الفصل الأول
سنقوم في هذا الفصل بالتعرف على بعض العناصر الأساسية المستخدمة في الدارات الالكترونية :
الدرس الأول:
المقاومات Resistor
المقاومة هي إحدى المكونات الالكترونية حيث تعتبر المقاومة عنصر كثير الاستخدام في الدوائر الإلكترونية وقد صممت لكي تقلل أو تقاوم سريان التيار وكلما زادت قيمة المقاومة كلما قل سريان التيار ويمكن التعبير عن الكلام السابق بقانون أوم OHM الأساسي الذي ينص على أن قيمة المقاومة بالأوم تساوي قيمة الجهد الواقع عليها (بالفولت) مقسوم على قيمة التيار (بالأمبير) المار في هذه المقاومة أي : U=I.R
حيث U هو هبوط الجهد بين طرفي المقاومة, I التيار الذي يسري في المقاومة التي قيمتها تساوي إلى R بعبارة أخرى يمكن التحكم بالجهد والتيار بواسطة المقاومة على الشكل التالي :
1) التحكم بالتيار الساري في دارة كهربائية عند التوصيل على التسلسل مع المنبع الكهربائي، وكلما زادت قيمة المقاومة (R) قل التيار الساري (I) والعكس صحيح، كما هو مبين في الشكل:
) تستعمل المقاومة للتحكم في الجهد، وفي هذه الحالة توصل المقاومة المتغيرة R على التوازي مع المنبع الكهربائي ويؤخذ منها الجهد المناسب V1 حسب الطلب، وكلما قلت قيمة المقاومة R قل الجهد V1 كما هو مبين في الشكل التالي:
ابسط أنواع المقاومات مصنوع من الكربون, حيث تصنع المقاومة من مادة الكربون المسحوق والذي يرش على مادة غير موصلة مثل السيراميك (الفخار)، ويطلق عليها في هذه الحالة اسم المقاومة الكربونية (Carbon Resistor).
*المقاومة المعطوبة تسبب في فتح الدائرة أو بتغير القيمة ويوجد عدة أنواع من المقاومات.
* يتحدد اختيار المقاومة الصحيحة في الدائرة الالكترونية من حيث قيمتها بالأوم (OHM) وقدرتها بالوات (WATT).
*علاقة المقاومة بطول الموصل:
كلما زاد طول الموصل L زادت مقاومته، وتوجد علاقة بين طول الموصل L ومساحة مقطع الموصل A ومقاومة الموصل النوعية ρ (وهي مقاومة جزء من الموصل طوله 1سم ومساحة مقطعه 1سم
) وهذه هي العلاقة: قيمة المقاومة (R) بالأوم = ; حيث L طول الموصل بالسنتمتر. A مساحة الموصل بالسنتيمتر المربع; المقاومة النوعية للموصل بالأوم سنتيمتر.
*العلاقة بين حجم المقاومة والقدرة:
يدل حجم المقاومة الكربونية عادة على قيمة أعلى قدرة أو حرارة يمكن أن تتحملها المقاومة دون أن تحترق، فكلما زاد الحجم الطبيعي للمقاومة زادت قيمة قدرتها.
أنواع المقاومات:
1) المقاومات الثابتة ( كربونية – سلكية):
المقاومات الثابتة هي المقاومة التي لها قيمة ثابتة لا تتغير وتكون هذه القيمة مكتوبة عليها بشكل مباشر (أرقام) أو غير مباشر (ألوان).
المقاومات الكربونية وتكون المادة الناقلة فيها مصنوعة من الكربون ويكون لها قيم اومية كبيرة ولكن استطاعتا صغيرة .
المقاومات السلكية وتكون المادة الناقلة فيها سلك يكون ملفوف على جسم المقاومة عدد معين من اللفات حسب قيمة المقاومة ويحب أن يكون هناك مسافة بين كل لفة ويكون لها قيم اومية صغيرة نوعا ما ولكن الاستطاعة تكون كبيرة .
1) المقاومات المتغيرة:
تتغير قيمة هذه المقاومة ميكانيكيا بواسطة وصلة متحركة (منزلقة) أو ضوئياُ (ضوئية) أو حراريا (حرارية).
المقاومة الضوئية (LDR) تنخفض قيمتها الأومية عند ازدياد شدة الإضاءة . المقاومة الحرارية الموجبة (PTC) تزداد قيمتها الأومية عند أرتفع درجة الحرارة المقاومة الحرارية الموجبة (NTC) تنقص قيمتها الأومية عند أرتفع درجة الحرارة مقاومة الكمون المتغير (VDR) تنقص قيمة هذه المقاومة كلما ازداد فرق الكمون المطبق على طرفيها.
نبين فيما يلي أشكال المقاومات المتغيرة :
الاوم هي وحدة قياس المقاومات
لقياس قيمة المقاومة عن طريق الافوميتر تختار مجال المقاومة من الاميتر ونوصله على التوازي مع المقاومة المراد قياسها بعد فصل التيار عن الدائرة ويجب أن نتأكد بأنه ليس هناك أي شي آخر موصل على التوازي مع المقاومة المراد قياسها
الوان المقاومات
تحديد قيمة المقاومة بالألوان:
يتم تحديد قيمة المقاومة الكربونية أحيانا بالألوان كما هو مبين في الشكل التالي، حيث نجد أن جسم المقاومة عليه أربع حلقات ملونه، وكل لون له رقم معين كما هو مبين بجدول الألوان.
وتقرأ حلقات الألوان من اليسار إلى اليمين، ولون كل من الحلقة الأولى والثانية فيحدد الرقم، أما لون الحلقة الثالثة فيحدد عدد الأصفار، والحلقة الرابعة تحدد النسبة المئوية للتفاوت (نسبة خطأ) وإذا لم توجد الحلقة الرابعة فإن نسبة التفاوت في قيمة المقاومة تكون + أو – 20%
أي لقراءة قيمة المقاومة بشكل غير مباشر أي عن طريق التشفير اللوني فيتم على الشكل التالي:
يتوجب علينا أولا معرفة الكود لكل لون من الألوان الموجودة بالمقاومة أما بالنسبة للون الأخير الذهبي أو قد يكون فضي فهو يمثل درجة التسامح أو الخطأ.
مثال : ما هي قيمة المقاومة ذات الألوان التالية :
أحمر بني أخضر ذهبي
اللون الأول أمامنا هو الأحمر ومن الجدول نرى انه يساوي 2
أما اللون الثاني البني فهو يساوي 1
أما الأخضر فهو يساوي 5
فتكون المعادلة 21ضرب 10 أس 5
أس خمسه نسبة للجدول حيث اللون الأخضر يساوي 100.000 أي خمسة أصفار أي 2 1 ضرب 100.000
لوصل على التوازي
توصيل المقاومات على التوالي:
نحتاج لتوصيل المقاومات على التوالي وذلك للحصول على قيمة مقاومة كلية كبيرة من مجموعة مقاومات، أو لتجزئ جهد المنبع الكهربي لعدة قيم تتناسب مع مقاومات التوالي.
يبين الشكل التالي تجزئ جهد المنبع الكهربي V إلى مجموعة من الجهود هي V1 V2 V3 على الترتيب.
وقيمة المقاومة الكلية Rt في هذه الحالة تكون اكبر من قيمة أكبر مقاومة في الدائرة.
توصيل المقاومات على التوازي:
نحتاج توصيل المقاومات على التوازي وذلك لتجزئة التيار الكلي I من منبع الجهد الكهربي إلى مجموعة تيارات أقل هي I1، I2 كما في الشكل التالي.
والمقاومة الكلية Rt في هذه الحالة تكون أقل من قيمة أقل مقاومة في الدائرة.
أما في الشكل التالي فإن المقاومة الكلية Rt تحسب كالتالي:
اشكال المقاومات
اشكال المقاومات
المكثفات
Capacitors
يتكون المكثف الكهربائي من لوحين من مادة موصلة بينهما مادة عازلة كما هو مبين في الشكل التالي، ويتحدد نوع المكثف على حسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته، فإذا كانت المادة العازلة الموجودة بين لوحي المكثف هي الهواء فيطلق على المكثف في هذه الحالة اسم المكثف الهوائي، وإذا كانت مصنوعة من مادة البلاستيك سمي مكثف بلاستيك، وإذا كانت المادة العازلة من الميكا أطلق على المكثف اسم مكثف ميكا وإذا كانت المادة العازلة من السيراميك أطلق على المكثف اسم المكثف السيراميك، أما إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة بين لوحي المكثف أطلق على المكثف اسم المكثف الكيماوي أو الالكترولتي.
السعة:
تعرف قدرة المكثف على تخزين الشحنة الكهربية بالسعة الكهربية أو السعة ووحدة قياسها الفاراد، وتحسب قيمة سعة المكثف كالآتي:
C=Q/V
حيث C سعة المكثف بالفاراد و Q الشحنة المخزونة في المكثف بالكولون وv فرق الجهد بين اللوحين للمكثف بالفولت . نستنتج من هذا القانون أن اختيار قيمة المكثف في الدائرة الإلكترونية تتحدد بعاملين أساسيين هما سعة المكثف، وقيمة فرق الجهد المطبق على طرفيه، ووحدة قياس سعة الفاراد يمكن تقسيمها إلى وحدات أصغر هي:
F
Micro Farad 10
pF Pico Farad 10
F
Nano Farad 10
العوامل المؤثرة على سعة المكثف:
يوجد ثلاثة عوامل أساسية تؤثر على سعة المكثف بصورة مباشرة وهذه العوامل هي:
أ- المساحة السطحية لألواح المكثف (a):
إن سعة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة السطحية للألواح، فإذا زادت مساحة سطح اللوح زادت سعة المكثف وذلك لزيادة استيعابه للشحنات الكهربائية، وبالعكس تقل سعة المكثف كلما قلت هذه المساحة.
ب- المسافة بين الألواح (d):
تقل السعة عندما تزداد المسافة بين الألواح وتزداد كلما قلت تلك المسافة أي أنه يوجد تناسب عكسي بين سعة المكثف والمساحة بين ألواحه.
ج- الوسط العازل (المادة العازلة) ε:
تتغير سعة المكثف بتغير المادة العازلة بين الألواح ويعتبر الهواء الوحدة الأساسية لمقارنة قابلية عزل المواد الأخرى المستعملة في صناعة المكثفات. يوجد لكل مادة ثابت عزل يطلق عليه ابسلونε
مما سبق نجد أن سعة المكثف بدلالة المساحة السطحية للألواح (a) والمساحة بين الألواح d وثابت العزل للمادة العازلةε يكون:
وثابت العزلε في المعادلة يساوي حاصل ضرب ثابت العزل للهواءεo مضروب في ثابت العزل النسبي للمواد العازلة، بالتالي تكون:
المفاعلة
المفاعلة (مقاومة المكثف الأومية):
المكثف الكهربائي له مقاومة أوميةXc (لأنها تقاس بوحدة الأوم) تتغير مع التردد(F) وتتناسب عكسيا مع كل من السعةC والترددF ، ويمكن حسابها من القانون التالي
في حالة التيار المستمر تكون قيمة الترددF تساوي (صفر)، وتكون بالتالي قيمة مقاومة المكثف الأوميةXc كبيرة جدا (ما لا نهاية) وبذلك فإن المكثف يمنع مرور التيار المستمر في الدائرة، بينما يمرر التيار المتغير وهذه الخاصية تعد أهم وظائف استعمالات المكثف في الدائرة الإلكترونية.
ويمكن شحن المكثف فورياً إذا تم توصيله مباشرة بمصدر التغذية (Power Supply). كما يمكن إبطاء أو تسريع وقت الشحن بوضع مقاومة بين المكثف و وحدة التغذية.
ويسرب المكثف المشحون شحنته بالتدريج ولكن يمكن الإبطاء بعملية التسريب بربط مقاومة مع المكثف كما هو موضح بالشكل:
توصيل المكثفات على التوازي:
توصل المكثفات على التوازي للحصول على سعة كلية كبيرة تساوي مجموع سعة المكثفات المتصلة على التوازي في الدائرة.
وتتم ربط المكثفات بشكل متوازي كما بالشكل
وتكون قيمة النهائية للمكثف يساوي
Ct=C1+C2
مثال: مكثفين سعة الأول فيهما C1=5 uF وسعة الثاني C2=4uF موصلين على التوازي فما هي السعة النهائية لها؟
Ct=C1+C2=5+4=9 uF
توصيل المكثفات على التوالي:
توصل المكثفات على التوالي للحصول على سعة كلية صغيرة أقل من أصغر سعة مكثف موجودة في الدائرة.
ويتم ربط المكثفات بشكل متسلسل كم بالشكل
وتكون قيمة النهائية للمكثف يساوي
1/Ct=1/c1+1/c2
Ct=1/(1/C1+1/C2)
مثال: مكثفين سعة الأول فيهما C1=2 uF وسعة الثاني C2=6uF
موصلين على التوالي فما هي السعة النهائية لها؟
Ct=1/(1/C1+1/C2)=1(1/2+1/6)=1/(0.5+0.16)=1/0.6=1.6uF
نستنتج مما سبق أنه عند حساب القيمة الكلية لسعة مكثفات موصلة على التوالي يكون طريقة الحساب على عكس المتبع في المقاومات.
للمبتدئيين
