دروس فى الإلكترونيات بطريقة تعلم – علم – ناقش – جرب – طور – صمم : الدوائر والمشاريع
دروس فى الإلكترونيات بطريقة تعلم – علم – ناقش – جرب – طور – صمم : الدوائر والمشاريع الإلكترونية
1- مبين الضوء الضعيف :
الغرض :
عندما يبدأ الضوء فى التلاشى يبدأ الليد فى الوميض . يمكن ضبط مستوى الضوء الذي سيبدأ عنده وميض الليد عن طريق استخدام مقاومة متغيرة .
الدائرة الكهربية :
مبدأ العمل :
قلب الدائرة عبارة عن شريحة الدائرة المتكاملة للمؤقت (555) والتى تعمل فى وضع "مذبذب عديم الاستقرار astable " . وهذا يعني أن جهد الخرج على الطرف 3 يتغير دائما (أي ارتفاع وانخفاض على التتابع وهو ما نسميه وميض أو فلاش).
الخرج المرتفع يساوى 9V ، وهذا يعنى إضاءة الليد .
الخرج المنخفض يساوى 0V ، وهذا يعنى عدم لإضاءة الليد .
التأثير الفعلى يكون كوميض أضواء شجرة عيد الميلاد.
يطلق على عدد الومضات التي تحدث في الثانية الواحدة "التردد" frequency ، ووحدات قياسه "الهرتز" Hz .
صيغة حساب التردد :
FREQ = 1.414 / (R3+2R4) *C1 Hz
حساب التردد لهذه الدائرة بهذه الصيغة يعطى واحد هرتز ، وهذا يعنى حدوث شكل موجى واحد فى الثانية ، بجعل المقاومة R3 أصغر بكثير من R4 ، يكون الزمن الذى يكون فيه الخرج مرتفع (إضاءة الليد) يساوى الزمن الذى يكون فيه الخرج منخفض (عدم إضاءة الليد) . نتيجة لذلك يتم إضاءة الليد لنصف ثانية وعدم إضاءة لنصف ثانية .
الطرف رقم 4 يعمل كمفتاح للتحكم فى دائرة المذبذب عديم الاستقرار . عندما يكون الجهد على الطرف 4 أقل من 0.6V ، يتم فصل المؤقت 555 ، وتنطفىء الليد ( جهد الخرج على الطرف 3 يكون 0V ) . وعندما يزيد الجهد على الطرف 4 عن 0.6V ، يتم تشغيل الدائرة وسوف يومض الليد .
بالنظر في المقاومة المتغيرة VR1 و المقاومة الضوئية LDR والمتصلة معها على التوالى . يتم ضبط VR1 بحيث تكون مقاومتها عالية جدا ، تكون مقاومة LDR منخفضة جدا (في ضوء الشمس الساطع) . لذلك ، في الواقع يكون هناك مقاومة كبيرة جدا على التوالى مع مقومة أخرى صغيرة نسبيا. وبالتالي سيكون هناك انخفاض جهد كبير جدا عبر المقاومة المتغير، وهذا يعني أن الجهد على الطرف 4 يكون منخفضا نسبيا، فإذا كان أقل من 0.6 فولت، فإن الدائرة لن يتم تشغيلها . في ظروف الضوء المعتم ترتفع مقاومة LDR ، ويقل هبوط الجهد عبر المقاومة المتغيرة لدرجة أن الجهد على الطرف 4 سوف يرتفع . وسوف يتم تشغيل الدائرة ومن ثم يومض الليد . لذلك من خلال ضبط المقاومة المتغيرة يمكن تشغيل الدائرة عند مستوى الضوء المطلوب.
حساب قيمة المقاومة R2 :
ومن المهم للغاية أن لا يطبق عبر طرفى الليد فرق فى الجهد أكبر من 2 V ، وأيضا يجب ألا يتعدى التيار المار خلال الليد عن 20 mA . ونظرا لأن جهد طرف الخرج 3 للمؤقت 555 يكون 9 فولت عندما يكون مرتفعا ، لذلك يكون هبوط الجهد عبر المقاومة R2 هو 7V ، وأقصى تيار مسموح بمروره خلال الليد هو 20 ملى أمبير ، فيمكن حساب المقاومة باستخدام قانون أوم كما يلى :
R2 = 7 / 0.02 = 350 ohms
ملاحظة :
في الدوائر الإلكترونية لا يكون عمليا أبدا أن تحتوى على مكونات تعمل عند الحدود العليا ، لذلك ينبغي أن تستخدم قيمة المقاومة القياسية الأعلى أى 390 أو 470 أوم من أجل المقاومة R2 .
2-دائرة التحكم فى الستائر اتوماتيكيا اعتمادا على مستوى الضوء
2-دائرة التحكم فى الستائر اتوماتيكيا اعتمادا على مستوى الضوء
الغرض :
عندما يصبح ضوء الشمس ساطعا جدا تقوم الدائرة بتشغيل المحرك فى الاتجاه الذى سوف يؤدى إلى سحب الستائر . في حالة عدم وجود ضوء الشمس ، يتم إعادة فتح الستائر بتحريك المحرك فى الاتجاه العكسى .
الدائرة الكهربية :
مبدأ العمل :
يتم استخدام مكبر عمليات فى وضع "المقارن" comparator .
عندما يكون الجهد على الطرف الموجب 3 أقل من الجهد على الطرف السالب 2 ، عندئذ يكون الخرج على طرف الخرج 6 منخفض (0V) .
وعندما يكون الجهد على الطرف الموجب 3 أكبر من الجهد على الطرف السالب 2 عندئذ يكون الخرج على طرف الخرج 6 مرتفع ( حوالى 9V) .
المقاومات R1 و R2 المتصلة على التوالى تشكل دائرة مقسم جهد ، ونظرا لأن المقاومتين متساويتين فى القيمة فإن الجهد المطبق على الطرف السالب 2 يكون نصف جهد البطارية ، أى 4.5V . ويعرف هذا الجهد بالجهد المرجعى أو جهد الأساس .
الآن لننظر في المقاومات LDR (R3) و VR1 . هذان العنصران أيضا يشكلان دائرة مقسم جهد .
إذا كانت قيمة مقاومة LDR (في الظلام) أكبر من القيمة المحددة على المقاومة المتغيرة ، يحدث انخفاض جهد كبير عبر LDR، وهذا يعني أن الجهد على الطرف الموجب 3 يكون صغير (أقل من الجهد على الطرف 2) لذلك سوف يكون الخرج على طرف الخرج 6 بالقيمة 0V . خرج الجهد هذا (0V) يتم تغذيته إلى قاعدة الترانزستور TIP121(NPN) .
والآن لننظر إلى المقاومة LDR في ضوء الشمس الساطع ، أي عندما تكون مقاومتها صغيرة للغاية ، لذلك سوف يحدث هبوط جهد صغير جدا عبرها. هذا يعني أن الجهد الآن على الطرف الموجب 3 أكبر من الجهد الذى على الطرف السالب 2 ، لذلك يكون جهد الخرج على طرف الخرج 6 هو حوالى (9V) .
جهد الخرج هذا (9V) يتم تغذيته إلى قاعدة الترانزستور (TIP 121) الذي يعمل بمثابة مفتاح إلكتروني.
عند وجود 0V على القاعدة ، لن يتم تشغيل الترانزستور ، أي أنه لن يمر تيار ومن ثم يكون الريلاى غير فعال .
عند وجود الجهد 9V على قاعدة الترانزستور ،سوف يقوم بالتوصيل وتمرير تيار ، وهو ما يعني مرور تيار خلال ملف الريلاى ، ويتم تنشيطه (تشغيله).
الملخص :
في ظروف الإظلام يكون جهد خرج المقارن هو 0V ، وبالتالي يتم فصل الترانزستور وإيقاف عمل الريلاى .
في ظروف الإضاءة يكون جهد خرج المقارن مرتفع ، حوالى 9 فولت ويتم تشغيل الترانزستور ومن ثم تشغيل الريلاى .
للتحكم فى المسافة التى تتحركها الستائر ، يتم وضع اثنين من مفاتيح الميكرو عند نهايتى قضيب الستائر لإيقاف المحرك عند الوصول إلى وضع النهاية .
سوف نتعرف لاحقا على كيف يتم عكس اتجاه دوران المحرك ، وكيف يتم إيقاف المحرك على الفور.
الأجهزة الميكانيكية والكهربائية تحتوي على ملفات من الأسلاك وواحدة من خصائص الملف هى أنه إذا مر تيار ثابت وحدث له تغيرات فجائية أى سريعة فإنه تتولد بداخله جهود كبيرة جدا والتي يمكن أن تلحق الضرر بالدائرة. لهذا السبب يجب وضع دايود بالتوازي مع ملف الريلاى .
ملاحظة :
يتحكم الريلاى فى الدائرة الثانوية (دائرة التلامسات) والتي تقوم بتشغيل المحرك (12V) .، ولا يوجد ربط كهربائي بين الدائرة الابتدائية (دائرة الملف) (9V) والدائرة الثانوية (12V) (دائرة التلامسات).
3- دائرة بسيطة لكشف الإظلام باستخدام ترانزستور
الغرض :
إضاءة ليد عندما ينخفض مستوى الضوء إلى قيمة محددة ، يتم ضبطها عن طريق مقاومة متغيرة .
الدائرة الكهربية :
المكونات :
مبدأ العمل :
تستخدم هذه الدائرة ترانزستور (BC108) كمفتاح إلكترونى .
عمل الترانزستور :
عندما يكون الجهد على قلعدة الترانزستور أقل من 0.6V يكون الترانزستور فى حالة فصل ، ولا يمكن أن يمر تيار خلال الترانزستور من المجمع إلى المشع ومن ثم لا يمر تيا خلال المقاومة R1 واللييد ، فيكون الليد مطفأ .
إذا تم أكبر من 0.6V على قاعدة الترانزستور ، يتم توصيل الترانزستور . ويمكن أن يمر التيار بسهولة من المجمع إلى المشع ، ولذلك فإن التيار سوف يمر من القضيب العلوى الموجب ، خلال المقاومة R1 ، والليد ، والترانزستور عائدا إلى البطارية ، وعندئذ يضىء الليد .
بالنظر فى المقاومة المتغيرة RV1 والمقاومة الضوئية R4(LDR) المتصلان على التوالى (مع اهمال المقاومة R3 لأنها صغيرة بالمقارنة بالمقاومة RV1) ، وهى تشكل دائرة مقسم جهد .
عمل دائرة مقسم الجهد :
افترض أن المقاومة المتغيرة قد تم ضبطها على قيمة مرتفعة .
وافترض أن المقاومة الضوئية LDR وضعت فى ضوء الشمس الساطع ، أى أن مقاومتها تكون منخفضة جدا (فى حدود 400 أوم ) .
نتيجة توصيل مقاومة مرتفعة حوالى 47 كيلوأوم على التوالى مع مقاومة منخفضة ، حوالى 400 أوم ، حدوث هبوط كبير فى الجهد عبر المقاومة الكبيرة VR ، ومن ثم يكون جهد نقطة توصيل المقاومتين صغير جدا وهو الجهد المطبق على قاعدة الترانزستور (أقل من 0.6V) . النتيجة فصل الترانزستور ، وإطفاء الليد .
فى ظروف الإظلام تزداد قيمة المقاومة الضوئية ، النتيجة هبوط جهد أقل عبر المقاومة المتغيرة ويزداد جهد نقطة التوصيل بين المقاومتين ( أى أكبر من 0.6V) . هذا الجهد عند تطبيقه على قاعدة الترانزستور يتسبب فى توصيله وبالتالى إضاءة الليد . وبالتالى ، فإنه عن طريق ضبط قيمة المقاومة المتغيرة يمكن جعل الترانزستور يوصل عند مستوى إضاءة محدد .
ملحوظة :
عند ضبط قيمة المقاومة المتغيرة على قيم صغيرة فإن الجهد المطبق على قاعدة الترانزستور يمكن أن يكون مرتفع جدا . هذا الجهد المرتفع يمكن أن يتلف الترانزستور ، ولهذا السبب يجب دائما وضع مقاومة مع القاعدة ( R2 تسمى مقاومة القاعدة) فى حدود 2200 أوم .
أيضا يتم وضع المقاومة R3 بالدائرة كإجراء وقائى .
4- حساس إظلام بسيط باستخدام ترانزيتور دارلنجتون
الغرض :
إضاء ليد عندما يهبط مستوى الإضاءة عن مستوى محدد .
الدائرة الكهربية :
المكونات
SW1 = Toggle switch
R1 = 470 ohm
R2 = 10k ohm
R3 = 1k ohm
R4 = LDR
VR1 = 10k ohm
LED (Standard 5mm LED)
Transistor = TIP 121
مبدأ العمل :
الجديد فى هذه الدائرة هو استخدام الترانزستور TIP121 كمفتاح إلكترونى ، وهو من النوع المسمى دارلنجتون .
عمل الترانزستور :
ترانزستور الدارلجتون هو عبارة عن 2 ترانزستور فى غلاف واحد ، وميزته أنه يكون قادرا على تمريررتيار أكبر بكثير من الترانزستور العادى .
عندما يكون الجهد على قاعدة الترانزستور أقل من 1.2V ، يكون فى حال فصل . ولا يمكن مرور تيار من خلاله من المجمع إلى المشع وبالتالى لا يمر تيار خلال R1 والليد ، وتكون الليد فى حالة إطفاء .
إذا تم تطبيق جهد أكبر من 1.2V على القاعدة يتحول الترانزستور إلى حالة التوصيل . وفى هذه الحالة يمكن مرور التيار بسهولة من المجمع إلى المشع ، الآن يمكن مرو تيار من القضيب العلوى للتغذية ، خلال R1 والليد والترانزستور عائدا إلى مصدر التغذية ، النتيجة هى إضاءة الليد .
لمزيد من التفاصيل راجع الدائرة السابقة .
9- كشف شدة الإضاءة Light Intensity
الغرض :
هذه الدائرة مصممة لإعطاء تنبيه صوتى عندما يزداد مستوى الإضاءة ، أى كلما زادت شدة الإضاءة يزداد معدل صوت البزر buzzer .
الدائرة الكهربية :
دروس فى الإلكترونيات بطريقة تعلم – علم – ناقش – جرب – طور – صمم : الدوائر والمشاريع
