مهندسی پزشکی

قبلا با یک نمونه از مدارات رله راه پله آشنا شدید. در اینجا قصد دارم مدار دیگری را برای شما بررسی کنم. این مدار نیز از یک آی سی 555 برای اندازه گیری زمان استفاده کرده و از این جهت با مدار قبلی شباهت زیادی دارد. اما فرق این مدار با مدار قبلی نحوه نتظیم زمان است. در مدار قبلی از یک ولوم جهت تنظیم زمان استفاده کرده بود. اما این مدار بجای این کار از یک مدار دیجیتالی استفاده کرده که بصورت تاچ یا همان لمسی عمل میکند. و با هر بار تاچ شدن زمان بر روی مقدار جدید تنظیم میشود، و البته برای اینکه کاربر هم از مقدار تنظیم شده مطلع شود تعدادی LED نشانگر نیز بر روی آن قرار داده شده. که با هر بار تاچ شدن یکی از LED ها روشن میشود که نشان دهنده زمان جدید است.(تصویر 1) تصویر 1 همانطور که مشاهده میکنید این مدار بسیار جذاب تر از مدار قبلی است. اما نحوه تاچ کردن در این مدار چگونه پیاده سازی شده است؟ اگر به مدار دقت کنید با توجه به ترمینال خروجی آن که در تصویر پیداست میتوان حدس زد که مدار ابعاد کوچکی دارد، و طراح با استفاده از هنر و تکنیک طراحی توانسته این مدار را با کمترین قطعات طراحی کند. و برای شما دوستان هم حتما روش و چگونگی انجام اینکار جالب است. بخصوص که با ایده گرفتن ازاین مدار میتوانید طرحهای مشابه را نیز طراحی و پیاده سازی کنید. پس با ما همراه باشید تا به بررسی این مدار بپردازیم. در این مدار از یک صفحه فلزی برای لمس توسط کاربر استفاده شده است. این صفحه از طریق مقاومت R6 به بیس ترانزیستور Q3 متصل است. این ترانزیستور با ترانزیستور Q2 بصورت دارلینگتون بسته شده است. در نتیجه هر وقت شما صفحه فلزی را لمس میکنید بدلیل وجود مقداری ولتاژ خفیف در بدن این ولتاژ باعث تحریک بیس ترانزیستورها میشود و جریانی از سمت کلکتور خود به امیتر منتقل میکنند. این جریان با عبور از خازن C6 در آن بصورت ولتاژ ذخیره میشود و با رسیدن به حد معینی باعث تحریک ورودی کلاک شمارنده ده دهی 4017 میشود. در صورتیکه دست از روی صفحه برداشته شود. دیگرترانزیستورها تحریک نشده و وخازن نیز از طریق مقاومت موازی با آن (R7) تخلیه  میشود و لتاژ آن دوباره به صفر برمیگردد .(تصویر 2) تصویر 2  شمارنده 4017 با هر بار تحریک شدن کلاک آن یکی از ده خروجی خود را یک میکند و سایر خروجی ها در سطح صفر باقی می مانند. زمانیکه خروجی اول فعال میشود ، دیود D8 روشن میشود و باعث روشن شدن LED اول (D18 ) میشود. البته مقاومت R8 مانع از عبور جریان زیاد دیود فوق میشود. از طرفی ولتاژ خروجی از 4017 از طریق مقاومت 180 کیلواهمی R3 باعث شارژ شدن خازن C4 میگردد. در صورتیکه ولتاژ به حد آستانه تحریک پایه 6 آی سی 555 برسد باعث صفر شدن خروجی آی سی پایه 3 میشود و پایه 7 آی سی نیز صفر میشود و خازن را دشارژ کرده و ولتاژ دوسر آن را صفر نگاه میدارد. به عبارت دیگر هنوز رله فعال نشده و فقط شما زمان را بر روی حالت اول که 1 دقیقه است انتخاب کردید. حال اگر کسی یکی از کلیدهای راه پله را بزند ولتاژ برق شهر از طریق پایه مشترک رله و تیغه بسته آن به ورودی بیس Q1 از طریق مقاومت R5 و دیود D5 میرسد.و با توجه تقسیم ولتاژی که بین مقاومت R5 و مقاومت R4 انجام میشود 55 هزارم آن به بیس ترانزیستور خواهد رسید. مثلا اگر ولتاژ برق را 220 ولت در نظر بگیریم ، ولتاژی در حدود 1.2 ولت به ترانزیستور خواهد رسید و این ولتاژ برای روشن کردن آن کفایت میکند. و درنتیجه ولتاژ کلکتور آن به حدود صفر رسید و چون کلکتور به پایه 2 آی سی متصل است، این پایه تحریک شده و خروجی آی سی فعال میشود و رله روشن میشود. با روشن شدن رله تیغه بسته آن باز میشود عملا دیگر ترانزیستور Q1 از حالت تحریک خارج میشود. از طرف دیگر تیغه باز رله نیز بسته میشود و فاز را به ترمینال مشترک COM منتقل میکند، در نتیجه لامپ ها از طریق رله روشن باقی می مانند. از طرف دیگر پایه 7 آی سی قطع شده و خازن آزاد میشود و شروع به شارژ شدن به ترتیبی که در بالا به آن اشاره شد میکند. و پس از طی زمان معین با رسیدن ولتاژ آن به آستانه تحریک آی سی 555 ، باعث قطع رله و بازگشت مدار به حالت اول میشود(لامپ های روشنایی نیز خاموش میشوند) و پایه 7 مجددا صفر شده و خازن را دشارژ کرده و آنرا در سطح صفر نگه میدارد. اما در صورتیکه خروجی دوم آی سی 4017 نیز فعال باشد به دلیل اینکه آند دیود D9 به آند D8 متصل است، دیود D9 روشن شده و D8 خاموش میشود و تاثیری در عملکرد مدار نخواهد داشت، دلیل اینکار از سوی طراح این بوده که در این مدار 7 حالت مختلف در نطر گرفته شده که 6 تای آن برای زمانهای مختلف و آخری برای حالت دائم روشن است. و از طرفی آی سی 4017 ده خروجی دارد که طراح سه خروجی اضافه را بعنوان حالت مشترک در نظر گرفته است. در صورتیکه خروجی سوم فعال شود LED دوم D19 روشن میشود که نشان دهنده زمان دو دقیقه است. در این حالت خازن C4 از طریق دو مقاومت 180 کیلو اهمی R9 و R3 شارژ میشود و در نتیجه زمان شارژ آن دو برابر حالت اول میشود. یعنی زمان از 1 دقیقه به 2 دقیقه میرسد. با فعال شدن یکی از خروجی های چهارم تا ششم،LED سوم به نشانه زمان 5 دقیقه روشن میشود و خازن C4 از طریق سه مقاومت R10 و R9 و R3 شارژ میشود که مجموع این مقاومتها 470+180+180برابر 830 کیلو اهم میشود که حدود 5 برابر حالت اول خواهد بود. با فعال شدن خروجی هفتم، LED چهارم به نشانه 10 دقیقه روشن میشود. که مجموع مقاومتهای R11 و R10 و R9 و R3 قرار گرفته در مسیر شارژ C4 زمانی در حدود 10 دقیقه تاخیر را ایجاد خواهد کرد. با فعال شدن خروجی های هشتم و نهم نیز این مسئله تکرار میشود. اما با فعال شدن خروجی دهم فقط LED هفتم روشن میشود و هیچ جریانی به سوی خازن C4 برای شارژ کردن آن ارسال نمیشود. در نتیجه خازن شارژ نشده و خروجی تایمر قطع نشده و لامپهای روشنایی بصورت دائم روشن خواهند بود. در ساخت مدار دقت کنید که بدلیل ترسیم این مدار در نرم افزار پروتیوس خطوط تغذیه این آی سی ترسیم نشده که شما باید پایه 16 را مثبت تغذیه و پایه 8 را به منفی مدار متصل کنید. جهت دانلود نقشه در ابعاد بزرگتر کلیک کنید. به نظر من این مدار بسیار طراحی زیبا و شیرینی داشته و نشان دهنده هوش و تجربه بالای طراح آن است. اما نکاتی که در بالا بررسی نشد:  توجه داشته باشید که شاید این شبهه برای شما بوجود آید که چرا وقتی یک LED مربوط به خروجی فعال 4017 روشن میشود LED های بالاتر و یا پایین تر روشن نمیشوند؟ دلیل آن این است که در این مدار هر LED که روشن شود، LED های پایین آن بدلیل اینکه آندشان به خروجی آی سی ها وصل است(دیودهای بین آی سی و LED روشن هستند) و این خروجی ها چون صفر هستند باعث خاموش شدن LED میگردند. اما LED های بالاتر با اینکه آندشان به دیود های سر راه خروجی آی سی وصل است، اما چون آند آن دیود به صفر بوده و از طرفی کاتدشان از طریق مقاومت طبقه پایین به ولتاژ متصل است عملا بدلیل در بایاس معکوس بودن خاموش هستند. حالا  دقت کنید تمام کاتد LED ها بهم وصل است و طبق قانون دیودها هر دیودی که که آندش به ولتاژ بالاتری وصل باشد، روشن میشود و ما بقی خاموش خواهند بود. در نتیجه فقط LED که مستقیما به خروجی فعال آی سی وصل است روشن خواهد بود. خازن C7 که بصورت موازی با تیغه باز رله قرار گرفته خازن جرقه گیر است و از ایجاد جرقه در هنگام قطع و صل این تیغه رله جلوگیری میکند. که باعث افزایش عمر مفید کنتاکت های رله خواهد شد. خازن C5 فقط در لحظه اولی که مدار به برق متصل میشود ویا در زمانهای که برق قطع و وصل میشود کاربرد دارد. به این صورت که هنگامیکه برق برای اولین بار وارد مدار میشود این خازن دشارژ بود و باعث میشود که بصورت اتصال کوتاه عمل کرده و لتاژ پایه 2 آی سی 555 را بالا نگاه میدارد و این آی سی تحریک نشده و خروجی را فعال نمیکند و لامپها بی جهت روشن نمیشوند. البته بعد از چند لحظه این خازن شارژ میشود و پایه شماره 2 به حالت عادی برگشته و مدار میتواند کار خود را انجام دهد. مقاومت R14  جریان مدار را بصورت دائم مصرف میکند و شاید در نگاه اول کاربردی برای آن به نظر نرسد. اما در واقع این مقاومت دو کار انجام میدهد. یکی در زمان وجود برق و دومی در زمان قطع برق! هنگامیکه برق در مدار وجود دارد این مقاومت با مصرف ان مانع از افزایش ولتاژ مدار و صدمه دیدن قطعات میشود. دقت کنید که در این مدار ما رگولاتور ولتاژ نداریم و فقط یک خازن در ورودی مدار باعث کاهش ولتاژ برق شهر میشود و در صورت عدم مصرف جریان در مدار قاعدتا ولتاژ تا حد برق شهر افزایش پیدا میکند. البته در سایر مدارات مثل مدار تایمر راه پله قبلی این مقاومت با یک LED نیز سری شده بود که نشان دهنده وجود تغذیه در مدار باشد. اما کار دوم این مقاومت در زمان قطع برق این است که ولتاژ ذخیره شده در خازن C5 را که در بالا به آن اشاره شد را تخلیه کند تا این خازن با وصل مجدد برق بتواند وظیفه خود را انجام دهد.