مقص: الأنواع، العمل، والتطبيقات

مقص (أو محدد) هو دائرة تحافظ على جهد الإشارة ضمن نطاق محدد. يسمح للموجة بالمرور بشكل طبيعي، ثم يقطع الجزء الذي يتجاوز الحد. هذا يتحكم في القمم، ويحسن استقرار الإشارة، ويقلل من ارتفاعات الجهد. تقدم هذه المقالة معلومات عن أنواع المقص، وإجراءات العمل، ونصائح الإعداد، والتطبيقات.

أساسيات كليبر 

مقص (ويسمى أيضا محدد) هو دائرة تحد من جهد الإشارة، بحيث تبقى ضمن نطاق محدد. يسمح للإشارة بالمرور بشكل طبيعي حتى تصل الموجة إلى حد معين. بعد هذه النقطة، يتم قطع الجزء الإضافي من شكل الموجة. هذا يحافظ على الموجة كما هي لكنه يتحكم في القمم.

تستخدم مقصات لمنع الإشارات من أن تصبح مرتفعة جدا أو منخفضة جدا. يساعد ذلك في تحسين التحكم في الإشارة ويمكن أن يحمي الدوائر من ارتفاعات الجهد غير المرغوب فيها.

كيف يقطع مقص الصمام الموجي بواسطة المقص؟

يعمل مقص الصمام الثنائي لأن الصمام يمكن أن يعمل كمفتاح حسب جهد الإشارة.

• الانحياز الأمامي (ON): ينقل الصمام الثنائي (حوالي 0.7 فولت للسيليكون). بمجرد تشغيله، يبدأ بالتحكم في الإخراج ويمنعه من تجاوز الحد المحدد.

• الانحياز العكسي (OFF): الصمام الصمام يحجب التيار ويتصرف كمقاومة عالية جدا. عند إيقاف التشغيل، يتبع الإخراج المدخل بشكل طبيعي.

هذا التبديل بين التشغيل/الإيقاف هو ما يجعل الدائرة تربط الجزء العلوي أو السفلي أو كليهما.

الأجزاء الأساسية لدائرة قص 

• - يحدد نقطة بدء القص عن طريق التشغيل عند مستوى جهد معين

• المقاومة - تحد من تدفق التيار وتساعد في حماية الصمام الثنائي أثناء القص

• مصدر إشارة الإدخال - يوفر الموجة التي سيتم قصها

• مقاومة الحمل (RL) - عادة ما يتم قياس الخرج عبر هذه المقاومة

أنواع ماكينة: سلسلة وتحويلة 

مقص الإيجابي

يستخدم مقص الصمام الثنائي الموجب لقطع الجزء الموجب من موجة الإدخال. يمنع الخرج من تجاوز مستوى معين، مما يزيل أو يسطح الجزء العلوي من الإشارة.

عندما يتحرك جهد الإدخال إلى التأرجح الموجب، يصبح الصمام الثنائي منحازا للأمام ويبدأ في التوصيل. بمجرد تشغيله، يتحكم في الإخراج ويمنع زيادته بنفس طريقة الإدخال. نتيجة لذلك، يحتفظ شكل الموجة الخارجة بالجزء السفلي، لكن الجزء العلوي يتم قصه وفقا لاتصال دائرة قص.

مقص الصمام السالب

يستخدم مقص الصمام السالب لقطع الجزء السالب من شكل الموجة. يمنع الخرج من الانخفاض إلى مستوى محدد، لذا يتم تقليل أو إزالة الجزء السفلي من الإشارة.

عندما يتحرك جهد الإدخال إلى التأرجح السالب، يصبح الثانوي منحيزا للأمام ويبدأ في التوصيل. بمجرد تشغيل، يغير مسار الإشارة، بحيث لا يتبع الإخراج الإدخال للأسفل. وبسبب ذلك، تبقى الموجة ضمن حد أدنى أكثر أمانا، ويتم قص القمم السالبة.

مقص الصمام الثنائي المتحيز

يستخدم مقص الصمام الثنائي المتحيز جهد تيار مستمر إضافي (انحياز) بحيث يمكن ضبط مستوى القص عند نقطة محددة بدلا من الاقتطاع بالقرب من 0 فولت. هذا يجعل مقص أكثر مرونة لأن شكل الموجة يمكن أن يكون محدودا عند مستوى جهد أعلى أو أقل، اعتمادا على كيفية توصيل مصدر الانحياز.

يبدأ القص عندما يصل جهد الإدخال إلى مستوى الانحياز ويشغل الصمام الثنائي (ZIP). عند تلك النقطة، يتوقف المخرج عن اتباع الإدخال بعد الحد المحدد، ويتم إزالة الجزء الإضافي من شكل الموجة.

• جهد التحيز يسمح بالقص فوق أو أقل من 0 فولت

• يبدأ القص عند تقاطع المدخل (مستوى الانحياز ± انخفاض الأمامي في الصمام الصنجي)

• بالنسبة لصمام ثنائي السيليكون، يكون انخفاض الجهد الأمامي حوالي 0.7 فولت

مقص ثنائي

يستخدم مقص ثنائي الصمام لتحديد كل من أعلى وأسفل الموجة. يتم ذلك باستخدام مسارين للقص، بحيث يتم التحكم في الإشارة في الاتجاه الموجب وكذلك في الاتجاه السلبي.

يحدد مسار مقص حد الجهد الأعلى، مما يمنع ارتفاع الخرج كثيرا. المسار الآخر يحدد الحد الأدنى للجهد، مما يمنع انخفاض الخرج كثيرا. مع عمل كلا الحدين معا، تبقى الموجة الخارجة بين مستويين مختارين، مما يساعد على الحفاظ على الإشارة ضمن نطاق آمن.

زينر دايود كليبر 

يستخدم مقص دايود زينر عندما يجب على مقص الصمام تحديد شكل الموجة عند مستوى جهد أعلى وأكثر تحكما مما يمكن للديود العادي التعامل معه. بدلا من الاقتراب من انخفاض الجهد الأمامي للصمام الصنوي، يمكن لديود زينر أن يثبت عند جهد الانهيار المصنف لديه، مثل 5.1 فولت أو 12 فولت، حسب نوع زينر المستخدم.

هذا النوع من قص مفيد عندما لا تتجاوز الإشارة حد جهد ثابت. بمجرد وصول الإشارة إلى هذا المستوى، يصبح فعل زينر نشطا، ويتم قص الموجة عند نقطة التحديد.

المقارنة: كليبر مقابل كلامبر

تطبيقات مقصات

قص إشارة الصوت والتحكم في التشويه

تتحكم مقصات في ذروة الصوت عن طريق تحديد أقصى مستوى للإشارة. عن طريق قطع قمم الموجة، يصبح الناتج أكثر تحكما ويعتمد على مستوى المشبك ونوع.

تحديد الجهد لحماية الدائرة الكهربائية

تحمي مقصات الدوائر عن طريق منع ارتفاع الجهد من تجاوز القيمة الآمنة. عندما يصل المدخل إلى مستوى القص، يوصل الصمام الثنائي التوصيل، مما يمنع ارتفاع الخرج أكثر.

تكييف الإشارة لأشكال الموجات المستقرة

تقوم المقصات بإزالة القمم الزائدة، مما يحافظ على الإشارة ضمن نطاق متحكم فيه. يساعد ذلك في توفير شكل موجة أكثر استقرارا للمرحلة التالية ويقلل من التغيرات المفاجئة في السعة.

حماية الإدخال لدوائر القياس

يمكن لقصات حماية المدخلات الحساسة عن طريق تحديد نطاق الجهد للإشارات الواردة. هذا يمنع حالات الجهد الزائد التي قد تؤثر على القراءات أو تلف مكونات الإدخال.

التحكم في الذروة في إشارات الاتصالات

في دوائر الاتصالات، تحد مقصات من قمم الإشارة المفاجئة التي قد تسبب التحميل الزائد في المراحل اللاحقة. يساعد ذلك في تقليل الانفجارات غير المرغوب فيها عالية السعة ويحافظ على مستويات الإشارة أكثر ثباتا.

الخاتمة

يقوم مقص بتحديد سعة الموجة عن طريق قطع أجزاء الإشارة فوق أو تحت مستوى محدد. يعمل ذلك لأن الصمام يعمل في الانحياز الأمامي وإيقاف التشغيل في الانحياز العكسي. يمكن للتصاميم المختلفة أن تصطدم بالقمم الإيجابية أو السلبية أو كلتا القممتين. مقصات Biased وZener تحدد مستويات مشابك ثابتة. المقاومات تحمي الصمام الثنائي وتساعد في التحكم في التيار.

الأسئلة الشائعة [الأسئلة الشائعة]

ما هو القص الناعم مقابل القص الصلب؟

القص الناعم يدور حول قمم الموجة. القص القوي يقطع القمم بشكل حاد ويجعلها أكثر تسطحا.

لماذا يمكن أن يتغير الإخراج حتى قبل حدوث القص؟

لأن مقاومة المصدر، ومقاومة الحمل، وسعة يمكن أن تقلل أو تشكل الإشارة قليلا حتى قبل أن يبدأ بالكامل.

كيف تجد مستوى القص في مقص الصمام الثنائي المتحيز؟

مستوى المشبك ≈ الجهد ± انخفاضه الأمامي للديود (حوالي 0.7 فولت لصمام السيليكون).

ماذا يحدث إذا كانت المقاومة التي تحد التيار صغيرة جدا أو كبيرة جدا؟

صغير جدا: يصبح تيار مرتفعا جدا وقد يسخن بشكل زائد.

كبير جدا: يصبح التقطيع ضعيفا وأقل تحكما.

هل يمكن لقص أن يحد من إشارات التيار المستمر أيضا؟

نعم. بمجرد تشغيل الصمام الثنائي (ED)، فإنه يحافظ على الخرج بالقرب من الحد المحدد، حتى لا يرتفع أو ينخفض الجهد بعد تلك النقطة.

لماذا تقطع مقصات بشكل مختلف عند التردد العالي؟

لأن حدود السعة والتبديل يمكن أن تجعل القطع أقل نظافة وأكثر استدارة عند التغيرات السريعة في الإشارة.