برای مشاهده مدار داخلی و مشخصات IC 741 (درس مدار مجتمع خطی )  اینجا   کلیک کنید

(برای مشاهده می بایست برنامه  Adobe Reader در سیستم شما نصب باشد) 

اجزای سازنده ارتباطات رادیویی

" اعلام خبر به دنیا ! به همه قلمروها ، تماس مستقیم " این عبارت اولین پیام تلگرافی ضبط شده است که توسط " اف . بی . مورس " در سال 1838 از یک خط 16 کیلومتری ارسال شد و اینگونه بود که مرحله جدید از تاریخ عصر ارتباطات بنیانگذاری شد . در طول سال های اخیر مخابرات و ارسال اطلاعات از جایی از دنیا به جای دیگر تاثیر بسیار زیادی در زندگی بشر داشته است و نقش عمده آن در زندگی انسان ها انکار ناپذیر است . اگر در زندگی روزمره خود دقت بیشتری داشته باشیم خواهیم دید که سرتاسر زندگی ما پر از ارتباط مخابراتی و ارسال و دریافت سیگنال است . تلویزیون ، رادیو ، تلفن ، اینترنت ، موبایل و ... جملگی از این فناوری و تکنولوژی استفاده می کنند و سیستم مخابراتی از زندگی انسان غیر قابل حذف شده است . دستگاههای مخابراتی ، دستگاههایی هستند که اطلاعات را ارسال یا دریافت می کنند . این اطلاعات که به صورت سیگنال های الکتریکی می باشند با روش های خاصی که در ادامه گفته خواهد شد ارسال و دریافت می شوند . سیگنال های الکتریکی را می توان به دو نوع تقسیم کرد :
1. سیگنال های آنالوگ
2. سیگنال های دیجیتال

1. سیگنال های آنالوگ :
کمیتی فیزیکی که به صورت روان و مداوم با زمان تغییر می کند و پیوسته است . مثل صدای صحبت کردن یک انسان از پشت تلفن
 
2. سیگنال های دیجیتال :
توالی منظمی از نمادهایی است که از دسته محدودی از عناصر گسسته انتخاب شده است . مثل متن یک SMS

فیلترها :
یکی از مهمترین مدارات مخابراتی اند که می توانند فرکانس های خاصی را از خود عبور دهند و یا مانع عبور فرکانس های دیگر شوند . این فیلترها که به چند دسته اصلی تقسیم می شوند تشکیل یافته از عناصر مقاومت و سلف و خازن هستند و شکل عمومی زیر را دارند .

اصطلاحات مربوط به فیلترها به چهار بخش اصلی تقسیم می شود :

1. فرکانس قطع ( Cut Off ) :
این بخش از فیلترها وظیفه انتقال ولتاژ از حالت ماکزیمم در ورودی به مقدار ولتاژ موثر ( Vrms ) در خروجی می باشد .

ولتاژ موثر

2. باند عبوری ( Pass band ) :
این بخش از فیلترها ، بسته به نوع فیلتر وظیفه عبور دادن فرکانس های مشخص را دارد و این فرکانس ها را از فرکانس های دیگر جدا می کند .

3. باند توقف ( Stop band ) :
این بخش از فیلترها وظیفه جداسازی آن دسته از مقادیر فرکانس را که نباید از فیلتر عبور کند ، بر عهده دارد .

4. پهنای باند ( Band Width ) B . W :
فرکانسی که بالاترین مقادیر ولتاژ و جریان را از فیلتر عبور می دهد فرکانس تشدید یا رزونانس نامیده می شود که با fr نشان داده شده که محدوده بالای آن fH و محدوده پایین آن fL می باشد . به محدوده فرکانسی بین fL و fH که ولتاژ خروجی بزرگتر از ولتاژ موثر است ( V ≥ Vrms ) پهنای باند گفته می شود .

انواع فیلترها :
فیلترها به چهار دسته زیر تقسیم می شوند :

1) فیلتر پایین گذر(Low Pass Filter) :
وظیفه این فیلتر ها جذب فرکانس های fr و fH بوده و فقط فرکانس های fL و ماقبل آن راعبور می دهد .

2) فیلتر بالا گذر (High Pass Filter):
وظیفه این فیلتر فرکانس های بالا یعنی fH و بالاتر را از خود عبور داده و فرکانس های میانی یعنی fr و پایین یعنی fL را از خود عبور نمی دهد .

3) فیلتر میان گذر(Band Pass Filter) :
فیلتری است که وظیفه عبور دادن فرکانس های میانی fr و حذف دیگر فرکانس ها یعنی fH و fL را دارد و کاربرد بسیار زیادی در گوشی های تلفن همراه دارد که چه در بخش RX و چه TX تلفن ها از این فیلترها بسیار استفاده شده است .

4) فیلترهای میان نگذر (Band Stop Filter):
این فیلترها بر خلاف فیلترهای میان گذر همه فرکانس ها را انتقال می دهند بجز فرکانس میانی fr

اسیلاتور ( نوسان ساز ) :
در سیستم های رادیویی ، نوسان سازها که معمولا سینوسی هستند موج حامل فرستنده را به وجود می آورند . طبقه های مخلوط کننده را تحریک می کنند و سیگنال را از یک گستره فرکانس به گستره دیگر می برند . در واقع نوسان ساز یا اسیلاتور مداری است که در صورت کوچکترین تحریکی در حد یک نویز یا چند میلی ولت شروع به نوسان و تولید موج سینوسی می کند . اسیلاتورها در مدارات موبایل استفاده بسیار زیادی دارند مثلا اسیلاتور VCO که نقش تولید موج حامل برای مدولاسیون سیگنال ارسالی را بر عهده دارد یا کریستال اصلی که یک موج سینوسی با فرکانس مشخص برای کلاک پالس بخش های دیجیتال تولید می کند که این موج سینوسی در خود CPU یا آی سی RFSP تبدیل به یک پالس مربعی می شود و از کریستال ساعت نیز به عنوان یک اسیلاتور می توان یاد کرد . در حالت کلی می توان یک اسیلاتور ساده را به شکل زیر نشان داد :

در شکل بالا که rn یک مقاومت غیر خطی منفی است دارای مشخص جریان – ولتاژ مشخص زیر می باشد :

که در صورت بروز نویز حرارتی در این مقاومت مدار شروع به تولید موج سینوسی می کند . لازم به ذکر است که اسیلاتورهای بکار گرفته شده در مدارات الکترونیکی ساختاری پیچیده تر دارند و نکته قابل توجه این است که اسیلاتورها غالبا احتیاج به ورودی ندارند و با نویز موجود در محیط نوسان می کنند .

حلقه قفل شده در فاز PLL ( Phase - Locked - Loop ) :
این مدار که یکی از مهمترین مدارات مخابراتی است و استفاده زیادی در دستگاه های مخابراتی دارد دارای بلاک دیاگرام زیر می باشد :

در مورد نحوه عملکرد مدار PLL می توان گفت که وقتی حلقه بر روی سیگنال ورودی قفل باشد فرکانس نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ ( VCO ) دقیقا با فرکانس سیگنال ورودی برابر است .
آشکار ساز فاز یک سیگنال dc یا فرکانس پایین، متناسب با اختلاف فاز بین سیگنال ورودی و سیگنال خروجی VCO به وجود می آورد . ( اختلاف فاز فاصله بین نقطه شروع در سیگنال سینوسی است ) این سیگنال حساس به فاز، از یک فیلتر گذشته و پس از تقویت به ورودی VCO اعمال می شود و این روند تا آنجا ادامه می یابد که فرکانس سیگنال ورودی با فرکانس VCO برابر شود که سیگنال خروجی روی سیگنال ورودی قفل شود . مدار PLL یکی از مدارات پر کاربرد در گوشی های تلفن همراه است که به صورت یک آی سی جداگانه یا قسمتی از RFSP به کار می رود و برای این است که گوشی روی فرکانس کانال خالی BTS قفل شود .

مخلوط کننده ها ( Mixer ) :
مخلوط کننده یک عنصر غیر خطی است که سیگنال مدوله شده دریافتی از آنتن را به سیگنال میانی برده و برای دمدولاسیون آماده می کند که این سیگنال دریافتی در واقع سیگنال اصلی سوار بر موج حامل ( کریرCarrier ) می باشد . در واقع یک میکسر عنصری است که موج دریافتی را می توانیم به هر فرکانس دلخواه که خودمان میکسر را روی آن فرکانس تنظیم می کنیم ببریم یک نمونه بسیار ساده از میکسر را در شکل زیر می بینیم :

مدار بالا سیگنال RF و LO را روی فرکانس میانی IF می برد . قابل به ذکر است که میکسرهای استفاده شده در گوشی های موبایل که در قسمت گیرنده آی سی RFSP قرار دارند و در امر دمدولاسیون کار می کنند ساختاری پیچیده تر دارند .

منبع :آزمایشگاه الکترونیک

• تقویت کننده معکوس (Inverting Amplifier)
• تقویت کننده مستقیم
• دنبال کننده و لتاژ
• تقویت کننده ولتاژ به جریان
• تقویت کننده جریان به ولتاژ
• مدار نمونه با استفاده از دیود
• مدار انتگرال گیر
• مدار مشتق گیر
• مدار جمع کننده
• مدار تفریق کننده
  

در این حالت جریان ایجاد شده در بار مقاومتی متناسب با ولتاژ ورودی است.به دلیل مقاومت ورودی بسیار بالا در آپ امپ ها می توان از جریان ورودی آپ امپ ها صرفنظر کرد.بنابراین جریان خروجی از رابطه زیر محاسبه می شود.

از این مدار جهت تقویت جریانهای خیلی کوچک در حد میکرو آمپر و تبدیل آن ها به ولتاژ های مناسب و خیل بیشتر از میکرو استفاده می شود.

با استفاده از فرمول زیر می توانید.مقدار ولتاژ خروجی را محاسبه کنید.

همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید.مسیر فیدبک توسط دیود ایجاد می شود.اگر شکل موج ورودی سینوسی باشد.این شکل موج را با عبارت Vin در کنار شکل می توانید در شکل بالا مشاهده کنید.خروجی این آپ امپ در حالتی که ولتاژ ورودی در سیکل منفی باشد.،نزدیک به صفر است.که با صرفنظر کردن از این مقدار نزدیک به صفر آنرا صفر در نظر می گیرند.
در این حالت ولتاژ های کمتر از ولتاژ هدایت دیود را از سیگنال ورودی در حالت عملی در خروجی نخواهیم داشت.

همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید.زمانیکه لبه بالارونده پالس را در ورودی منفی این آیسی داشته باشیم.، ولتاژ‌ در پایه منفی بیشتر از ولتاژ در پایه مثبتی است.که زمین شده است.در این حالت آپ امپ به صورت معکوس کننده عمل می کند.
همانطور که می دانید.انتگرال شکل موج مربعی به صورت مثلثی است.شیب این شکل موج در لبه بالا رونده منفی و در لبه پایین رونده مثبت می شود.
می توانید شکل موج مربعی را توسط آیسی 555 ایجاد کنید.و شکل موج مثلثی را در اسیلسکوپ ببینید.

در حالت ایده آل همانطور که می دانید.
با توجه به قوانین مربوط به گره،جریان های وارد شونده به یک گره با جریان های خارج شونده از گره برابر هستند.این قانون تحت عنوان kcl نامیده می شود.بنابراین رابطه زیر را خواهیم داشت.

همانطور که گفته شد به دلیل مقاومت ورودی بالا در آپ امپ می توانید از جریات صرفنظر کنید.
بنابراین رابطه بالا به صورت زیر ساده می شود.


با توجه به قانون اهم جریان گذرنده از مقاومت IR1 به این صورت به دست می آید. با توجه ب اینکه در حالت ایده آل و برابر صفر است. می شود.

و رابطه مربوط به جریان در بالا به این صورت ساده می شود.

رابطه مربوطه به جریان خازن به صورت زیر می باشد.در این رابطه جریان خازن با حاصلضرب ظرفیت خازن بر حسب فاراد در مشتق زمانی ولتاژ‌ خازن بدست می آید.



بر اساس این رابطه و جهت جریان عبارت مربوط به جریان خازن به صورت زیر به دست می آید.



با توجه به صفر بودن رابطه بالا به صورت روبرو ساده می شود.

بنابر روابط مربوط به kcl که گفته شد.رابطه زیر را خواهیم داشت.

با ساده کردن این رابطه خواهیم داشت.

همانطور که می دانید.انتگرال از مشتق برابر خود عبارت می شود.پس برای بدست آوردن خروجی از دو طرف تساوی انتگرال می گیریم.
در این حالت خروجی برابر انتگرال حاصل تقسیم ورودی بر حاصلضرب مقاومت در ظرفیت خازن خواهد شد.
در این حالت اگر شکل موج ورودی به صورت مربعی باشد شکل موج خروجی به صورت مثلثی خواهد بود.

اگر در محل اتصال خازن با پایه 2 آپ امپ مطابق شکل از قوانین مربوط به kcl استفاده کنید.همانطور که می دانید بر اساس قوانین kcl جریان های وارد شونده به یک گره با جریان های خارج شونده از گره برابرند.در این گره ای که مطرح شد.،3 جریان وجود دارد.،یک جریان را جریان خازن در نظر بگیرید.،که به گره وارد می شود.دو جریان دیگر از گره خارج می شوند.یک جریانی که وارد پایه منفی آپ امپ می شود.و جریانی که وارد مقاومت R2 در خروجی می شود.بنابراین فرمول زیر را خواهیم داشت.



به دلیل مقاومت ورودی بالا در آپ امپ و در حالت ایده آل می توانیم از جریان در پایه منفی آپ امپ صرفنظر کنیم بنابراین داریم
در واقع بنابر فرمول زیر همان جریانی که از خازن در ورودی می گذرد وارد خروجی نیز می شود.



فرمولی که می توان در مورد جریان خازن وجود دارد.به صورت زیر است.
در این فرمول c ظرفیت خازن بر حسب فاراد است.t نیز در این عبارات بیانگر این است.که این فرمول بر حسب زمان می باشد.
d/dt نیز همانطور که می دانید علامت مشتق گیری است.بنابراین جریان گذرنده از خازن از حاصلضرب ظرفیت خازن در مشتق زمانی ولتاژ بدست می آید.



جریان گذرنده از مقاومت فیدبکی R2 نیز از رابطه زیر محاسبه می شود.



در حالت ایده آل می باشد.بنابراین

بنابر روابط فوق راطه زیر را خواهیم داشت.



با ساده کردن عبارت فوق خواهیم داشت.همانطور که می بینیدخروجی از مشتق ورودی حاصل می شود.



در شکل مثلثی ورودی مربوط به مشتق گیر.،هر جا که شیب خط مثلثی شکل زاویه ای حاده باشد لبه بالا رونده پالس را خواهیم داشت.،و هر جا که این زاویه منفرجه یا باز باشد.لبه پایین رونده پالس را خواهیم داشت.
اگر شکل موج ورودی سینوسی باشد.مشتق آنرا در نظر بگیرید.وسپس به خاطر علامت منفی که در فرمول بدست آوردید.آنرا معکوس کنید.


علامت منفی این عبارت با منفی فرمول بالا مثبت می شود.بنابراین در این حالت شکل موج خروجی همسان با شکل موج ورودی و جلوتر از آن ایجاد می شود.علت جلوتر بودن آن ضریب a است.که در مشتق مشاهده می کنید.این شکل موج ها را براحتی می توانید در اسیلسکوپ مشاهده کنید.

اگر شکل موج ورودی مربعی باشد.،همانطور که می دانید مشتق تابع پله ای تابع ضربه ای می شود .بنابراین در خروجی هنگامیکه لبه بالارونده پالس وجود داشته باشد.، یک پالس نوک تیز به سمت بالا خواهیم داشت.و هنگامیکه لبه پایین رونده پالس را داشته باشیم.این پالس نوک تیز به سمت پایین خواهد بود.