آموزش الکترونیکالکترونیک

مدار جارو بوت استرپ با استفاده از ترانزیستور

هر کسی که با الکترونیک سر و کار داشته باشد، با مدارهای مولد شکل موج مانند مولد شکل موج مستطیل، مولد موج مربع، مولد موج پالس و غیره روبرو شده است. به همین ترتیب، مدار جارو بوت استرپ یک مولد شکل موج دندان اره ای است. به طور کلی، مدار جارو بوت استرپ به نام ژنراتور زمان بوت استرپ یا ژنراتور جارو بوت استرپ نیز نامیده می شود.

در تعریف، اگر مدار ولتاژ یا جریان متغیر خطی ای با توجه به زمان در خروجی تولید کند، “ژنراتور مبتنی بر زمان” نامیده می شود. از آن جا که ولتاژ خروجی ارائه شده توسط مدار جارو بوت استرپ نیز با گذشت زمان به صورت خطی تغییر می کند، به این مدار ژنراتور مبتنی بر زمان بوت استرپ نیز گفته می شود.

به عبارت ساده تر، ” مدار جارو بوت استرپ ” اساساً یک ژنراتور تابع ساز است که یک شکل موج اره ای با فرکانس بالا ایجاد می کند. ما قبلاً مدار ژنراتور شکل موج اره ای را با استفاده از تایمر 555 IC و op  آمپر ساخته ایم. اکنون در اینجا ما در مورد نظریه مدار جارو بوت استرپ توضیح می دهیم.

کاربرد های ژنراتور جارو بوت استرپ

اساساً دو نوع ژنراتور مبتنی بر زمان وجود دارد، یعنی

  • ژنراتور مبتنی بر زمان جریان : مدار در صورت تولید سیگنال جریان در خروجی که با توجه به زمان به صورت خطی متفاوت باشد، ژنراتور مبتنی بر زمان جریان است. ما برنامه هایی برای این نوع مدار ها در زمینه ” انحراف الکترومغناطیسی ” پیدا می کنیم زیرا میدان های الکترومغناطیسی سیم پیچ ها و انداکتور ها ارتباط مستقیمی با جریان های در حال تغییر دارند.
  • ژنراتور مبتنی بر زمان ولتاژ : اگر مداری یک سیگنال ولتاژ در خروجی تولید کند که با توجه به زمان به صورت خطی متفاوت باشد، ژنراتور مبتنی بر زمان ولتاژ است. ما برنامه هایی برای این نوع مدارها در زمینه ” انحراف الکترواستاتیک ” پیدا می کنیم زیرا فعل و انفعالات الکترواستاتیک مستقیماً با تغییر ولتاژ ارتباط دارد.

از آن جایی که مدار جارو بوت استرپ نیز یک ژنراتور مبتنی بر زمان ولتاژ است، کاربرد های خود را همچنان در انحراف الکترواستاتیک مانند CRO (اسیلوسکوپ کاتدی ری)، مانیتور ها، صفحه ها، سیستم های راداری، مبدل های ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال) و غیره خواهد داشت.

برای یادگیری کامل آردوینو ، روی دوره آموزش آردوینو و برای یادگیری کامل الکترونیک، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

پیشنهاد میکنم برای درک بیشتر، نگاهی به مقاله جریان و ولتاژ بیاندازید.

نحوه کار مدار جارو بوت استرپ

شکل زیر نمودار مدارِ مدار جارو بوت استرپ را نشان می دهد.

نحوه کار مدار جارو بوت استرپ

این مدار دارای دو جزء اصلی است که ترانزیستورهای NPN هستند، یعنی Q1 و Q2. ترانزیستور Q1 به عنوان یک کلید در این مدار عمل می کند و ترانزیستور Q2 نیز به عنوان یک امیتر پیرو عمل می کند. دیود D1 برای جلوگیری از تخلیه خازن C1 به روش اشتباهی در اینجا وجود دارد. مقاومت های R1 و R2 در اینجا هستند تا ترانزیستور Q1 را بایاس کرده و به طور پیش فرض روشن نگه دارند.

مطلب پیشنهادی:  آموزش جامع مدار RC ، RL و RLC (فرمول نحوه بستن و...)

همانطور که در بالا ذکر شد، ترانزیستور Q2 در ساختار امیتر پیرو عمل می کند، بنابراین هر ولتاژی که در پایه ترانزیستور ظاهر شود، همان مقدار در فرستنده آن نیز ظاهر می شود. بنابراین ولتاژ در خروجی “Vo” برابر با ولتاژ موجود در پایه ترانزیستور است، که آن ولتاژ سراسر خازن C2 است. مقاومت R4 و R3 در اینجا هستند تا از ترانزیستورهای Q1 و Q2 در برابر جریان زیاد محافظت کند.

از همان ابتدا، ترانزیستور Q1 به دلیل بایاس روشن می شود و به همین خاطر خازن C2 از طریق Q1 کاملاً تخلیه می شود که در نتیجه آن ولتاژ خروجی صفر می شود. بنابراین وقتی Q1 فعال نمی شود، ولتاژ خروجی Vo برابر با صفر است.

در همان زمان، هنگامی که Q1 فعال نشود، خازن C1 به طور کامل به ولتاژ Vcc+ از طریق دیود D1 شارژ می شود. در عین حال، وقتی Q1 روشن است، پایه Q2 به زمین هدایت می شود تا ترانزیستور Q2 به حالت خاموش باشد.

شکل موج مدار جارو بوت استرپ

از آنجا که ترانزیستور Q1 به طور پیش فرض روشن است، برای خاموش کردن آن یک تریگر منفی با مدت زمان “Ts” به گیت ترانزیستور Q1 داده می شود، همانطور که در نمودار نشان داده شده است. هنگامی که ترانزیستور Q1 وارد حالت امپدانس بالا شد، خازن C1 که به ولتاژ Vcc+ شارژ می شود سعی می کند خودش را تخلیه کند.

طرز کار مدار بوت استرپ الکترونیک

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

بنابراین یک جریان “I” مطابق شکل از طریق مقاومت و خازن C2 جاری می شود. به دلیل این جریان، خازن C2 شروع به شارژ می کند و ولتاژ “Vc2” در سراسر آن ظاهر می شود.

در مدار بوت استرپ، ظرفیت C1 بسیار بیشتر از C2 است، بنابراین بار الکتریکی ذخیره شده توسط خازن C1 در هنگام شارژ کامل بسیار زیاد است. اکنون حتی اگر خازن C1 نیز در حال تخلیه شدن باشد، ولتاژ پایانه های آن تغییر زیادی نخواهد کرد. به دلیل این ولتاژ پایدار در خازن C1، مقدار جریان “I” از طریق تخلیه خازن C1 ثابت خواهد بود.

با ثابت بودن جریان “I” در طول فرایند، میزان شارژ دریافتی توسط خازن C2 نیز در کل ثابت خواهد بود. با این انباشتگی پایدار شارژ، ولتاژ پایانه خازن C2 نیز به آرامی و به صورت خطی افزایش می یابد.

اکنون با خازن C2 ، ولتاژ با گذشت زمان به صورت خطی افزایش می یابد، ولتاژ خروجی نیز همچنین با گذشت زمان به صورت خطی افزایش می یابد. شما می توانید در نمودار زمان تریگر “Ts” مشاهده کنید که ولتاژ پایانه خازن C2 با توجه به زمان به صورت خطی افزایش می یابد.

پس از پایان زمان تریگر اگر تریگر منفی داده شده به ترانزیستور Q1 حذف شود، سپس ترانزیستور Q1 به طور پیش فرض در وضعیت عدم وابستگی کم قرار می گیرد و به عنوان یک اتصال کوتاه عمل می کند. پس از این اتفاق، خازن C2 که به موازات ترانزیستور Q1 قرار دارد، کاملاً تخلیه می شود تا ولتاژ پایانه آن به شدت افت کند. بنابراین در طول زمان بازسازی “Tr” ولتاژ پایانه خازن C2 به شدت کاهش می یابد و به صفر می رسد و این را می توان در نمودار مشاهده کرد.

مطلب پیشنهادی:  طراحی سیستم امنیتی با سنسور مادون قرمز (دزد گیر)

پس از اتمام این چرخه شارژ و تخلیه، چرخه دوم با تریگر گیت ترانزیستور Q1 شروع می شود. به دلیل این تریگر شدگی مداوم، یک شکل موج اره ای در خروجی تشکیل می شود، که نتیجه نهایی مدار جارو بوت استرپ است.

در اینجا خازن C2 که در تأمین جریان ثابت به عنوان بازخورد به خازن C1 کمک می کند، “خازن بوت استرپینگ” نامیده می شود.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *