✅نویز و مشکلات آن در مدار :
قصد داریم کمی درباره نویز صحبت کنیم. به زبان ساده میشه گفت به هر اختلال ناخواسته ای نویز میگیم پس با یه تعریف چهارچوب دار طرفیم یعنی تو هر حوزه ای با پدیده ی نویز ممکنه مواجه بشیم مثلا آلودگی موجود در هوا یه نوع نویز محیط زیستیه چون ما اصلا نمیخوایم باشه ولی در اثر یه سری عوامل بوجود میاد و ما دوست داریم همیشه آلودگی رو کم یا از بین ببریم.
در این پست ما قصد داریم با نویزهای الکترومغناطیسی آشنا بشیم و تاثیر آن بر مدارتمون و راه های جلوگیریشو بررسی کنیم.
در حوزه مهندسی برق به جریان , ولتاژ یا میدان الکترومغناطیسی ناخواسته ای که بر روی سیگنال اصلی ما سوار میشن و تشخیص سیگنالو دشوار میکنند , نویز میگیم که این سیگنال ها میتونه برای مدارات ما مخرب باشه و کارکردشونو دچار اختلال کنه یا حتی بسوزونتشون.
همونطور که میدونیم بارهای الکتریکی ساکن مولد میدان الکتریکی هستن و حرکت یکنواخت بارها ( یا همون جریان الکتریکی) میدان مغناطیسی رو ایجاد میکنه و اگر حرکت الکترونها به صورت شتابدار باشه , تشعشع الکترومغناطیسی رو موجب میشه. طبق نظریات الکترومغناطیس (که از مرحوم فارادی به یاد مونده) میدان های الکترومغناطیسی میتونه ولتاژ و جریان در مدار بوجود بیاره و همینطور برعکس.
پس هدف ما درحوزه ی برق کاهش میدانهای الکترومغناطیسی در نتیجه کاهش ولتاژ و جریان ناخواسته ای که در اثر اون در مدارات و سیستم هامون بوجود میاد. به این مبحث در مهندسی برق EMI(Electromagnetic interference) یا تداخل الکترومغناطیسی میگن.
حالا منابع نویز چیا میتونه باشه؟ به صورت معمول 3 دسته منبع برای نویزها در نظر میگیرن: 1- منابع نویز ذاتی : مثل نویز گرمایی که در اثر نوسانات تصادفی در سیستم های فیزیکی بوجود میاد مثلا با افزایش دما ممکنه کار یک آی سی دچار اختلال بشه 2- نویز ادوات الکتریکی موجود در مدار: نویزهایی که توسط وسایلی که در مداراتمون هست بوجود میاد مثل نویزای ناشی از موتورها,سوییچ ها,فرستندههای رادیویی و ... 3- نویز ناشی از اغتشاشات طبیعی و جوی : مثل رعد و برق و تشعشعات خورشیدی. که بحث اصلی ما همون مورد شماره 2 هست.
برای کاهش نویز در مهندسی برق بحث EMC (Electromagnetic compatibility) سازگاری الکترومغناطیسی مطرح میشه یعنی مداراتی بسازیم که با این نویزهای الکترومغناطیس سازگار باشه و رو مدار ما اثری نذاره پس بایستی اول راه های نفوذ نویز به مدارتمونو بشناسیم تا روش جلوگیریشو بفهمیم. به 2 روش نویز میتونه رو مدار ما اثر بذاره:
1- کوپلاژ توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی ) و الکترومغناطیسی ( مانند تشعشع الکترو مغناطیسی : یعنی در اثر میدانهای الکترومغناطیسی که یه سری وسیله هامون در مدار مثل سلف و ترانس و کلید زنی و ... ایجاد میکنه روی سایر ادوات مدارمون (بویژه مدارات آنالوگ و دیجیتال ) ما نویز بیوفته.
2- کوپلاژ هدایتی مانند انتقال نویز از طریق خط تغذیه مشترک : به این معنیه که روی تغذیه ی مدارمون نویز بیوفته و این نویز در کارکرد قطعات الکتریکیمون مشکل ایجاد کنه.
خب حالا چندتا نکته عملی کاهش نویز تو مداراتمونو میگیم :
1- جدا کردن زمین مدارات :
اگه مدارمون دارای بخش های زیر هست بهتره زمین هاشون جدا باشه و به صورت زیر تقسیم بندی کنیم:
زمین آنالوگ : مثل تقویت کننده هامون شامل آپ امپ ها و ...
زمین دیجیتال : شامل مدارات کنترلی مثل میکروکنترلر و ...
زمین قدرت )رله ها ، موتورها , سوییچ ها و مانند آن( : مداری که بیشترین نویز رو ایجاد میکنه
این تقسیم بندی به این علت انجام میشه که نویزهایی که تو هر کدام از بخش هامون هست ممکنه برا خود اون بخش خیلی چیز مهمی نباشه اما برا بخش دیگه فاجعه باشه مثلا نویز روی سوییچ قدرت مثل IGBT که قراره مثلا 1200 ولت رو قطع و وصل کنه با فرکانس چند کیلوهرتز مثلا تو حد 20 -30 ولت باشه که برا بخش قدرت مشکلی پیش نیاد ولی این نویز از طریق زمین مشترک (اگر جدا نکنیم) به بخش دیجیتال ما که قراره مثلا با ولتاژ 3.3 یا 5 ولت کار کنه کل مدار دیجیتالو بسوزونه. روش جداسازی هم معمولا یا با ترانس ایزوله یا اپتوکوپلر و یا استفاده مبدلهای MinMax هست که به ما یه سری ولتاژ میده که بهم ربطی نداره.
@electroscience
