دروس في الإليكترونيات - المجموعة الاولى

الدرس الأول

- الجهد الكهربائي (ج) ، وحدة القياس ( ف)

- التيار الكهربائي (ت) ، وحدة القياس (أمبير)

- المقاومة (م) وحدة القياس (آوم)

- القدرة الكهربائية (ق) ، وحدة القياس (واط )



الجهد الكهربائي (المستمر)

يتكون الجهد الكهربائي أو فرق الجهد إذا كانت هناك شحنات مختلفة قطبيا (أي سالب وموجب) تنشأ جاذبية بين الشحنات المختلفة قطبيا ، كما ينشا تنافرا بين الشحنات المتساوية قطبيا . وتزيد قيمة الجهد الكهربائي كلما زاد فرق الشحنات .

علامة الجهد (ج) و وحدة قياسه فولت نسبة للعالم الإيطالي اللسندرو فولتا (1745 - 1827) ، ويقاس الجهد الكهربائي بجهاز قياس الجهد (الفولت متر) .



التيار الكهربائي (المستمر)

الجهد هو سبب أو مسبب التيار الكهربائي ودون الجهد لا يتكون تيار كهربائي . وإذا تكون جهد بين نقطتين مختلفتين في قطبية الشحنة فتشأ ضرورة للتساوي . يجري التيار الكهربائي في الدارة الكهربائية المغـلقة من القطب السالب إلى الموجب . ويسري بين المولد والمستهلك الكهربائي والأسلاك بينهم . وبالمفتاح الكهربائي يمكن قطع الدارة الكهربائية وبالتالي مجرى التيار ، أو إغلاق الدارة وبالتالي يسري التيار . علامة التيار (ت) ووحدة قياسه أمبير نسبة للعالم الفرنسي اندري أمبير (1775ــ 18836) ، ويقاس التيار الكهربائي بجهاز قياس التيار الأمبير متر .



أنها من أبسط الدارات الكهربائية ، حيث تحتوي عل بطارية كمصدر للجهد ، وكمفتاح كهربائي إذا ُأغلقت الدارة به فيجري بها التيار وبالتالي يضيء الفانوس الذي يعتبر هنا أيضا كمستهلك أوكمقاومة .

أما التخطيط الكهربائي لهذه الدارة فهو كالتالي :





المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية هي القوى التي تقاوّم التيار الكهربائي . ونوعية المادة في المقاومة الكهربائية هي التي تحدد مدى وقدرة مقاومة التيار الكهربائي .

علامة المقاومة (م) ووحدة القياس آوم نسبة للعالم الألماني (جيورج سيمون آوم (1785 - 1889) . وتقاس المقاومة الكهربائية بجهاز الآوم متر.



القدرة الكهربائية

القدرة الكهربائية أو اللإستطاعة الكهربائية هي المقياس لمجموع حاصل ضرب الجهد بالتيار (حسابيا) في وحدة زمنية ( في الثانية)، العلامة (ق) الوحدة القياسية واط نسبة للعالم الإنكليزي جمس واط (1736 - 1819) .
الدرس الثاني

- الدارات الكهربائية البسيطة

- تخطيط دارات التوالي

- قانون آوم

الدارات الكهربائية البسيطة

لقد بدأنا في الدرس الأول بالدارة الكهربائية البسيطة والمكونة من فانوس وبطارية ومفتاح كهربائي، وبما أن الفانوس هو المستهلك الرئيسي ويذلك تشكل المقاومة الرئيسية في الدارة فيعتبر مقاومة


يجري التيار الكهربائي في الدارة الكهربائية المغلقة، ويتدفق خلال الأسلاك وخلال المستهلك . والسبب الدافع لهذا الاختراق هو الكمون الكهربائي لجهد المصدر (البطارية) . أما قوة أو قيمة هذا التيار فتتعلق بقيمة الجهد ، وبقيمة مقاومة المستهلك وبجودة التوصيل في الأسلاك. أما العلاقة الحسابية بين العناصر الثلاثة ، أي الجهد والتيار والمقاومة فهي كالتالي :

إذا ضربنا قيمة التيار بقيمة المقاومة ، نحصل على الجهد ، أو بالمعادلة الآومية :

الجهد = المقاومة ? التيار ج = م X ت ( جمت - للحفظ السريع)

وبالتالي يتم حل المعادلة حسب المعطيات :




تخطيط دارات التوالي

في دارات التوالي الكهربائية يمر نفس التيار الكهربائي خلال جميع المقاومات المستهلكة ولذة تكون قيمة التيار في جميع أجزاء الدائرة نفس القيمة .

أما قيمة الجهد فتتقسم على المقاومات المستهلكة ، ولذلك تسمى دارات التوالي (مجزأ أو مقسم الجهد أيضا) ، وتساوي مجموعة قيمة الجد بقيمة جهد المصدر.

أما عملية تقسيم الجهد ، فأينما وجدت مقاومة للتيار الكهربائي في الدائرة فيكون هناك انحدارا للجهد . وتكون قيمة مجموع أجزاء الجهود المنحدرة هي نفس قيمة جهد المصدر .




المسألة الأولى : مقاومتان ، واحدة م 1 = 50 ، آوم ، والثانية م2 = 70 آوم في دائرة التوالي بجهد بطارية بقيمة 12 فولت .

- ما هي قيمة مقاومة الدائرة

- ما هي قيمة التيار

- ما هي قيمة الجهود المجزئة


وتستعمل دارات التوالي عندما يكون جهد الاحتمال لأحد العناصر الكهربائي

أقل من مجموع الجهد في الدائرة .


الدرس الثالث

- تخطيط دارات التوازي

- قانون آوم

- تخطيط دارات التوازي



أن مصطلح الدارة الكهربائية يعني أن التيار فيها يمر في دائرة واحدة (مثل دارات التوالي) ، بينما أن دارات التوازي فتتكون بأكثر من دارة تيار واحدة ، وتكون موصلة بمصدر جهد واحد ، وبالتالي تكون قيمة الجهد في جميع عناصر المقاومة واحدة . وبعبارة أخرى تكون عدة عناصر مستهلكة موصلة بنفس الجهد ويمكن تشغيلها أو وقفها بطريقة مستقلة أي كلا على حدة .

في دارات التوزي (مجزئ التيار) يتجزأ التيار الكهربائي وتساوي مجموعة قيمة التيارات بقيمة تيار مصدر الجهد .

وبما أن التيار ينقسم إلى أكثر من دائرة فتكون قيمة مجموع المقاومات حسابيا أصغر من أصغر مقاومة في الدارات ، أي تكون المعدلات الحسابية كالتالي :



وربما تظهر هذه المعدلات معقدة بعض الشيء ، لكنها تتساهل بعد بعض الممارسة ، والمفروض هو تغيير وضع المعادلة كما هو مطلوب ثم وضع الأرقام بشكل صحيح . كما أن العملية الحسابية

بحد ذاتها تقوم بها حاسبات الجيب العلمية مثل :

CASIO fx 280 B .



مثال 2 : مقاومتان موصلتان بالتوازي طبقا للشكل أعلاه ، واحدة م 1 = 1,2 كيلوآوم (1200 آوم) ، والمقاومة الثانية م2 = 680 آوم .

ما هي قيمة مجموع مقاومة لهذه الدائرة ؟
قانون آوم

يعالج قانون آوم العلاقة والارتباط بين الجهد والتيار والمقاومة الكهربائية ، وتتضمن معظم المعادلات بما فيها ما تم استعماله هذا القانون ، فلو وضعنا مقاومة متغيرة ، (مفتاح مقوم ، معيّـر مقاومة) وثبتنا القيمة المقاومة فيه ثم وصلنه بمصدر جهد قابل للتغيير ، ثم غيرنا قيمة الجهد من الصفر فصاعدا ، وخلال ذلك قمنا بقياس الجهد والتيار في المقاومة ، فسنجد أنه بارتفاع قيمة الجهد ترتفع قيمة التيار بنفس العلاقة . أي حينما تكون قيمة المقاومة ثابتة ترتفع قيمة التيار مع الجهد بشكل خطي .

وتستعمل دوائر التوازي مثلا في : مصابيح الإضاءة الصغيرة ، الأجهزة الكهربائية المنزلية ، المحركات الكهربائية التي توصل بالشبكة الكهرباء العامة لأنها تحتاج إلى نفس القيمة من الجهد ، كما توصل مولدات الجهد التي تحتاج إلى نفس القيمة من الجهد بالتوازي .

الدرس الرابع



- الدوائر الكهربائية المختلطة (توالي وتوازي)

- المقاومات ، قدرتها ، وأشكالها

- المقاييس والأحجام الدولية

الدوائر المختلطة

كثيرا ما تستعمل الدوائر المزدوجة في الإليكترونيات ، دوائر التوالي ودوائر التوازي وهذه الدوائر تسمى الدوائر المختلطة أو " شبكة مقاومات" . وأبسط هذه الدوائر تتكون من ثلاثة مقاومات أنظر شكل الدوائر المختلطة.



وأبسط الدارات المختلطة، هي ما يسمى بدائرة "مجزئ الجهد محمل" التي توضح مدى هبوط الجهد عندما يُحمل ، وهي دارة على التوالي ، وتحميلها يكون على التوازي . كما نمس هنا موضوع مهم جدا في الإليكترونيات ، وهو "الملائمة" (1)، وتعني ملائمة قيمة المدخل بقيمة المخرج والأساليب الكثيرة للتوصل لها سوف تعالج مستقبلا .



أن معالجة المسائل الحسابية مهمة جدا ، بل ضرورية وتسهل الفهم والاستيعاب مستقبلا ، وإن لم تجد المسائل الملائمة فيجب حل المسائل التي طرحت بجميع الطرق ، أي للجهد المقاومة التيار و للقدرة، التوازي والتوالي .

المقاومات ، قدرتها ، وأشكالها

وقبل معالجة العناصر المتأثرة بالتردد (ابتدئا من د 6) والتي أحدثت ثورة في أجهزة اللهو وعلوم الموجة والاتصال والمكثف والملف بالأضافة للترانزيستور والصمام الثنائي فلابد من التعمق بعض الشيء بعنصر المقاومة ، قدراتها ، وأشكالها :

القدرات :

مهم جدا خلال العمل أو بناء أي لوحة كهربائية ، أن تحدد القدرة المطلوبة أولا ، وعلى هذا الاساس يجب تحديد العناصر الكهربائية . وهناك الإمكانيات متاحة لجمع العناصر الضرورية ، وذو القدرة المطلوبة . وغالبا نجد المقاومات ذو 0,5 واط ، و1 واط ، أو 2 واط ، 5 أو 10 واط .
الدرس الخامس

- الجهد المتردد والتيار المتردد

- أشكال الجهد والتيار الكهربائي

- راسم الإشارة

- استعمال راسم الإشارة

الجهد والتيار المتردد (أو المتناوب)

بجانب أهمية الجهد المستمر فللجهد المتردد أيضا أهمية كبير في حقول الكهروتقنية والإليكترونيات.

من السهل استيعاب التردد في الجهد والتيار الكهربائي عندما نوصل مقياس للفولت بمصدر جهد متردد (قياسي وليس رقمي) وأن يكون الصفر وسط المؤشر ، وأن نعير التردد ليكون منخفضا قدر الإمكان ، فسنرى أن عقرب المؤشر يترنح يمينا ويسارا . وعدد هذا التأرنحات هو تناوب القطبية في الجهد ( بين الموجب والسالب) وهي عملية التردد في الثانية الواحدة ، ويسمى هرتز (عالم ألماني 1857-1894 ). وفي معظم الشبكات الكهربائية العامة في العالم تستعمل التردد 50 هرتز(الولايات المتحدة الأمريكية واليابان 60 هرتز) .

تناوب القطبية في الثانية الواحدة يسمى "التردد" ---- الوحدة القياسية تسمى هرتز

وللجهد المتردد عدة أشكال :

- جيب الزاوية أو سينوس

- مربعات ومستطيلات

- سن المنشار … الخ

"قيمة الوسط"

ويصعب في الجهد المتردد بأشكاله أن يقاس بمقياس الجهد العادي (الفولت متر) حيث أنه يعطيك ما يسمى بالقيمة الفعالة (effective)أو المتوسطة ، ويسمى أيضاً وسط حسابي ، مثل : 70% تقريباً من جهد جيب الزاوية المتردد مثلا .

أما الموجة من القمة إلى القمة نستطيع قياسها ورايتها براسم الإشارة(الأوسيلوسكوب).




دورة الموجه

وللتعمق الضروري واللاحق في عدة عناصر كهربائية العناصر المتأثرة بالتردد (ابتدئا من د 6) أمثال :المكثف والملف والصمام الثنائي والترانزيستور، فلابد من معالجة الموجة الكهربائية باهتمام شديد.

لكل تردد موجة ، أي لكل هرتز دورة للموجة ، أي كل ثانية تمر الموجة كاملا ، وحسب التردد فلمرور دورة الموجة وقتا معيّنا ، ودوري يقاس زمنيا من البداية حتى نهاية التردد ويسمى "دورة الموجه" (Periode)

"دورة الموجه" = (د) الوحدة القياسية هي الثانية

_______________

راسم الإشارة

وبما أننا نعالج بعض الأعمدة المهمة في حقل الإليكترونيات ، وهو التردد ، والموجة ، والشكل فلابد من الدخول في قسم راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) ، لأن هذا جهاز ؤاسم الإشارة الذي نكتسب من خلاله معرفة هذه الأعمدة المهمة .

من الموسوعة :

راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) ، جهاز يبيّن إشارات او ذبذبات كهربائية سريعة التحوّل . في حقل الكهرباء هو أهم اجهزة القياس لأنه يبيّن المسار الزمني للجهد ، أي يظهر الشكل "الحالي" للجهود .