sayh1363

فیدبك از تكنیكهائی است كه به كمك آن مدارات الكترونیكی و مخابراتی را كنترل كرده و قابلیتهای خاصی را به مدار می افزاید. در این مقاله سعی بر آن است كاربرد فیدبك در تقویت كننده ها بیان كنم.

بحث فیدبك را از انواع آنها شروع و سپس مزایا و معایب آنرا برمی شمریم. از آنجا وارد فیدبك الكترونیكی شده و در انواع آنها و نحوه حل مسائل آنها بحث می كنیم. انواع فیدبك فیدبك(پسخورد) از لحاظ علامت بر دونوع مثبت و منفی و از لحاظ حلقه به دو نوع تقسیم می شود:  فیدبك حلقه باز(Open-Loop): در این نوع فیدبك خروجی، ورودی را تعقیب می كند، ولی نه به صورت مقایسه بلكه خروجی با ورودی رابطه ای مستقیم و به اندازه بهره مسیر دارد. این فیدبك در صورت دارا بودن تجربه قبلی طراح -یعنی طراحی دقیق بهره حلقه به منظور انجام كار بدون ناپایداری- دارای اعتبار نسبی است.  فیدبك حلقه بسته(Closed-Loop): در این نوع فیدبك خروجی، ورودی را تا آنجائی تعقیب می كند كه برابر با آن شود. در صورت برابر نبودن سیگنال مقایسه غیر صفر بوده و به ورودی فیدبك اعمال شده و متناسب با آن خروجی افزایش یا كاهش می یابد تا در مقایسه بعدی حلقه مطمئن شود كه ورودی با خروجی برابر است و هنگامی كه سیگنال اختلاف Ve صفر شود خروجی همان ورودی است. تا اینجای بحث بهره حلقه فیدبك یعنی B=1 است و بهره A به اندازه كافی بزرگ است. حالا در صورتیكه بهره این حلقه مخالف 1 و برابر B باشد محاسبات را به ترتیب زیر انجام می دهیم تا خروجی را بر حسب ورودی بدست آوریم: علامت منفی در مخرج رابطه بهره فیدبك هنگامی ظاهر می شود كه محاسبات را بر اساس علامت +  در شكل صورت گیرد كه فیدبك مثبت نام دارد و  از نظر پایداری مطلوب نیست، ولی در نوسان سازها كاربرد دارد. ولی در صورت داشتن فیدبك منفی(-) علامت مثبت در مخرج است. مزایا و معایب كاهش بهره تثبیت بهره (كاهش تغییرات خروجی در اثر تغییرات بهره) افزایش میزان سیگنال به نویز افزایش پهنای باند به صورت    (BWnew=BWold.(1+A.B افزایش یا كاهش مقاومتهای ورودی و خروجی به صورت دلخواه كه در مبحث بعدی نحوه اعمال این تغییر را خواهید دید.

انواع فیدبك

فیدبك(پسخورد) از لحاظ نمونه برداری از خروجی و انتقال به ورودی به چهار نوع تقسیم می شود:

 فیدبك ولتاژ-ولتاژ(بهره ولتاژ): به این فیدبك موازی-سری نیز می گویند.

 فیدبك ولتاژ-جریان(مقاومت انتقالی): به این فیدبك موازی-موازی نیز می گویند.

 فیدبك جریان-جریان(بهره جریان): به این فیدبك سری-موازی نیز می گویند.

 فیدبك جریان-ولتاژ(هدایت انتقالی): به این فیدبك سری-سری نیز می گویند.

در زیر بلوك دیاگرام فیدبك های فوق را می بینید:

اصول فیدبك

1. منظور از كلمه موازی در خروجی به معنای نمونه ولتاژ، و در ورودی به معنای تركیب جریان است.

2. منظور از كلمه سری در خروجی به معنای نمونه جریان، و در ورودی به معنای تركیب ولتاژ است.

3. اگر اتصال شبكه فیدبك به خروجی یا ورودی به صورت مستقل و یا با استفاده از عناصر غیرفعال مشابه خازن، مقاومت و یا سلف باشد، اتصال را موازی و اگر با استفاده از عناصر فعال مشابه ترانزیستور به ورودی یا خروجی متصل شود، اتصال سری است.

4. در اتصال فیدبك از هر طرف، اگر مقاومت دیده شده از آن سمت برابر R باشد(در حالت مدار باز)، با فرض وجود اتصال سری مقدار این مقاومت در ضریب D=1+A.B ضرب، و اگر اتصال موازی بود، بر D تقسیم می شود. به این مقدار جدید R_F یعنی مقاومت فیدبك گویند. بهره مدار اصلی از بدست آوردن بهره مدار با اثر بارگذاری بند 5 همین اصول و تقسیم آن بر D حاصل می شود كه به آن A_F=A_{with loading effect}/D گویند.

5. برای یافتن مدار معادل بدون فیدبك با اثر بارگذاری(Loading)، در نگاه كردن از هر طرف برای یافتن بارهای R₁ و R₂، اگر اتصال طرف مقابل سری بود آنرا از مدار باز  و اگر موازی بود اتصال را به زمین متصل می كنیم.

6. مقادیر B از لحاظ دیمانسیونی معكوس مقادیر A هستند.

گامهای حل مسائل فیدبك

1. نوع نمونه برداری را از لحاظ سری و موازی بودن مشخص می كنیم.

2. با توجه به بند 1 ، نوع A و B را از لحاظ دیمانسیونی تعیین می كنیم.

3. با توجه به بند 5 اصول فیدبك مدار معادل بدون فیدبك با اثر بارگذاری را بدست می آوریم.

4. مقدار A و R_i و R_o را در مدار فوق(بند3) محاسبه می كنیم.

5. مقدار B را محاسبه می كنیم.

6. مقادیر A_F و R_iF و R_oF را با توجه به بند 4 اصول فیدبك بدست می آوریم.

   http://www.signals.ir/

سالها پیش که طراحی دیجیتال پا به عرصه ی وجود نهاد و IC های استانداردی چون گیتها ، فلیپ فلاپ ها ، لچ ها شمارنده هاو... و بعدها به تدریج پردازنده هایی با قدرت محدود که اولین کامپیوتر های شخصی بر اساس آنها طراحی شده بود دنیای دیجیتال را به وجود آوردند، تصور روزی که فاصلهی سخت افزار و نرم افزار به حد کنونی برسد به طوری که تمام مرزهای طراحی را در نوردیده و سخت افزار به نرمی و انعطاف پذیری درآید بسیار دشوار بود.

اما بعد ها با طراحی حافظه های قابل برنامه ریزی دوباره و فن آوری EPROM (حافظه های پایای با قابلیت برنامه ریزی و پاک سازی )و PAL(آرایه های منطقی قابل برنامه ریزی)، و سرانجام فن آوری آرایه های سوئیچ های فیوزهای قابل برنامه ریزیچند باره ، انقلابی نوین را درعرصه طراحی دیجیتال به وجود آورد کهمفهوم طراحی دیجیتال را دچار تحولی عظیم در عرصه های دیدگاه معماری ،حجم طراحی ،سرعت و نوع نگرش به طراحی دیجیتال نموده است.

طوری که امروزه FPGA ها (آرایه های گیتی قابل برنامه ریزی میدانی)یک بوم نقاشی سفید را در اختیار طراح قرار می دهندکه به او اجازه می دهد تا طراحی دیجیتال خود را آنچنان که می خواهد و با هر حجم و پیچیدگی لازم ،طراحی و سپس به جای اتخاب IC های استاندارد و جدا از هم و کنار هم قرار دادن آنها در روی یک مدار ووصل کردن آنها ازطریق یک بورد مدار چاپی (PCB)،با استفاده از یکی از زبانهای توصیف سختافزاری نظیر VHDL ، هر یک از قطعات دیجیتالی مورد نیاز را نوشته و با وصل کردن نرم افزاری آنها ،سرانجام فایل کامپایل شده نهایی را زا طریق یک رابط سخت افزاری بر روی یک بسته سخت افزاری خام با تعداد پایه های مورد نیاز برنامه ریزی کرده و از این IC جدید "خود ساخته" استفاده کند.

اما آنچه که قابلیت و توانایی FPGA ها را بالا برده است توانایی هایی است که پاره ای از آنها در زیر آمده است :

1- امکان تعریف هر یک از پایه های IC به صورت ورودی یاخروجی یا هر دو

2- امکان تعریف وضعیت عملکرد هر پایه در هنگام استفاده یا عدم استفاده.به عنوان مثال عملکردHIGH امپدانس(Z)در هنگام عدم استفاده و یا قرار گرفتن در یک وضعیت منطقی صفر یا یک در هنگام عدم استفاده.

3- امکان تشخیص تغیبیرات سطوح یا لبه های پایین رونده یا بالا رونده منطقی اعمال شده به هر پایه.

4- امکان برنامه ریزی چند باره از طریق پایه های برنامه ریزی jTAG(یکی از استاندارد های برنامه ریزی IEEE)و تغییر معماری آن).

5- امکان تغییر متناوب معمار ی داخلی با استفاده از سری های Bootable که نقشه معماری آنها در یک حافظه خارجی نگهداری شده و با تغییر آدرس برنامه ریزی می توان IC را بامعماری جدید Boot کرده و از آن استفاده کرد .

6- امکان برنامه ریزی در مدار (ISP)که این قابلیت را به وجود می آورد تا بدون اعمال تغییرات سخت افزاری و تنها از طریق پورت برنامه ریزی jTAG، معماری داخلی IC را تغییر داد .

7- محدوده گستره ای از پایه های قابل استفاده در این IC ها که از بسته های 44 پایه تا 514 پایه و حتی بالاتر با حجم گیتی داخلی متفوت که بسته به نیاز بر اساس میزان پیچیدگی داخلی و تعداد پایه های IC را تغییر داد.

8- کاهش حیرت انگیز حجم مدار و مجتمع سازی در ابعادی تنها به مساحت چند سانتی متر مربع.

9- یکسان سازی عناصر طراحی و از میان بردن تمامی مشکلات ناشی از عدم تطابق استاندارد های مختلف(LS,HC,s,AS,...).

10- از میان بردن تمامی نویز های ناشی از وجود قطعات مختلف و مجزا در مدار.

11- کاهش چشمگیر توان مصرفی و اتلاف توان.

12- افزایش سرعت پردازش و خطاهای انتشار به دلیل استفاده از فناوری پیشرفته و دستیابی به خطاهای انتشار تا 4ns و فرکانس کلاک فرارتر از 178 مگاهرتز.

13- کار با دو سطح ولتاژ 5v و 3.3v جهت استفاده از آنها در دستگاه های قابل حمل مانند گوشی های موبایل

14- ضریب ایمنی صد در صد به دلیل عدم امکان دستیابی به محتوای داخلی و عدم توان توصیفمحتوای داخلی به دلیل انجام ساده سازی و فشرده سازی بسیار پیچیده.

و بسیاری از قابلیتهای حیرت انگیز دیگر که امکان انجام یک طراحی مجتمع ،کم حجم ،بهینه و سریع را فراهم می آورد.



محصولات



گر چه شرکتهای بسیاری بسته های FPGA را تولید می کنند اما از میان آنها در شرکت ALTERA و Xilinx از جمله عمده ترین تولید کنندگان این محصول هستند که از این میان شرکتXilinx نوع دیگری از این بسته ها را با نام CPLDرا تولید می کند که به صورت Bootable عمل می کنند،بدین معنی که داده های برنامه ریزی معماری داخلی خود را از یک حافظه ی خارجی خوانده و خود را پیکر بندی کرده و سپس آماده کار می شوند .تمامی این محصولات با توجه به تعداد پایه هاو حجم پیچیدگی قابل برنامه ریزی در انها بر اساس تعداد گیتهای داخلی در بازار موجود و قابل دسترس هستند . از جمله سری های پر قدرت و پرحجم آنها سری flex از محصولات شرکتALTERA که در نمونه ای از آن می توان یکCPU مدل 486 را جای داد.



زبانهای برنامه نویسی



از جمله زبانهای متداول برنامه نویسی سخت افزار ABEL,AHDL,VERILOG,VHDL هستند که هر یک با استفاده از syntax خاص خود برای توصیف سخت افزار مورد استفاده قرار می کیرند که با استفاده از هر یک از آنها می توان هر طراحی دیجیتالی را به زبان آنها نوشته و تحلیل و سپس استفاده کرد.


بر گرفته از مجله ریز پردازنده

شرکتی بنام  Moixa Energy باطری ای از نوع AA به بازار عرضه کرده که دارای سرپوشی زرد رنگ است و با برداشتن این سرپوش زیر آن کانکتور پورت USB قرار دارد که شارژ کردن باطری مستقیما" توسط کامپیوتر را بسیار راحت می کند.

البته این سرپوش با یک نوار بسیار باریک به باطری وصل است که از گم شدن سرپوش هنکام شارژ شدن جلوگیری می کند.

باتوجه به اینکه جریان پورت USB کم می باشد ٬ در کل زمان زیادی برای شارژ شدن نیاز میباشد که از معایب این باطری محسوب میشود ٬ ولی این باطری را میتوان با شاررژهای معمولی باطری های قلمی هم شارژ کرد که زمان شارژ با توجه به نوع شارژر کوتاه میباشد.

شرکتی بنام  Moixa Energy باطری ای از نوع AA به بازار عرضه کرده که دارای سرپوشی زرد رنگ است و با برداشتن این سرپوش زیر آن کانکتور پورت USB قرار دارد که شارژ کردن باطری مستقیما" توسط کامپیوتر را بسیار راحت می کند.

البته این سرپوش با یک نوار بسیار باریک به باطری وصل است که از گم شدن سرپوش هنکام شارژ شدن جلوگیری می کند.

باتوجه به اینکه جریان پورت USB کم می باشد ٬ در کل زمان زیادی برای شارژ شدن نیاز میباشد که از معایب این باطری محسوب میشود ٬ ولی این باطری را میتوان با شاررژهای معمولی باطری های قلمی هم شارژ کرد که زمان شارژ با توجه به نوع شارژر کوتاه میباشد.

 شروین تقوی، دانشجوی دكتری مهندسی برق دانشگاه Caltech   باطراحی سیستم تولید انرژی برق از امواج صوتی برای تحقق ایده خلاقانه استفاده از صوت به عنوان منبعی پاك و ارزان برای تولید انرژی تلاش می‌كند.

به گزارش خبرنگار «پژوهشی» خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، در طرح پیشنهادی وی، یك آنتن بشقابی صداهای بلند فرودگاه‌ها یا بزرگراه‌ها را از طریق میكروفن به جریان الكتریكی تبدیل می‌كند كه این جریان پس از یكسو سازی در یك خازن بزرگ ذخیره شده و به عنوان یك منبع تغذیه الكتریكی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این پژوهشگر جوان ایرانی كه طرح ابتكاری خود را سال‌ها پیش در نمایشگاه اختراعات سوئیس ارائه كرده است، علاوه بر این طرح، اختراعات متعددی در زمینه سیستم‌های لیزری و اپتیك دارد كه از سوی مؤسسه تكنولوژی كالیفرنیا (دانشگاه Caltech) ثبت شده و چشم‌انداز بسیار روشنی برای این ابداعات در جایگزینی سیستم‌های موجود اپتیكی ترسیم شده است.
شروین تقوی لاریجانی كه دارای دیپلم دانشگاه Orsay پاریس و فوق لیسانس مهندسی الكترونیك از دانشگاه كلتك آمریكا است، در سن 20 سالگی در نمایشگاه بین‌المللی اختراعات در ژنو به دلیل اختراع سیستم استفاده از نویزهای صوتی در تولید برق به دریافت مدال نقره نایل شد.

تقوی در گفت‌وگو با خبرنگار «پژوهشی» خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا) درباره ایده خلاقانه خود مبنی بر استفاده از صوت به عنوان منبع انرژی گفت: من 16 سال داشتم و در دبیرستان بودم كه موقعی كه معلم فیزیك درس می‌داد به فكرم رسید كه چرا به صوت و انرژی‌های اكوستیك به عنوان یك منبع انرژی فكر نكنیم.
انسان همواره به صوت با دو دید نگاه كرده است، یكی به عنوان یك علامت (سیگنال) كه بهتر است این سیگنال هر چه تمیزتر باشد و دوم به عنوان یك عامل مزاحم و آلاینده كه باید از آن اجتناب كرد.
من همان موقع به فكرم رسید كه این عامل مزاحمت برعكس می‌تواند بسیار مفید واقع شود به این صورت كه از آن به عنوان یك منبع تولید انرژی كه در زندگی انسان امروزی نقشی حیاتی دارد استفاده كرد.
وی خاطرنشان كرد: از همان موقع نیروی خود را به كار بردم كه چه طور می‌توان این ایده را عملی كرد و سرانجام موفق به ارائه سیستم ساده‌ای در این زمینه شده و آن را به اداره ثبت اختراعات فرانسه ارائه كردم. پس از این این كه تحقیقات كامل توسط اداره ثبت انجام شد و معلوم شد كه این عقیده جدید است مورد توجه دولت و ارتش فرانسه واقع شد كه كل هزینه ثبت را دولت پرداخت.
جدید بودن ابتكار من این بود كه صوت (صداها و تمامی امواج اكوستیك) نه علامت (سیگنال) است و نه یك مزاحمت بلكه صوت می‌تواند یك منبع انرژی باشد.
تقوی تصریح كردم: سیستم ساده‌ای كه من طراحی كردم این توانایی را داشت كه امواج اكوسیتك را به برق تبدیل كند بدون اینكه به هیچ انرژی دیگری نیاز باشد بدین ترتیب انسان می‌تواند به صورت رایگان از صوت انرژی بگیرد به علاوه در طبیعت منبع‌های صوتی خیلی زیادی است كه یكی از آنها همین شهر تهران است.
وی در گفت‌و‌گو با ایسنا خاطرنشان كرد: علاوه بر این نباید از یاد ببریم كه انسان فقط یك رنج محدود انرژی اكوستیك را می‌شود. در طبیعت رنج‌های دیگری از صوت وجود دارد كه به دلیل فركانس آن توسط ما قابل شنیدن نیست مثل طیف‌هایی از صوت كه برخی حیوانات در مواردی مثلا قبل از زلزله می‌شنوند و می‌تواند بسیار پرانرژی نیز باشد، بنابراین حتی اگر سیستم ابداعی امروز نتواند انرژی زیادی تولید كند، قطعا در آینده‌ای نه چندان دور با تكمیل آن و دستیابی به منابع صوتی دیگر می‌توان به تولید مقدار قابل توجهی انرژی با این سیستم امیدوار بود.
تقوی درباره مزایای استفاده از این سیستم گفت: جالب بودن انرژی صوتی این است كه یك انرژی تمیز است و مواد زایدی بر جای نمی‌گذارد. در حال حاضر یكی از جدی‌ترین مشكلاتی كه در استفاده از منابع نوین انرژی از جمله انرژی هسته‌یی وجود دارد مساله زباله‌های برجای مانده از آن است برای همین است كه مركز آزمایش‌های اتمی ITER سعی دارد كه از واكنش Fusion انرژی بگیرد كه ماندگاری رادیواكتیویته آن بسیار كمتر از سیستم‌های رایج هسته‌یی است. با این حال چه در سیستم جدید و چه در راكتورهای موجود همچنان با تكنیك‌هایی بسیار پیچیده و خطرناك سروكار داریم.
این دانشجوی ایرانی موسسه فن‌آوری كالیفرنیا درباره بازتاب ارائه این طرح و برخورد دانشمندان با این ایده بنیادی در تولید انرژی گفت: پس از ثبت اختراع با هزینه دولت فرانسه به نمایشگاه اختراعات سوییس كه بزرگترین و مهم‌ترین نمایشگاه مخترعین دنیاست دعوت شدم. در این نمایشگاه بیش از هزار مخترع از تمام كشورهای معتبر دنیا حضور داشتند كه من با بیست سال سن جوان‌ترین شركت‌كننده نمایشگاه بودم. این طرح بسیار مورد توجه بازدید كنندگان و رسانه‌های گروهی بین‌المللی قرار گرفت به طوری كه وقتی صدر اعظم سوئیس به همراه وزیر نیروی آن كشور و شهردار ژنو برای بازدید نمایشگاه آمدند و شنیدند كه جوان‌ترین مخترع در نمایشگاه چنین عقیده نوینی ارائه كرده به ملاقات من آمدند و بخش اعظم دیدار آنها به صحبت درباره این طرح گذشت كه گزارش آن در شبكه‌های رادیو تلویزیونی و مطبوعات نیز پخش شد. با وجودی كه من به عنوان یك فرانسوی به نمایشگاه دعوت شده بودم خودم را به تمامی شخصیت‌ها و رسانه‌ها یك ایرانی معرفی كردم.
وی خاطرنشان كرد: پس از این كه من برای اولین بار این ایده را كه می‌توان از صوت به عنوان منبع انرژی توجه كرد نشان دادم و مطبوعات آن را منتشر كردند، كشورهای پیشرفته به این مساله پی برده و این ایده را دنبال كردند و تحقیقات زیادی را در این زمینه آغاز كردند و در این ارتباط تماس‌های زیادی با گروه‌های تحقیقاتی در كشورهای مختلف دارم.
تقوی اضافه كرد: هر اختراع به مرور زمان تكمیل می‌شود و نباید انتظار داشت كه اولین اختراع تكمیل باشد. یك مثال اختراع چرخ است كه به نظر من مهمترین اختراع انسان است. این اختراع را بشر اولیه هزاران سال پیش و قبل از ایجاد هرگونه تمدن انجام داد ولی هنوز چرخ‌های مختلف و كاملتری ارائه می‌شود.
وی در ادامه گفت‌و‌گو با ایسنا یكی دیگر از مزایای سیستم تبدیل صوت به انرژی برق را قابلیت ذخیره‌سازی انرژی در آن عنوان و خاطرنشان كرد: در این سیستم تبدیل صوت به انرژی برق به كمك transducteur صورت می‌گیرد و آن را به كمك یك Circuit electric در یك باتری كه می‌تواند یك خازن باشد ذخیره می‌شود.
transducteur دستگاهی است كه انرژی صوت(اكوستیك) راكه امواجی مكانیكی است به انرژی برق تبدیل می‌كند.
تقوی تصریح كرد: میكروفن‌ها به یك نوع از این دستگاه میكروفن است كه البته با سیستم ما بسیار تفاوت دارد.
هدف میكروفن این است كه تمیزترین علامت(سیگنال) ممكن را بدهد نه بیشترین انرژی را ، برای همین هم هست كه ساخت بعضی از این میكروفن‌ها سخت و گران است و بعضی میكروفن‌ها از منابع برقی دیگر كمك می‌گیرند. در كاربردی كه من پیشنهاد كردم هدف این است كه بالاترین انرژی برقی را از این سیستم بگیریم و كاری به كیفیت سیگنالی كه میكروفن می‌دهد نداریم.
وی در ادامه درباره منابع احتمالی انرژی صوتی كه می‌توان برای تولید انرژی فراوان گفت: من چند سال پیش این فرضیه را مطرح كردم كه اگر انسان به نظریه «بیگ بنگ» و سیاه‌چاله‌ اعتقاد دارد پس باید منبع‌های صوتی كه نتیجه آنها است در فضا وجود داشته باشد.
بعد از آن خیلی كشورهای پیشرفته به این فكر افتادند كه شاید در فضا صدا وجود داشته باشد و خیلی جالب است كه چند وقت پیش یك گروه در ناسا به آن پی برد.
این دانشجوی مبتكر ایرانی در پایان درباره سایر اختراعات و ابداعات خود به ایسنا گفت: من بعد از اتمام تحصیلات مهندسی در فرانسه به Caltech (مؤسسه فناوری كالیفرنیا) آمدم و تحصیلات و تحقیقات خود را در زمینه اپتیك ادامه دادم. تحقیقات من بر لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم جهت استفاده در ارتباطات و سنجش از دور متمركز شده و در این راستا با استفاده از یك رزوناتور ( ارتعاش دهنده) جدید كه پیش از این اختراع كرده بودم موفق به ابداع ده‌ها نوع جدید از این لیزرها شدم كه تمامی آنها به عنوان اختراع توسط دانشگاه Caltech به ثبت رسیده‌اند.
به علاوه این اختراعات، طرح‌ها و اختراعات دیگری را نیز در زمینه سنجش از دور و ارتباطات ماهواره‌یی دنبال می‌كنم.
گفت‌و‌گوی ایسنا با مهندس تقوی، دانشجوی دانشگاه Caltech و مبدع طرح تولید انرژی برق از صوت