

دیود های زنر یا شکست ، دیود های نیمه هادی با پیوند p-n هستند که در ناحیه بایاس معکوس کار کرده و دارای کاربردهای زیادی در الکترونیک ، مخصوصآ به عنوان ولتاژ مبنا و یا تثبیت کننده ی ولتاژ دارند. هنگامیکه پتانسیل الکتریکی دو سر دیود را در جهت معکوس افزایش دهیم در ولتاژ خاصی پدیده شکست اتفاق می افتد، بد ین معنی که با افزایش بیشتر ولتاژ ، جریان بطور سریع و ناگهانی افزایش خواهد داشت. دیود های زنر یا شکست دیود هایی هستند که در این ناحیه یعنی ناحیه شکست کار میکنند و ظرفیت حرارتی آنها طوری است که قادر به تحمل محدود جریانمعینی در حالت شکست می باشند، برای توجیه فیزیکی پدیده شکست دو نوع مکانیسم وجود دارد. مکانیسم اول در ولتاژهای کمتر از 6 ولت برای دیودهایی که غلظت حامل ها در آن زیاد است اتفاق می افتد و به پدیده شکست زنر مشهور است. در این نوع دیود ها به علت زیاد بودن غلظت ناخالصی ها در دو قسمت p و n ، عرض منطقه ی بار فضای پیوند باریک بوده و در نتیجه با قرار دادن یک اختلاف پتانسیل v بر روی دیود (پتانسیل معکوس) ، میدان الکتریکی زیادی در منطقه ی پیوند ایجاد می شود. با افزایش پتانسیل v به حدی می رسیمکه نیروی حاصل از میدان الکتریکی ، یکی از پیوند های کووالانسی را می شکند. با افزایش بیشتر پتانسیل دو سر دیود از انجایی که انرژی یا نیروهای پیوند کووالانسی باند ظرفیت در کریستال نیمه هادی تقریبأ مساوی صفر است ، پتانسیل تغییر چندانی نکرده ، بلکه تعداد بیشتری از پیوندهای ظرفیتی شکسته شده و جریان دیود افزایش می یابد. آزمایش نشان میدهد که ضریب حرارتی ولتاژ شکست برای این نوع دیود منفی است ، یعنی با افزایش درجه حرارت ولتاژ شکست کاهش می یا بد. بنابر این دیود با ولتاژ کمتری به حالت شکست می رود (انرژی باند غدغن برای سیلیکن و ژرمانیم در درجه حرارت صفر مطلق بترتیب 1.21 و0.785 الکترون_ولت است، و در درجه حرارت 300 درجه کلوین این انرژی برای سیلیکن ev 1.1و برای ژرمانیم ev0.72 خواهد بود). ثابت می شود که می دان الکتریکی لازم برای ایجاد پدیده زنر در حدود 2*10است. این مقدار برای دیود هایی که در آنها غلظت حامل ها خیلی زیاد است در ولتاژهای کمتر از 6 ولت ایجاد می شود . برای دیودهایی که دارای غلظت حاملهای کمتری هستند ولتاژ شکست زنر بالاتر بوده و پدیده ی دیگری بنام شکست بهمنی در آنها اتفاق می افتد (قبل از شکست زنر) که ذیلأ به بررسی آن می پردازیم. مکانیسم دیگری که برای پدیده شکست ذکر می شود ، مکانیسم شکست بهمنی است. این مکانیسم در مورد دیودهایی که ولتاژ شکست آنها بیشتر از 6 ولت است صادق می باشد . در این دیود ها به علت کم بودن غلظت ناخالصی ، عرض منطقه ی بار فضا زیاد بوده و میدان الکتریکی کافی برای شکستن پیوندهای کووالانسی بوجود نمی آید ، بلکه حاملهای اقلیتی که بواسطه انرژی حرارتی آزاد می شود ، در اثر میدان الکتریکی شتاب گرفته و انرژی جنبشی کافی بدست آورده و در بار فضا با یون های کریستال برخورد کرده و در نتیجه پیوندهای کووالانسی را می شکنند . با شکستن هر پیوند حاملهای ایجاد شده که خود باعث شکستن پیوند های بیشتر می شوند . بدین ترتیب پیوندها بطور تصاعدی یا زنجیری و یا بصورت پدیده ی بهمنی شکسته می شوند و این باعث می شود که ولتاژ دو سر دیود تقریبأ ثابت مانده و جریان آن افزایش یافته و بواسطه ی مدار خارجی محدود می شود . چنین دیود هایی دارای ضریب درجه ی حرارتی مثبت هستند . زیرا با افزایش درجه ی حرارت اتمهای متشکله کریستال به ارتعاش در آورده ، در نتیجه احتمال برخورد حاملهای اقلیت با یونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زیادتر می گردد . به علت زیاد شدن برخوردها احتمال اینکه انرژی جنبشی حفره یا الکترون بین دو برخورد متوالی بمقدار لازم برای شکست پیوند برسد کمتر شده و در نتیجه ولتاژ شکست افزایش می یابد.

اینورتر

بحثی که همیشه در الکترونیک صنعتی مطرح بوده و هست تبدیل یک ولتاژ dc به یک ولتاژ ac است. به سیستمی که این تبدیل را برای ما انجام می دهد اینورتر گفته می‌شود. اینورترها دارای رنج وسیعی از کاربردهای مختلف هستند که تعدادی از انها را ذکر می کنیم: 1- یک خط ولتاژ AC: خیلی از مواقع دسترسی به یک منبع dc مثل باتری وجود دارد. ولی یک خط ولتاژ AC مورد نیاز است مثل اتومبیل 2- منابع تغذیه بدون وقفه (UPS): در انواع مختلف UPS ها جهت تبدیل توان باتری ها به یک توان AC به اینورترها نیاز داریم. 3- کوره های القایی:اینورترها جهت تبدیل یک توان AC با فرکانس پائین به یک توان AC با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند. این ولتاژ فرکانس بالا در کوره های القایی مورد استفاده دارد. به این ترتیب که ابتدا توان AC را به DC یکسو کرده و سپس توسط اینورتر به توان AC فرکانس بالا تبدیل می‌کنند. 4-در سیستم انتقال توان HVDC: در این سیستم انتقال توان الکتریکی ، ابتدا توان AC به DC تبدیل می‌شود. این توان DC با ولتاژ بسیار بالا به وسیله خطوط انتقال به مقصد می رسد. در محل گیرنده، این توان DC دوباره به مقدار AC تبدیل می‌شود 5-درایورهای فرکانس متغیر: یک درایو فرکانس متغیر، سرعت عملکرد یک موتور AC را به کمک کنترل کردن ولتاژو فرکانس به صورت همزمان تنظیم می‌کند. 6- استفاده در پنلهای خورشیدی: پنلهای خورشیدی دارای خروجی DC هستند که با استفاده از اینورترها این توان تبدیل به AC می‌شود.انواع اینورترها از نظر فاز و شکل موج خروجی: اینورترها از نظر فاز تبدیل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسیم بندی می‌شوند همچنین از نظرشکل موج خروجیشان به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند.1- خروجی به شکل موج مربعی 2- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (معمولی)3- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای) 4- خروجی به شکل سینوسی خالص

کارت هوشمند چیست

کارت هوشمند کارتی پلاستیکی با ابعاد کارت‌های اعتباری (حدود 5/5 در 5/8 سانتی‌متر) است که بر روی آن یا در بین لایه‌های آن، تراشه‌های حافظه و ریز‌پردازنده برای ذخیره‌سازی داده‌ها و پردازش آنها قرارداده شده است. یک کارت هوشمند کامپیوتر کوچکی است که بر روی یک کارت پلاستیکی نصب شده است. این قبیل کارت‌ها به راحتی درجیب جای می‌گیرند و درکاربرد‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. تاریخچة کارت هوشمند اختراع کارت هوشمند را برای اولین بار فردی فرانسوی با نام رولاند مورنو در سال 1974 به ثبت رساند. از آن زمان به بعد،‌ شرکت‌هایی نظیر Bull‌،‌ Honeywell، Motorola دراین زمینه به فعالیت پرداختند و در نتیجة فعالیت‌های آنها، در سال 1979 اولین کارت هوشمند ریز‌پردازنده‌ای ساخته شد. اولین استاندارد برای کارت هوشمند در سال 1986 و با عنوان ISO 789116/1 مطرح شد. استفاده از کارت هوشمند در سطح ملی برای نخستین بار در فرانسه و در سال 1986 انجام گرفت. دراین سال، شرکت مخابرات فرانسه برای اولین بار، به جای سکه در تلفن‌های عمومی از کارت هوشمند استفاده کرد که این اقدام سبب رفع بسیاری از مشکلات استفاده از تلفن‌های عمومی،‌سوء‌استفاده‌ها و خرابکاری‌ها شد. پس از آن، از اوایل دهة 90 میلادی، استفاده از کارت‌های هوشمند درکشور‌های مختلف رواج پیدا کرد و به تدریج کاربرد‌های جدیدی برای آن پیدا شد. دسته‌بندی کارت‌های هوشمند کارت‌های هوشمند را بر حسب موارد مختلفی دسته‌بندی‌ می‌کنند؛ در ادامه به دو مورد آن می‌پردازیم: دسته‌بندی بر اساس نحوه ارتباط با کارت‌خوان بر اساس این دسته‌بندی، کارت‌های هوشمند به سه گروه تقسیم می‌شوند: 1- کارت هوشمند تماسی برای استفاده از این قبیل کارت‌ها، باید اتصال فیزیکی بین کارت و دستگاه کارت‌خوان برقرار گردد. داده‌های موجود برروی کارت به صورت سریال به کارت‌خوان ارسال می‌شود و پس از پردازش، اطلاعات جدید از طریق همان پورت به روی کارت منتقل می‌شود. به عنوان نمونه، کارت‌های تلفن‌ عمومی جزو این دسته محسوب می‌شوند. مشکل اصلی این قبیل کارت‌ها،‌ خراب شدن کنتاکت‌های فلزی (محل‌های تماس) بر اثر عوامل خارجی نظیر ضربه و شرایط فیزیکی محیط است. درشکل 2 قسمت‌های موجود در کنتاکت‌های فلزی این نوع کارت به تصویر کشیده شده است. 2- کارت هوشمند غیرتماسی در این نوع کارت ‌هوشمند، ارتباط بین کارت و کارت‌خوان به‌صورت فیزیکی بر قرار نمی‌شود؛ بلکه از طریق میدان‌های الکترومغناطیسی و یا امواج RF صورت می‌گیرد. برای برقرای ارتباط،‌ آنتن مخصوصی بین تراشه‌های کارت قرار داده شده است که در فاصله‌های کم، تا حدود 50 سانتیمتر، می‌تواند ارتباط ایجاد کند. کاربرد اصلی این قبیل کارت‌ها در مواردی است که عملیات مورد نظر باید سریع انجام گیرد، به عنوان نمونه می‌توان به کارت‌های مترو اشاره کرد. مزیت اصلی این قبیل کارت‌ها علاوه بر سهولت استفاده، عمر طولانی‌تر و ضریب ایمنی بالاتر آن است؛ زیرا در این نوع کارت، تراشه به همراه آنتن در میان لایه‌های تشکیل‌دهندة کارت قرار می‌گیرد. 3- کارت هوشمند ترکیبی این نوع کارت ترکیبی از کارت‌های هوشمند تماسی و غیرتماسی است که با هر دو نوع دستگاه‌های کارت‌خوان سازگار است. از این نوع کارت‌ها برای ساخت کارت‌های چندمنظوره استفاده می شود. دسته‌بندی بر اساس نوع تراشه به‌کاررفته در کارت 1- کارت با حافظه این نوع کارت شامل واحد‌های حافظه است که توسط یک سیستم امنیتی سخت‌افزاری محافظت می‌شود. در واحد حافظة ROM اطلاعات غیرقابل‌تغییر، نظیر شمارة کارت و شمارة دارنده کارت ذخیره می‌شود. از واحد حافظة EEPROM نیز برای نگهداری اطلاعاتی در طول زمان یا بر اساس نیاز کاربر تغییر می‌کنند، استفاده می‌شود، به عنوان مثال اطلاعات مربوط به اعتبار باقیمانده درکارت. از جمله کاربرد‌های این نوع کارت‌ها می‌توان به کارت تلفن همگانی، سیستم کنترل و شناسایی و مواردی از این قبیل اشاره کرد. 2- کارت هوشمند میکرپروسسوری این نوع کارت‌ها دارای CPU هستند و قدرت پردازش اطلاعات و انجام محاسبات را دارند. قیمت این کارت‌ها از کارت‌های نوع قبل بیشتر است و کاربرد آنها برای ساخت کارت‌های مالی،‌کارت‌های شناسایی و نظایر آن است. در ادامه به نقش هریک از واحد‌های حافظه در این نوع کارت اشاره شده است: ROM: نگهداری سیستم‌عامل کارت هوشمند RAM: نگهداری موقت داده‌ها EEPROM: نگهداری برنامة کاربردی و داده‌های مرتبط با آن واحد واسطة (Interface) این کارت ممکن است به یکی از صورت‌های تماسی، غیرتماسی و یا ترکیبی باشد که وظیفة برقراری ارتباط با محیط خارج از کارت را برعهده دارد. در شکل 6 نحوة ارتباط یک واحد واسطة تماسی با CPU و واحد‌های حافظه نمایش داده شده است: کاربرد‌های کارت هوشمند امروزه در بسیاری ازکشور‌ها، از کارت‌های هوشمند در کاربرد‌های مختلفی استفاده می‌شود، این کاربردها به طور کلی به سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند: 1-    کابرد‌های شناسایی: از این کارت‌ها برای شناسایی هویت افراد و صاحبان آنها استفاده می‌شود؛ مثل کارت تردد، کارت پارکینگ. 2-    کابرد‌های مالی 2-1- کارت‌های پیش‌پرداخته: این کارت‌ها را کاربر می‌خرد و با ارایة آن به دستگاه کارت‌خوان، به جای پرداخت پول، هزینه موردنظر از موجودی کارت کسر می‌شود. مانند کارت تلفن همگانی. 2-2- کارت‌های بانکی: این کارت‌ها را بانک‌ها به مشتریان خود عرضه می‌کنند که معرف هویت الکترونیکی مشتری نزد بانک صادرکننده است. با ارایه این کارت‌ها به دستگاه‌های خودپرداز، مشتری می‌تواند از خدمات بانک بهره‌مند شود. 3-    کاربرد‌های نگهداری اطلاعات: دراین قبیل کارت‌ها، کد شناسایی و اندکی از اطلاعات شخصی فرد درج شده است که با ارایة به دستگاه کارت‌خوان، از این اطلاعات استفاده می‌شود. کارت‌هایی نظیر کارت گواهینامة هوشمند، کارت‌‌های درمان،‌ کارت‌های شناسنامه، کارت دانشجویی از این نوع محسوب می‌شود. مزایای کارت هوشمند 1-    اندازه: اندازه این قبیل کارت‌ کوچک است و نیاز به حمل مدارک و پول را برطرف می‌سازد. 2-    امنیت: به دلیل وجود سیستم‌های حفاظتی روی کارت نظیر رمزنگاری، از داده‌های موجود بر روی آن به خوبی محافظت می‌شود. 3-    حجم اطلاعات قابل‌حمل:کارت‌های هوشمند قادرند حجم زیادتری از اطلاعات را در مقایسه با کارت‌های مغناطیسی درخود ذخیره کنند. اقدامات لازم برای استفاده از کارت‌های هوشمند 1-    فرهنگ‌سازی برای مردم و آموزش شیوه‌ی درست استفاده از کارت؛ 2-    قرار دادن دستگاه‌های کارت‌خوان در مراکز خرید و فروش؛ 3-    افزایش ضریب ایمنی و ایجاد اطمینان خاطر از امنیت داده‌‌های کارت. کارت هوشمند چندمنظوره چیست؟ توسعه و گسترش کاربرد‌ کارت‌های هوشمند از جمله الزامات استقرار و تحقق برنامه‌های دولت الکترونیک محسوب می‌شود. بنابراین‌، در دولت الکترونیک هر فرد نیاز به چندین کارت از انواع ذکرشده دارد. اما تعدد کارت‌ها مشکلاتی به همراه دارد؛ از قبیل: ·        صرف هزینة جداگانه برای هرکارت؛ ·        زحمت بیشتر درحمل کارت‌های متعدد و درنتیجه کاهش استقبال از آنها؛ ·        بالا رفتن مراجعات اداری برای دریافت کارت. برای حل این مشکل، طرح تجمیع کارت‌های هوشمند راهکار مناسبی است که علاوه بر افزایش ضریب ایمنی، سبب می‌شود تعداد کارت‌های مورد نیاز هرفرد کاهش یابد. تجربة کشور مالزی پروژة کارت هوشمند چندمنظوره دولتی مالزی، از جمله فعالیت‌هایی است که در چارچوب برنامه MSC‌ این کشور اجرا شده است. این پروژه در سال 1999 آغاز شد و هدف اصلی آن ارائة یک کارت هوشمند چند‌منظوره برای کاربرد‌های بخش دولتی و خصوصی بود. دولت مالزی از اواخر سال 2001، توزیع این کارت جدید را آغاز کرده است و به تدریج تمامی شهروندان بالای 12 سال در این کشور، دارای یک کارت هوشمند چند‌منظوره دولتی با نام MyKad خواهند بود. دولت مالزی برای اجرای این پروژه با دو چالش اساسی مواجه بود: مشکلات فنی و مسأله فرهنگ‌سازی و آمادگی مردم برای پذیرش این نوع کارت جدید. برای غلبه بر اولین چالش، اجرای این پروژه به کنسرسیومی بین‌المللی از شرکت‌های معتبر در این زمینه سپرده شد و دستگاه‌های دولتی مرتبط نیز موظف به همکاری با این کنسرسیوم شدند. در زمینة فرهنگ سازی نیز دولت مالزی برنامه‌های آموزشی متعددی را در مورد مزایای کارت هوشمند چندمنظوره تهیه کرد و از طریق رسانه‌های جمعی به آموزش مردم پرداخت. در مالزی، کارت MyKad به عنوان یک کارت هوشمند چندمنظوره درکاربرد‌های زیر استفاده می‌شود: ·        به عنوان کارت شناسایی ملی و گواهینامه رانندگی؛ ·        برای نگهداری اطلاعات گذرنامه (بدون اینکه جایگزین گذرنامه شود)؛ ·        نگهداری اطلاعات و سوابق پزشکی افراد؛ ·        پرداخت عوارض بزرگراه‌ها، هزینة سیستم‌های حمل و نقل عمومی و غیره؛ ·        انجام تعاملات بانکی (استفاده از دستگاه‌های خودپرداز یا ATM)؛ ·        پرداخت هزینه خرید‌ها جمع‌بندی از جمله الزامات تحقق دولت الکترونیک، تهیه و توزیع کارت‌های هوشمند برای کاربرد‌های مختلف است که با توجه به تعدد این کاربرد‌ها هر فرد ناگزیر باید کارت‌های زیادی‌ را به همراه داشته باشد؛ این مسأله می‌تواند مشکلاتی برای مردم ایجاد کند. ایدة تجمیع کارت‌های هوشمند در یک کارت و ایجاد کارت هوشمند چند‌منظوره بهترین گزینه برای رفع این مشکل است. اما طراحی چنین کارتی نیازمند مطالعه و بررسی نیاز‌های افراد در دولت الکترونیکی و در نظر گرفتن عوامل مختلف است. در قسمت بعدی مقاله، راهکارهایی جهت تجمیع کارت‌های هوشمند در کشور و ارائة یک کارت هوشمند چند‌منظوره ملی ارایه می‌شود

ابررسانایی چیست ؟

از کشف ابررسانایی در سال 1911 میلادی تا سال 1986 ، باور عموم بر آن بود که ابررسانایی فقط می تواند در فلزاتی در دماهای بسیار پایین وجود داشته باشد، که فقط در دماهای حداکثر 25 درجه بالای صفر مطلق اتفاق می افتاد. با کشف ابررسانایی در دماهای بالاتر در سال 1986 ، در موادی که تقریبا ضد فرو مغناطیسی بودند، و در هواپیماهای شامل a nearly square array of اتم های مس و اکسیژن، فصل جدیدی در علم فیزیک باز کرد. حقیقتا، درک ظاهر شدن ابررسانایی در دماهای بالا(حداکثر دمای 160 کلوین) یک مساله ی بزرگ برای بحث کردن می باشد. تا آن جا که امروزه بیش از ده هزار محقق روی این موضوع تحقیق و بررسی انجام می دهند.پس از مقدمه ای بر مفاهیم پایه ی فلزات معمولی و مرسوم، دمای پایین، و ابررسانایی، مروری بر نتایج مشاهدات انجام شده در دهه ی گذشته خواهم داشت ، که نشان می دهند ابررساناهای دمای بالای فلزات عجیبی با خواص غیرعادی بسیار بالای ابررسانایی می باشند. سپس، پیشرفت های نظری اخیری را شرح خواهم داد که طبیعت چنین فلزات عجیب را آشکار می سازد، و به شدت این پیشنهاد را که "تعامل مغناطیسی بین تحریکات ذره ی quasi مسطح است که رفتار حالت عادی آن ها را به هم می زند و باعث روی دادن حالت ابررسانایی در دماهای بالا می شود" پشتیبانی و تایید می کنند.در سال 1911 ، H. Kamerlingh-Onnes هنگام کار کردن در آزمایشگاه دمای پایین خود کشف کرد که در دمای چند درجه بالای صفر مطلق، جریان الکتریسیته می تواند بدون هیچ اتلاف اختلاف پتانسیل در فلز جیوه جریان پیدا کند. او این واقعه ی منحصر به فرد را "ابررسانایی" (Superconductivity) نامید. هیچ نظریه ای برای توضیح این رخداد در طول پنجاه و شش سال بعد از کشف ارائه نگردید. تا وقتی که در 1957 ، در دانشگاه الینویس ، سه فیزیکدان : John Bardeen ، Leon Cooper ، و Robert Schrieffer نظریه ی میکروسکوپی خود ارائه کردن که بعدا با نام تئوری BCS (حروف ابتدایی نام محققان) شناخته شد. سومین رخداد مهم در تاریخ ابررسانایی در سال 1986 اتفاق افتاد، وقتی که George Bednorz و Alex Mueller ، در حال کار کردن در آزمایشگاه IBM نزدیک شهر زوریخ سوئیس، یک کشف مهم دیگر کردند :ابررسانایی در دماهای بالاتر از دماهایی که قبلا برای ابررسانایی شناخته شده بودند در فلزاتی کاملا متفاوت از آنچه قبلا فلز ابررسانا شناخته می شود. این کشف باعث ایجاد زمینه ی جدید ی در علم فیزیک شد : مطالعهابررسانایی دمای بالا.در این مقاله، که برای غیر متخصص ها تنظیم گشته است، این را که ما چقدر در فهم دمای بالا پیشرفت کرده ایم را توضیح خواهم داد و درباره چشم انداز های آینده ی توسعه ی یک نظریه ی میکروسکوپی بحث خواهم کرد. با مروری بر برخی مفاهیم پایه ای، نظریه ی فلزات را شروع می کنیم؛ برخی اقدامات که منجر به ارائه ی نظریه BCS گشت، را توضیح می دهیم؛ و کمی در باره ی تئوری BCS بحث خواهیم کرد و آن را توضیح خواهیم داد. سپس مختصرا در باره ی پیشرفت هایی که به فهم ما از ابررسانایی و ابرسیالی، در جهان ارائه شده است، بحث خواهیم کرد، پیشرفت هایی که بوسیله الهام از تئوری BCS بدست آمده اند. که شامل کشف رده های زیادی از مواد ابرسیال می باشد، از هلیوم 3 مایع که چند میلی درجه بالاتر از صفر مطلق به حالت ابرسیالی در می آید تا ماده ی نوترون موجود در پوسته ی سیاره ی نوترون، که در چند میلیون درجه به حالت ابرسیالی در می آید. سپس درباره ی تاثیرات کشف مواد ابررسانای دمای بالا بحث خواهیم کرد ، و برخی نتایج تجربی، کلیدی را جمع بندی خواهیم کرد. سپس یک مدل برای ابررسانایی دمای بالا ارائه خواهم داد ، نزدیک به نظریه ی ضد فرومغناطیسی مایع فرمی ، که به نظر دارای توانایی ارائه ی مقدار زیادی از خواص غیرعادی حالت معمولی مواد ابررسانای سطح بالا می باشد. من با یک توضیح تجربی برای خواص جالب توجه حالت عادی ابررساناهای پیش بینی شده و در دست بررسی جمع بندی و نتیجه گیری می کنم، که یک رده جالب از مواد را معرفی می کند : مواد قابل تطبیق پیچیده . که در آن بازخورد غیرخطی طبیعی، چه مثبت و چه منفی، نقشی حیاتی در تعیین رفتار سیستم بازی می کنند. ابررساناهای مرسوم در سخنرانی نوبل در سال 1913 ، Kammerlingh-Onnes گزارش داد که "جیوه در 4.2 درجه کلوین به حالت جدیدی وارد می شود، حالتی که با توجه به خواص الکتریکی آن، می تواند ابررسانایی نام بگیرد. او گزارش داد که این حالت می تواند به وسیله ی اعمال میدان مغناطیسی به اندازه ی کافی بزرگ از بین برود. در حالی که یک جریان القاء شده در یک حلقه بسته ابررسانا به مدت زمان فوق العاده زیادی باقی می ماند و از بین نمی رود. او این رخداد را به طور عملی با آغاز یک جریان ابررسانایی در یک سیم پیچ در آزمایشگاه لیدن، و سپس حمل سیم پیچ همراه با سرد کننده ای که آن را سرد نگه می داشت به دانشگاه کمبریج به عموم نشان داد.این موضوع که ابررسانایی مساله ای به این مشکلی ارائه کرد که 46 سال طول کشید تا حل شود، خیلی شگفت آور می باشد. دلیل اول این می تواند باشد که جامعه ی فیزیک تا حدود بیست سال مبانی علمی لازم برای ارائه ی راه حل برای این مسئله را نداشت : تئوری کوانتوم فلزات معمولی. دوم اینکه، تا سال 1934 هیچ آزمایش اساسی در این زمینه انجام نشد. سوم اینکه، وقتی مبانی عملی لازم بدست آمد، به زودی واضح شد انرژی مشخصه وابسته به تشکیل ابررسانایی بسیار کوچک می باشد، حدود یک میلیونیم انرژی الکترونیکی مشخصه ی حالت عادی. بنابراین، نظریه پردازان توجه شان را به توسعه ی یک تفسیر رویدادی از جریان ابررسانایی جلب کردند. این مسیر را Fritz London رهبری می کرد. کسی که در سال 1953 به نکته ی زیر اشاره کرد :"ابررسانایی یک پدیده کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی می باشد ... با جداسازی حالت حداقل انرژی از حالات تحریک شده بوسیله ی وقفه های زمانی." و اینکه "diamagntesim یک مشخصه بنیادی می باشد." اجازه بدهید کمی درباره ی مبانی علمی کوانتومی بحث کنیم. الکترون ها در فلز در پتانسیل متناوب تولید شده از نوسان یون ها حول وضعیتشان حرکت می کنند. حرکت یون ها را می توان بوسیله ی مد های جمعی کوانتیزه شده ی آنها، فونون ها، توجیه کرد. سپس در طی توسعه ی نظریه ی کوانتوم، نظریه ی پاولی اصل انفجار وجود دارد ، که معنای آن بیانگر مفهوم آن است و آن اینکه - الکترونها به صورت اسپین نیمه کامل ذاتی (half integral intrinsic spin) قرار می گیرند، و در نتیجه هیچ الکترونی نمی تواند طوری قرار بگیرد که عدد کوانتوم آنها با هم یکی باشد. ذراتی که به صورت اسپین نیمه کامل ذاتی قرار می گیرند با نام فرمیون ها (fermions) شناخته می شوند، به خاطر گرامیداشت کار های فرمی (Fermi) که ، همراه با دیاک (Diac) ، نظریه ی آماری رفتار الکترون در دماهای محدود را توسعه دادند، این تئوری با نام Fermi-Diac statistics شناخته می شود. در توضیح فضای اندازه حرکت یک فلز ساده، حالت پایه یک کره در فضای اندازه ی حرکت می باشد، که اندازه ی شعاع آن، pf بوسیله ی چگالی فلز تعیین می گردد. انرژی خارجی ترین الکترون ها، در مقایسه با انرژی گرمایی میانگین آن ها، Kt بسیار بزرگ می باشد. به عنوان نتیجه، تنها بخش کوچکی از الکترون ها، در بالاتر از حالت پایه تحریک می شوند. الکترون ها با هم دیگر ( قانون کلمب ) و با فونون ها تعامل می کنند و رابطه دارند. تحریکات ابتدائی آن ها ذرات quasi ، (quasiparticles) می باشند ، الکترون ها با ضافه ی ابر الکترونی وابسته به آنها و فونون هایی که هنگام حرکت از میان شبکه الکترون را همراهی می کند. یک بحث و مذاکره ی ابتدائی نشان می دهد که طول عمر یک quasiparticle تحریک شده بالای سطح فرمی ( سطح کره ی فرمی ) تقریبا برابر می باشد. مساله و مشکلی که برای نظریه پردازان در رابطه با این مساله پیش آمده، فهم چگونگی تحمل پذیری الکترون های تعامل کننده هنگام رفتن به حالت ابررسانایی ، می باشد. این امر چگونه انجام می شود ؟ توضیح ریاضی مناسب برای این امر چه می باشد ؟ یک کلید راهنمای بسیار لازم در سال 1950 میلادی بدست آمد، وقتی محققان در Nationa Bearue of Standards و دانشگاه روتگرز کشف کردند که دمای انتقال به حالت ابررسانایی سرب بستگی به جرم ایزوتوپ آن، یعنی M ، دارد ، و رابطه ی عکس با M1/2 دارد. از آنجایی که انرژی لرزشی شبکه ای همان بستگی را با M1/2 دارد، کوانتای پایه ی آنها، فونون ها ، باید نقشی در ظهور و ایجاد حالت ابررسانایی بازی کند. در سال های بعدی، Herber Frohlich ، که از پوردو از دانشگاه لیورپول بازدید می کرد، و John Bardeen کسی که آن زمان در آزمایشگاه های بل کار می کرد، تلاش کردند نظریه ای با استفاده از تعامل الکترون ها و فونون ها ارائه بدهند، ولی شکست خوردند و موفق نشدند. کار انجام شده توسط آن ها را می توان به کمک دیاگرام های معرفی شده توسط ریچارد فاینمن به تصویر کشید.سپس Frohlich احتمال دوم را در نظر گرفت، حالتی که در آن یک الکترون یک فونون را آزاد می کند و الکترون دومی آن فونون را جذب می کند. این تعامل فونون القایی می تواند برای الکترون های نزدیک سطح فرمی جذاب باشد. این یک معادله فلزی waterbed می باشد : دو شخص که یک waterbed را به اشتراک می گذارند، تمایل دارند تا به مرکز آن جذب شوند، همان طوری که روند القاء الکترون ها را جذب می کند. (یک شخص تورفتگی را در waterbed القاء می کند، تورفتگیی که شخص دوم را جذب می کند.) تعامل مطالعه شده توسط Frohlich در نگاه جذاب و زیبا به نظر می رسد، که هم جدید بود و هم ذاتا تناسب درستی با جرم ایزوتوپی، M ، داشت. اگر چه مشکلی بزرگ در درک چگونگی نقش بازی کردن آن وجود داشت، از آن جا که تعامل پایه ای کلمب (Coulomb) بین الکترون ها دفع کننده می باشد، و خیلی قوی تر می باشد. همانطور که لاندو (Laundau) قرار داد : "شما نمی توانید قانون کولمب را لغو کنید." این اشکالی بود که John Bardeen و نویسنده ی این مقاله، دیوید پاینس (David Pines) (هنگامی که اولین دانشجوی دکترا در دانشگاه ایلیونیس در سال های 1952-1955 بود) ، آن را مورد انتقاد قرار دادند. چیزی که آن ها پیدا کردند، به وسیله ی توسعه ی یک راهبرد که David Bohm و David Pines قبلا برای فهم تعامل های جفت الکترون ها در فلزات توسعه داده بودند، این بود که "پیام ، متوسط است ." ("The Medium is the message". وقتی آن ها اثر رویه ی به پرده در آوردن الکترونیکی (Electronic Screening) روی هر دو تعامل الکترون-الکترون و الکترون-آهن را در نظر گرفتند، فهمیدند که حضور جزء تشکیل دهنده ی دومی، یونها ، یک تعامل جذاب شبکه ای را بین یک جفت الکترون که تفاوت انرژی آن ها از انرژی یک فونون بنیادین کمتر می باشد، ممکن می سازد . که در آن ثابت دی الکتریک استاتیک وابسته به watervector می باشد، انرژی فونون می باشد، q انتقال اندازه ی حرکت می باشد، و تفاوت بین انرژی الکترون ها می باشد. ترتیب ها آن به صورت جزئی تر توسط Leon Cooper مطالعه شده است . او فهمید که به خاطر این جذابیت شبکه ای، سطح فرمی حالت عادی می تواند در دماهای پائین به تشکیل جفت الکترون هایی با اسپین و اندازه حرکت مخالف، بی ثبات شود. با کار او، راه حلی برای ابررسانایی نزدیک بود. در سال 1957 میلادی، هنگامی که Bob Schrieffer ، کسی که دانشجوی فارغ التحصیلی Bardeen در دانشگاه الیونیس بود، فهمید که توضیح میکروسکوپی داوطلب حالت ابررسانایی، می تواند با به کار بردن راهبردی که قبلا برای پلارن ها توسعه یافته بود، توسعه یابد. در هفته های بعدی، Bardeen ، Cooper ، و Schrieffer نظریه ی میکروسکوپی ابررسانایی خود، تئوری BCS را ارائه دادند. که این تئوری در توضیح و تفسیر رویداد ها ی ابررسانایی موجود و هم چنین در پیش گویی رویداد های جدید بسیار موفق بود. در جولای 1959 ، در اولین کنفرانس عظیم در رابطه با ابررسانایی بعد از ارائه ی نظریه ی BCS ، (در دانشگاه کمبریج) ، David Schoenberg کنفرانس را با این جمله آغاز کرد : "حالا ببینیم تا چه حدی مشاهدات با حقایق نظری جور در می آیند ..."  کاربردها ابر رساناهای دمای پایین امروزه در ساخت آهنرباهای ویژه طیف سنجهای رزونانس مغناطیسی هسته ، رزونانس مغناطیسی برای مقاصد تشخیص طبی ، شتاب دهنده ذره ها ، ترنهای سریع مغناطیسی و انواع ابزارهای رسانایی الکترونیکی بکار میرود از دیگر کاربردهای آنها می توان به دستگاه های عکسبرداری تشدید مغناطیسی هسته و قطارهای جدیدی که توسط نیروهای مغناطیسی در هوا معلق هستند و با سرعت 400 کیلومتر بر ساعت حرکت می کنند، اشاره کرد. . اما برای اینکه ابررساناهای دمای بالا در کاربردهای میدان مغناطیسی در دمای بالا رقابت کنند ، هنوز زمان لازم دارد ، این بعلت دشواری در تولید انبوه و با کیفیت بالاست . اگر چه در حال حاضر ، بازار ابررساناهای دمای بالا رونق کمی دارد ، گمان میرود که در خلال دو دهه آینده کاربرد آن فراگیر و پررونق شود .

نامگذاری یا کدگذاری ترانزیستورها

1- (Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC :      فرم یا مد اصلی کد گذاری در این روش به صورت زیر است ( از چپ به راست بخوانید): ( پسوند ) ، شماره سریال ، حرف ، عدد[digit, letter, serial number, [suffix           قسمت عدد: در این قسمت همیشه عددی که یکی کمتر از تعداد پایه های ترانزیستور است قرار می گیرد. یعنی برای ترانزیستورهای 3 پایه عدد 2 و اگر ترانزیستور 4 پایه ای وجود داشته باشد عدد 3. توجه داشته باشید که اعداد 4 و 5 به اپتوکوپلرها مربوط می شوند نه به ترانزیستورها. بنابراین شاید بتوان گفت که برای ترانزیستورها همیشه در این قسمت عدد 2 قرار می گیرد.       قسمت حرف: در این قسمت همیشه حرف  "N" قرار می گیرد.       قسمت شماره سریال: در این قسمت اعدادی از 100 تا 9999 قرار میگیرد و هیچ اطلاعاتی بجز زمان تقریبی ابداع و معرفی ترانزیستور را به ما نمی دهد. مثلا ترانزیستوری که سریال نامبرش 904 باشد زودتر از ترانزیستوری که سریال نامبرش 2221 است ، ساخته شده است.       قسمت پسوند: این قسمت اختیاری است و محدوده بهره ( بتا hfe ) ی ترانزیستور را مشخص می سازد. به این صورت که حرف A برای ترانزیستورهای با بهره کم ، حرف B برای ترانزیستورهای با بهره متوسط ، حرف C برای ترانزیستورهای با بهره بالا و اگر دراین قسمت هیچ حرفی نباشد ترانزیستور می تواند هر یک از بهره های فوق را داشته یاشد.       مثال: 2N3819, 2N2221A, 2N904   2 - نام گذاری ژاپنی (Japanese Industrial Standard (JIS :       فرم یا مد اصلی کد گذاری در این روش به صورت زیر است ( از چپ به راست بخوانید): ( پسوند) ، شماره سریال ، دو حرف ، عددdigit, two letters, serial number, [suffix]       قسمت عدد: در اینجا نیز عددی که یکی کمتر از تعداد پایه ها است قرار می گیرد. که عموما عدد 2 است.       قسمت دوحرفی: این دو حرف محدوده کاربرد و نوع قطعه را به صورت کدهای زیر مشخص می سازند: SA: PNP HF transistorSB: PNP AF transistorSC: NPN HF transistor SD: NPN AF transistorSE: Diodes SF: ThyristorsSG: Gunn devices SH: UJTSJ: P-channel FET/MOSFET SK: N-channel FET/MOSFETSM: Triac SQ: LEDSR: Rectifier SS: Signal diodesST: Avalanche diodes SV: VaricapsSZ: Zener diodes        قسمت شماره سریال: این قسمت نیز همانند روش قبل می باشد و از عدد 10 شروع می شود تا 9999 .       قسمت پسوند: این قسمت اختیاری است و هیچ گونه اطلاعاتی از قطعه به ما نمی دهد. در این روش به این دلیل که کد ترانزیستورها با 2S شروع می شود در بعضی موارد ممکن است که این دو حذف شوند مثلا به جای اینکه روی ترانزیستور نوشته شده باشد 2SC733 ، بطور خلاصه نوشته می شود C 733.       مثال: 2SA1187, 2SB646, 2SC733  3 - Pro-electron:      فرم یا مد اصلی کد گذاری در این روش به صورت زیر است ( از چپ به راست بخوانید): ( پسوند ) ، شماره سریال ، (یک حرف) ، دو حرفtwo letters, [letter], serial number, [suffix]       قسمت دو حرفی: اولین حرف نوع عنصر و ماده ای که ترانزیستور از آن ساخته شده است را مشخص می سازد: A = Ge         (ژرمانیوم)B = Si           (سیلیکون)    C = GaAs     (گالیم آرسنیک)R = compound materials  (عناصر مرکب)  با توجه به این حروف کاملا واضح است که  کد  اکثر ترانزیستورها و قطعات نیمه هادی دیگردر این روش با حرف B شروع می شود. دومین حرف کاربرد قطعه را نشان می دهد: C: transistor, AF, small signalD: transistor, AF, powerF: transistor, HF, small signalL: transistor, HF, powerU: transistor, power, switchingA: Diode RF Y: Rectifier E: Tunnel diodeZ: Zener, or voltage regulator diodeB: VariacK: Hall effect deviceN: OptocouplerP: Radiation sensitive deviceQ: Radiation producing deviceR: Thyristor, Low powerT: Thyristor, Power       قسمت حرف اختیاری: این حرف کاربرد صنعتی یا حرفه ای  تا تجاری قطعه را مشخص می سازد و یکی از حروف W,X,Y,Z می باشد.       قسمت شماره سریال: سریال نامبر از عدد 100 شروع می شود تا 9999.       قسمت پسوند: این قسمت درست مانند قسمت پسوند روش اول یعنی JEDEC می باشد.       مثال: BC108A, BAW68, BF239, BFY51 , BC548 کارخانه های سازنده ترانزیستور و دیگر قطعات نیمه هادی به دلایل تجاری به ابتدای سه روش مذکور یک پیشوند اضافه می کنند که معرف کارخانه سازنده ؛ نوع بسته بندی و کاربرد قطعه است. معمول ترین این پیشوندها عبارتند از: MJ: Motorolla power, metal caseMJE: Motorolla power, plastic caseMPS: Motorolla low power, plastic caseMRF: Motorolla HF, VHF and microwave transistorRCA: RCARCS: RCSTIP: Texas Instruments power transistor (platic case)TIPL: TI planar power transistorTIS: TI small signal transistor (plastic case)ZT: FerrantiZTX: Ferranti  مانند : ZTX302, TIP31A, MJE3055, TIS43

کد خوانی خازن ها

ظرفیت خازن و ولتاژ مناسب برای خازن ها را کارخانه های سازنده معمولاً روی بدنه ی آنها می نویسند. معمولاً 3 سیستم کد گذاری برای خازن ها وجود دارد: 1- بر روی خازن های بزرگ (معمولاً الکترولیتی) ظرفیت و ولتاژ به صورت مستقیم و واضح نوشته شده، مثلاً خازن زیر 10V و(1000میکروفاراد)1000?F است. ?(میکرو)= 0.000,001= 6- ^10 n (نانو) = 0.000,000,001 =9- ^10 p یا?? (پیکو) = 0.000,000,000,001=12- ^10   نکته ی مهم: همان طور که می بینید روی بدنه ی خازن های الکترولیت، یک نوار کشیده شده که به وسیله ی آن پایه ی – مشخص شده، در این خازن های اگر جای + و -  را اشتباه وصل کنیم در اثر پدیده ی فرو شکست خازن می ترکد! در خازن های الکترولیتی نیز، خازن ذوب می‌شود! 2- در خازن های کوچک مثل خازن های عدسی به خاطر کمبود جا اطلاعات رو به صورت خلاصه تر می نویسند. مثلاً روی یک خازن عدد 103J را می بینید، این سیستم مشابهت زیادی با سیستم کد گذاری مقاومت ها دارد، یعنی 2 رقم اول از سمت چپ ، ارقام اول و دوم ،و رقم سوم نیز یک ضریب طبق جدول زیر می باشد. حرف لاتینی که در آخر نوشته می شود نیز تلورانس یا ضریب خطا می باشد(در خیلی از مقاومت ها اصلاً نوشته نمی شود). در زیر این اعداد گاهی ممکنه یک ولتاژ مثل 10V نوشته شود که ولتاژِ کاری خازن است.  رقم سوم (Third Digit) ضریب (Multiplier) 0 1 = 100 1 10 = 101 2 100 = 102 3 1000 =103 4 10000 =104 5 100000 =105 6 یا 7 استفاده نمی شوند 8 0.01 9 0.1 2رقم اول ،ضربدر ضریبی که رقم سوم آن را نشان می‌دهد، می‌شود ظرفیت خازن بر حسب پیکوفاراد به عنوان مثال خازن زیر 10،0000پیکو فاراد می باشد  و 3- این سیستم کد گذاری خازن ها دقیقاً مشابه همان مقاومت هاست، یعنی ظرفیت خازن با حلقه ها رنگی نمایش داده می شود. این سیستم بسیار کم کاربرد می باشد و لذا ما وارد جزئیات بیشتر آن نمی شویم. انواع به هم بستن خازن ها خازن ها نیز مانند مقاومت ها به 2 صورت به هم بسته می شوند:سری و موازی خازن های سری  در به هم بستن خازن ها به صورت متوالی یا سری ظرفیت معادل مجموعه از فرمول زیر محاسبه می شود  به عنوان مثال ظرفیت معادل مجموعه ی روبرو برابر است با: نکته: در خازن های سری ، باری که روی همه ی خازن ها ذخیره می شود با هم برابر است(ظرفیت خازن اهمیتی ندارد). توضیح این مطلب نیاز به مقدمات زیادی دارد که فعلاً ما نیازی به آن نداریم. خازن های موازی در به هم بستن موازی خازن ها، ظرفیت خازن ها به صورت مستقیم با هم جمع می شوند، یعنی: C=4+3+12=19: برای مثال ظرفیت معادل مجموعه ی زیر برابر است با نکته: همونطور که می بینید در حالت موازی، ولتاژی که بر روی پایه های همه ی خازن ها قرار می گیرد مساویست.زیرا 2 سر همه‌ی خازن‌ها به یکدیگر متصل شده است. اگر در یک مدار چندین خازن به صورت سری و موازی قرار گرفته بودند، ابتدا خازن های موازی را حذف و آنگاه ظرفیت معادل بقیه ی خازن ها را محاسبه می کنیم. به مثال دقت کنید: یکی از کاربرد‌های بسیار مهم خازن‌ها در کار ما حذف Noise‌ها و امواج زاید می‌باشد، این روش نسبتاً پیچیده می‌باشد ، در جلسات آتی در باره‌ی این روش نیز توضیح خواهیم داد.

شارژ، فقط در ۶ دقیقه

باتریهای یون لیتیمی بر اساس هدایت کردن و حرکت دادن یون‌های لیتیم از مسیر محلول الکترولیت و از سمت کاتد اکسید کبالت لیتیم به آند کربن کار می کند. براساس تغییر اعمال شده در تکنیک "آلتایر" سطح خارجی آند از نانوکریستالهای تیتانات لیتیم پوشیده می شود و بدین وسیله سطح آن به ۱۰۰ متر مربع بر گرم می‌رسد که در مقایسه با ۳ متر مربع بر گرمی که مواد کربنی بوجود می آوردند قابل توجه است.در آزمایشگاهی در نوادا، باتری تولید شده است که فقط در مدت ۶ دقیقه شارژ می‌شود. این باطری ده برابر باطری‌های قابل شارژ فعلی از نظر زمانی طول می‌کشد تا شارژش تمام شود. همچنین سه برابر بیشتر نیروی الکتریسیته تولید می کند.در سال گذشته مدیر فنی نوکیا هشدار داد که باتری های فعلی نمی تواند نیاز جامعه را جوابگو باشد. به ویژه در قسمت نیازهایی که صنعت موبایل سازی دارد. ( New (Scientist print edition, ۲۸ February ۲۰۰۴بیشترین میزان انرژی نسبت به وزن بدست آمده فعلاً از راه باتریهای یون لیتیم به‌دست آمده است. البته آنها از نظر میزان انرژی تولیدی به وزن از انواع نیکل متال هیبریدی یا نیکل‌کادمیم در رده پائین تری هستند. سلولهای لیتیمی معایب دیگری نیز دارند از جمله اینکه در آزادسازی ناگهانی انرژی مثلاً در فلاش دوربین ها توانائی کمتری دارند.اما این عیب برطرف شده است. فن‌آوریهای "آلتایر" نوع جدیدی از باتری یون لیتیم را تولید نموده‌ است. در این نوع، آند دارای سطح وسیعتری است که همین امر موجب شارژ مجدد آن با سرعت بیشتر و با انرژی بیشتری می‌شود.● فوت و فن‌های شیمیائیباتریهای یون لیتیمی بر اساس هدایت کردن و حرکت دادن یون‌های لیتیم از مسیر محلول الکترولیت و از سمت کاتد اکسید کبالت لیتیم به آند کربن کار می کند. براساس تغییر اعمال شده در تکنیک "آلتایر" سطح خارجی آند از نانوکریستالهای تیتانات لیتیم پوشیده می شود و بدین وسیله سطح آن به ۱۰۰ متر مربع بر گرم می‌رسد که در مقایسه با ۳ متر مربع بر گرمی که مواد کربنی بوجود می آوردند قابل توجه است. بنابراین از این باتری می توان در گوشی های موبایل استفاده کرد.● طول عمر بیشتر"آلتایر" فواید دیگری از این تکنیک را بر می شمارد. به گفته وی سطح کریستالی آند کربن نسبت به آسیب های احتمالی که ممکن است از تغییرات دمائی حین استفاده و شارژ آن رخ می دهد دوام کمتری نسبت به این روش دارد. این موارد عمر آنرا به ۴۰۰ بار قابلیت شارژ تقلیل می دهد.در مقابل، باتریهای جدید قابلیت ۲۰۰۰۰ (بیست هزار) بار شارژ مجدد دارند. که این یک مزیت برای حفظ محیط زیست هم محسوب می شود. ( استفاده مداوم از آلوده کننده‌ای همجون اکسیدهای کبالت پرسش برانگیز است.)هدف "آلتایر" این است که در آینده این تکنولوژی به عنوان یک ابزار قدرتمند، برای ساخت، در اختیار سازندگان باتری قرار گیرد، ارزانتر از باتریهای نیکل‌کادمیم و ... باشد تا نیازهای مختلف را برآورده نماید، از موبایل تا سایر وسایل الکترونیکی.

آشنایی با ترانسمیتر

سنسورها ، ترانسمیترها و ترانسمیترها اجزای یک پروسه صنعتی هستند که کاربردهای فراوانی در پروسه های متنوع دارند. کاربرد عمده این قطعات در ارزیابی عملکرد سیستم و ارائه یک فیدبک با مقدار و وضعیت مناسب است که بدین ترتیب کنترلر سیستم متوجه وضعیت کارکرد آن و جگونگی حالت خروجی خواهد شد .یک سنسور بنا به تعریف ، قطعه ای است که به پارامترهای فیزیکی نظیر حرکت ، حرارت ، نور ، فشار ، الکتریسیته ، مغناطیس و دیگر حالات انرژی حساس است و در هنگام تحریک آنها از خود عکس العمل نشان می دهد .یک ترانسدیوسر بنا به تعریف ، قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد ، بدین معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور فشار پارمتر را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ، تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع شنشورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد . برای درک این مطلب به تفاوتهای میان دو سنسور انداره گیر دما می پردازیم : ترموکوپل و درجه حرارت جیوه ای ، دو نوع سنسور دما هستند که هر دو یک عمل را انجام می دهند ، اما ترموکوپل در شمت خروجی سیگنال الکتریکی ارائه می دهد ، در حالی که درجه حرارت جیوه ای خروجی خود را به شکل تغییرات ارتفاع در جیوه داخلش نشان می دهد . ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال الکتریکی ضعیف را دریافت کرده و به سطوح قابل قبول برای کنترلرها و مدارهای الکترونیکی تبدیل می کند ، مثلأ یک حلقه فیدبک سیگنالی در سطح ماکروولت یا میلی ولت یا میلی آمپرتولید می کند و این سیگنال ضعیف می تواند با عبور از ترانسمیتر به سیگنالی در سطوح صفر تا ده ولت و یا 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل شود. ترانسمیترها عمومأ از قطعاتی مثلop-amp برای تقویت و خطی کردن این سطوح ضعیف سیگنال استفاده می کند . سنسورها و ملحقات آنها مثل ترانسدیوسرها را در گروه های بزرگی تحت عنوان ابزار دقیق قرار داده و آنها را بر اساس نوع انرژی قابل استفاده و روشهای تبدیل ، دسته بندی می کنند .

ترمیستور چیست؟

نیم رساناهایی که به سبب ضریب مقاومت گرمایی زیادشان بکار می‌روند، به مقاومتهای حساس به دما یا ترمیستور thermistors که از عبارت temperature sensitive resistors گرفته شده ، معروف هستند. مقاومتهای حساس به دما در شاخه‌های مهندسی کاربردهای مهم و زیادی دارند: در کنترل خودکار ، فاصله سنجی و نیز در دماسنجهای خیلی دقیق و حساس بکار برده می‌شوند. دماسنجهای مقاومتی یا بارترها barertte دستگاهی است برای اندازه گیری چگالی شار تابشی که طرز کار آن بر پایه تغییر مقاومت الکتریکی پیل حساس نیم رسانایی در موقع گرم کردن آن استوار است)، را خیلی پیش در آزمایشگاهها بکار می‌بردند. ولی قبلا آنها را از فلز می‌ساختند که به سبب محدودیت گسترده کاربردشان ، مشکلات زیادی به بار می‌آوردند. برای اینکه مقاومت بارتر را در مقایسه با مقاومت سیمهای رابط بالا ببرند، ناچار بودند بارتر را از سیم نازک و دراز بسازند. به علاوه تغییر مقاومت فلزات با دما خیلی کم است و از این اندازه گیری دما به کمک بارتر فلزی به اندازه گیری خیلی دقیق مقاومت نیاز داشت. بارترهای نیم رسانایی (ترمیستورها) این معایب را ندارند. مقاومت ویژه الکتریکی آنها آنچنان بالاست که یک بارتر می‌تواند فقط چند میلیمتر طول داشته باشد. با چنین ابعاد کوچکی ، ترمیستور خیلی زود به دمای محیط بیرون می‌رسد. همین امر به آن امکان می‌دهد که دمای اشیای کوچک (مثلا برگ گیاهان یا ناحیه‌هایی روی پوست بدن) را اندازه بگیرد. ● ترمیستورهای مدرن (ترمیستورهای نیم رسانا) حساسیت ترمیستورهای امروزی چنان بالاست که تغییری به اندازه یک میلیونیم کلوین را می‌توان به کمک آنها آشکار سازی و اندازه گیری کرد. این وضع عملی بودن کاربرد آنها را در دستگاههای جدید به جای پیلهای ترموالکتریک برای اندازه گیری شدت تابش خیلی ضعیف نشان می‌دهد. در ابتدا انرژی لازم برای آزاد شدن الکترون از حرکت گرمایی یعنی انرژی داخلی نیم رساناها ، تأمین می‌شد. ولی این انرژی را جسم می‌تواند در ضمن جذب انرژی نور به الکترون انتقال دهد. مقاومت چنین نیم رساناهایی بر اثر نور به مقدار زیادی کاهش می‌یابد. این پدیده را نور رسانش فوتو رسانش یا اثر فوتو الکتریکی ذاتی گویند. اصطلاح ذاتی در اینجا تأکید بر این واقعیت دارد که الکترونهای آزاد شده با نور ، مانند انتشار الکترون از فلز درخشانی که به “اثر فوتوالکتریک غیر ذاتی“ معروف است، مرزهای جسم را ترک نمی‌کنند. این الکترونها در جسم باقی می‌مانند و دقیقا رسانندگی آن را تغییر می‌دهند. دستگاههایی که بر پایه این پدیده ساخته می‌شوند را در مقیاس صنعتی برای دستگاههای اعلان و خودکار بکار می‌برند (مانند دزدگیر و ...). فقط بخش کوچکی از الکترونهای آزاد نیم رسانا در حالت آزادند و در جریان شرکت می‌کنند. اما درست این است که بگوییم همین الکترونها بطور دائم در حالت آزادند و دیگران در حالت مقید. بر عکس ، در نیم رساناها همزمان دو فرآیند رخ می‌دهد: از یک طرف با صرف انرژی داخلی یا انرژی نورانی فرآیند آزادسازی الکترونها اتفاق می‌افتد. از طرف دیگر ، فرآیند ربایش الکترونهای آزاد ، یعنی ترکیب مجدد آنها با بعضی از یونهای باقیمانده (یعنی ، اتمهایی که الکترونهایشان را از دست داده‌اند) مشاهده می‌شود. بطور متوسط ، هر الکترون آزاد شده فقط مدت کوتاهی (از ۳-۱۰ تا ۸-۱۰ ثانیه) آزاد می‌ماند. همواره الکترونهایی وجود دارد که پیوسته جایشان را با الکترونهای مقید عوض می‌کنند. تعادل بین الکترونهای آزاد و مقید از نوع تعادل دینامیکی است.

ساختمان مقاومتهای حساس به حرارت

لغت نیمه هادی را ممکن است برخی اشتباها به اجسامی مانند دیودها که عمل یکسوسازی انجام می دهند اختصاص دهند، در حالی که یک دیود یکسو کننده تشکیل شده است از دو جسم نیمه هادی با نوع ناخالصی متفاوت که با یکدیگر در تماس هستند. اما نیمه هادی ها در واقع اجسامی هستند که مقاومت الکتریکی آنها نه به اندازه هادی ها کم و نه به اندازه عایق ها زیاد باشد. مقاومت الکتریکی در عایق ها بیشتر از 8^10 اهم بر سانتی متر و در هادیهای جامد بین پ3-^10 و 6-^10 اهم بر سانتی متر است، در صورتی که در نیمه هادی ها شامل محدوده وسیعی از6-^10 تا پ5^10 اهم بر سانتی متر است. (اهم بر سانتی متر مقدار مقاومتی است که یک مکعب مستطیل به طول یک متر و سطح مقطع یک سانتی متر دارا می باشد.) با این وصف اکسید فلزات زیادی را می توان برای ساختن ترمیستور مورد استفاده قرار داد مانند:Fe2O3-Mn3O4و  ZnO - MgO - CuOو همچنین سولفیدهایی مانند Ag2S  نیز برای این کار استفاده می شوند. ترمیستورها را به اشکال متفاوتی مانند میله ای، عدسی، دانه ای و غیره با روشهای سرامیک سازی می سازند. هدایت الکتریکی در ترمیستوها نه تنها به شکل و ابعاد هندسی آنها بلکه به روش تولید و اندازه بلورهای سازنده آن نیز بستگی دارد. یعنی فشار پرس و دمای کوره در تعیین مقاومت الکتریکی آن موثرند. مقاومت و ضریب حرارتی را در ترمیستورها می توان تا حدود بسیار زیادی با استفاده از مخلوط اکسیدهای مختلف تغییر داد. ضریب این تغییرات ممکن است تا یک میلیون نیز برسد. ضریب حرارتی زیاد یک ترمیستور آنرا برای استفاده در اندازه گیری دما مناسب می کند. در اینجا دو نوع ترمیستور تجارتی  MMT-1 و MMT-4را مورد مقایسه قرار می دهیم پ MMT-1 برای استفاده در محیط های بسته و خشک مناسب است در حالی که MMT-4 می تواند در محیط های مرطوب و حتی درون مایعات مورد استفاده قرار گیرد. مقاومت اسمی آنها بین 1000 تا 200000 اهم در دمای 20 درجه سانتی گراد و ضریب حرارتی مقاومت آنها در همین دما معادل 0.03 بر درجه سانتی گراد است. همچنین دمای مناسب جهت استفاده از آنها بین 100-  تا 120+ درجه سانتی گراد می باشد. این ترمیستورها دارای ثبات هنگام بهره برداری و همچنین پایداری در برابر تکان و لرزش هستند و از استحکام خوبی نیز برخوردارند. زمان عکس العمل آنها در مقایسه با یک دماسنج جیوه ای در جدول زیر نشان داده شده است.  این زمان عبارتست از مدتی که طول می کشد تا مقاومت ترمیستور 63% کم شود اگر آنرا از دمای اولیه صفر درجه به محیطی با دمای 100 درجه سانتی گراد وارد کنیم. در ستون اول جدول محیط مذکور هوا و در ستون دوم آب می باشد. جرم ناچیز این ترمیستور ها باعث کوتاهی زمان عکس العمل در آنها می باشد. علاوه بر موارد استفاده ترمیستورها در اندازه گیری و کنترل دما می توان آنها را در موارد بسیاری به عنوان ثابت نگهدارنده ولتاژ محدود کننده جریان اندازه گیری سرعت انتقال حرارت در مایعات رئوستای بدون تماس (بی حرکت) و نظایر آها مورد استفاده قرار دارد.