يعلم كل من علماء الهندسة الكهربائية والالكترونية الفرق الجوهري بين الترانزستورات والمرحلات. من الناحية الاسمية، يقوم كلا الجهازين بنفس المهمة — يقومان بتشغيل وإيقاف تدفق التيار — لكنهما يستخدمان طرقاً مختلفة للغاية عند أداء تلك الوظيفة. واعتمادا على خبرتك ومجال عملك، قد تعتمد افتراضياً أحدهما على الآخر في الاستخدام، لكن لكل جهاز مزاياه وعيوبه.
لذلك، ولتقييم أفضل ما يناسب تطبيقك، من المهم فهم تفاصيل خصائص كل من
الترانزستور والمرحل (ريلي).
المرحلات الكهربائية موثوقة
المرحلات الكهربائية هي تقنية تم
اختبارها بمرور الوقت، وتقوم فعلياً بتبديل جهات الاتصال (فصل ووصل التيار) كما لو
كنت تضغط على المفتاح بنفسك. عادةً ما يستخدم المرحل مفتاح كهرومغناطيسي للسماح
لإشارة كهربائية صغيرة بتبديل الفولتية الأعلى منها.
مميزات وخصائص المرحلات على الترانزستورات
تتميز المرحلات عن الترانزستورات بعدة
سمات رئيسية. فيما يلي خمسة من أكبر اختلافاتهم:
- -تتعامل المرحلات مع أحمال تيار وجهد أعلى بكثير من الترانزستورات.
- يمكن أن تقوم المرحلات بتبديل الأحمال بغض النظر عن الدوائر الداخلية للجهاز.
- يمكن أن تتعامل المرحلات مع أحمال التيار المتردد (AC) أو أحمال التيار المباشر (DC).
- المرحلات لا تسرب التيار. إما أن يفصل التيار كلياً (قطع تام) أو يوصل التيار بالكامل (اتصال كامل).
- مقاومة المرحلات للتيار الكهربائية منخفضة للغاية. من وجهة نظر كهربائية، يكون المرحل الذي في وضع التشغيل (المغلق) مطابقاً تقريباً لمقاومة سلك غير منقطع.
السمات التشغيلية والعامة للمرحل
تتميز معظم المرحلات بجهة اتصال NO (مفتوحة عادةً) أي Normally Closed و
NC (مغلقة عادةً) Normally Opened، مما يسمح لك إما بإغلاق
الدائرة عند استخدام الطاقة (NO) أو فتح الدائرة (NC)
بحسب وضع التطبيق أو المشروع الذي سيعمل ضمنه ذلك المرحل. يمكنك استخدام كل من NO و
NC في وقت واحد، إذا لزم الأمر.
تصدر المرحلات ضوضاء نقر مسموعة عند
تشغيلها أو إيقاف تشغيلها. هذا له مزايا، ولكنه قد يمثل عيباً عندما تكون الضوضاء
مشكلة. تسمح لك بعض المرحلات بمراقبة حالتها بصرياً. يتميز البعض الآخر بزر (تجاوز
/ اختبار) يطلق عليه الاسم bypass/test
button أو مفتاح لتشغيل الترحيل
(المرحل) يدوياً.
يكون التبديل أبطأ بكثير مما هو عليه
مع الترانزستورات، وقد "ترتد" جهات الاتصال بفعل تلامس نقاط التوصيل
النحاسية داخل المرحل، مما يؤدي إلى ظهور إشارة ترفرف flutter وتتوقف مؤقتاً عند تشغيل
المفتاح.
تستهلك المرحلات أيضاً كمية كبيرة
نسبياً من التيار في حالة التشغيل (أي عند التشغيل اللحظي). لذلك، قد تتوفر مرحلات
تسمى بمرحلات الإغلاق التي تتطلب طاقة عالية نسبياً فقط لتشغيلها وإيقاف تشغيلها.
أخيراً، عادةً ما تكون المرحلات أكبر
بكثير من الترانزستورات حجماً، وهي أجهزة كهرومغناطيسية، لذلك يمكن أن تسبب بعض
التشويش Noise
وتداخلاً في التدفق الكهرومغناطيسي والتيار الحثي العكسي EMF.
الترانزستورات: السرعة والبساطة
تسمح الترانزستورات بالتدفق بين
المجمع والباعث، على عكس مفتاح التشغيل / الإيقاف. لا تستخدم الترانزستورات أي
أجزاء متحركة. بدلاً من ذلك، عند وجود جهد موجب، يغير الترانزستور موصلية مادة
الترانزستور. فيما يلي ثماني خصائص محددة للترانزستورات، على عكس المرحلات:
مميزات وخصائص الترانزستورات على المرحلات
- الترانزستورات أسرع بكثير من المرحلات. عادةً ما تكون نطاقات التبديل في نطاق النانوثانية (أي 1/1000000000 جزء من الثانية).
- يمكن أن تتصرف الترانزستورات كأجهزة
تناظرية، مما يسمح لها بتضخيم الإشارة.
- الترانزستورات أصغر بكثير من المرحلات في الحجم.
- الترانزستورات صامتة، أي لا تصدر صوتاً عند عملها. وعليه، لا تشير إلى ما إذا كانت نشطة أم لا.
- يمكنك استخدام الترانزستور للسماح
لإشارة واحدة بتبديل حمولة أكبر، ولكنها ليست مستقلة تماماً. يحتاج المصممون إلى
معرفة المزيد عن الترانزستور المطلوب استخدامه بشكل أكبر بكثير من معرفة استخدام
المرحل.
- ستحتاج إلى تحديد الترانزستور الخاص بك بشكل صحيح، وذلك بحسب نوع التطبيق أو المشروع المطلوب استخدامه، في حين أن المرحلات يمكن أن تتسامح مع مجموعة واسعة من أنواع الطاقة.
- الترانزستورات غير مكلفة نسبياً عند مقارنتها بنظيرته المرحلات.
- لا يمكنك استخدام الترانزستور مع
التيار المتردد.
مكونات إلكترونية مماثلة للترانزستور والمرحل
تحتوي الترانزستورات والمرحلات النموذجية
على تطبيقات لا حدود لها تقريباً، لكن هذه الحلول المتخصصة تؤدي مهاماً مماثلة.
أنظر الشكل الذي في الأسفل والذي يوضح صور وأشكال كل من المرحل ذات الحالة الصلبة،
الموصل (كونتاكتر)، الترياك ورقائق الحاسوب الدقيقة
مرحل الحالة الصلبة Solid-State Relay
نوع من الهجين بين مرحل تقليدي
وترانزستور، تقوم هذه المرحلات بتبديل الحمل باستخدام مصباح LED يتم
تنشيطه بواسطة دائرة التحكم. يقوم الـ LED بتنشيط
الموسفت MOSFET الذي يتم تنشيطه بالضوء والذي يتحكم في الحمل. هذه الأجهزة صامتة ولا
تصدر أي نوع من الضجيج، وتُجري عملية التبديل في جزء من الثانية أو أقل، وهي أكثر
موثوقية من المرحلات التقليدية.
الموصل (كنتاكتر) Contactor
تم تحسين مرحلات الموصل لتبديل
التيارات الكبيرة، مثل بدء تشغيل المحركات الكهربائية. تتميز هذه الأجهزة عموماً بوجود
جهة اتصال NO فقط.
الترياك TRIAC
ترمز كلمة ترياك TRTIAC الى الاختصار triode for alternating current
أي "الصمام الثلاثي للتيار المتردد". الـ TRIAC عبارة
عن جهاز ذو حالة صلبة، يسمح للتيار بالتدفق في أي اتجاه من خلال محطتين رئيسيتين. حيث
ينشط دبوس البوابة هذه الأجهزة.
رقاقة الحاسوب Computer Chip
قد لا ترغب في تطوير جهاز الكمبيوتر
الخاص بك من نقطة الصفر، ولكن من الجدير بالذكر أن هذه الشرائح تحزم مليارات
الترانزستورات في حزمة يمكن وضعها بسهولة في راحة يدك. ويمكنك إدارتها بواسطة
برنامج الحاسوب عبر الشبكات المحلية أو الانترنت.
متى تستخدم المرحلات والترانزستورات؟
النقاط التالي تلخص خيارات استخدام كل
من الترانزستور والمرحلات في التطبيقات الكهربائية والالكترونية:
- بالنسبة للأحمال العالية جداً أو غير المعروفة، فإن المرحل (الريلي) هو أفضل خيار عملي لك.
- اختر ترانزستوراً للأحمال الصغيرة، عندما يكون استهلاك الطاقة مهماً، أو إذا كنت بحاجة إلى تبديل شيء ما ملايين أو مليارات المرات. فمثلاً، للحصول على حل متخصص خاصة في الترددات (مثل تحول التيار من DC الى AC وضبط التردد والطول الموجي) استخدم الترانزستورات.
المراجع والمصادر References
|
Vladimir Gurevich, Electric Relays Principles and Applications, 1st Edition, 2005. |
1 |
|
I͡A. Z. T͡Sypkin, Relay Control Systems, Cambridge University
Bridge, 1984. |
2 |