کزاز الکترونیک

طراحی وساخت مدارات ساده تا پیشرفته الکترونیک ومعرفی قطعات

در مورد الکترونیک از صفر تا صد هرچی بخوای هست
ساعت ٧:۱٩ ‎ق.ظ روز جمعه ٢٦ اردیبهشت ۱۳٩۳   کلمات کلیدی:

 


مقدمه

با توجّه به گسترش علم الکترونیک در جهان و کاربرد آن در رشته های مختلف افراد زیادی به این رشته علاقه مند شده اند.

علم الکترونیک در بسیاری از رشته های دانشگاهی مانند : کامپیوتر، پزشکی، صنایع هسته ای، روباتیک، مخابرات، صنایع نظامی و غیره کاربرد وسیع دارد و امروزه در گوشه و کنارمان وسایل الکترونیکی بسیار زیادی (مانند یخچال، مهتابی، تلفن همراه، تلویزیون و غیره) را مشاهده می کنیم به طوری که بدون آنها زندگی ما مختل می شود.

بعضی افراد فکر می کنند که یادگیری این رشته مختص مهندسان الکترونیک است و فقط آنها توانایی ساخت، طراحی و تحلیل مدار را دارند در حالی که یادگیری این رشته بسیار آسان است (البته اگر به این رشته علاقه مند باشید بسیار آسان تر است!).

هدف این بخش آموزش پلّه به پلّه ی الکترونیک است و آن را با زبانی بسیار ساده به کلیّه علاقه مندان و سایر افراد آموزش می دهد. در ضمن نکته بسیار مهم این است که این رشته حوصله بسیار زیادی لازم دارد!

 

مدار(Circuit): از به هم بسته شدن قطعات الکترونیکی مدار به وجود می آید. در واقع مدار مسیر بسته است که بار الکتریکی در آن حرکت می کند و این مسیر بسته می تواند مسیر بسته ی بین لامپ اتومبیل و باتری اتومبیل و... باشد.

 

پتانسیل: به مقدار انرژی موجود در قسمت های مختلف یک مدار پتانسیل می گویند (مثلاً اگر در یک باطری سر مثبت را به سر منفی وصل کنیم جریان از سر مثبت به سر منفی حرکت می کند چون پتانسیل سر مثبت از سر منفی بیشتر است. و یا مثلاً منبع آبی را که در ارتفاع 5 متری زمین قرار دارد در نظر می گیریم اگر دریچه این منبع را باز کنیم تمام آب منبع به زمین خواهد ریخت چون پتانسیل منبع بیشتر است و علّت سقوط اجسام نیز همین پتانسیل است).

 

ولتاژ : اختلاف پتانسیل میان دو نقطه از مدار را ولتاژ می گویند. در فیزیک ولتاژ معادل نیرو است. هرچه ولتاژ بیشتر باشد، نیرویی که جریان را حرکت می دهد، بیشتر خواهد شد (مثلاً آب دریا را در نظر می گیریم. اگر فشار آب را ولتاژ فرض کنیم، هرچه به عمق دریا نزدیک تر می شویم وزن آب زیادتر می شود، پس فشار آب هم زیادتر می شود و این معادل زیادتر شدن ولتاژ می باشد). واحد ولتاژ ولت (V) است.

 

جریان: عبور الکترونها از یک سیم را جریان می گویند. در فیزیک جریان با سرعت برابر است. هرچه جریان بیشتر باشد، سرعت عبور الکترونها از سیم بیشتر می شود. واحد جریان آمپر (A) است.

توان: حاصل ضرب ولتاژ در جریان (V×I) را توان می گویند و آن را با P نمایش می دهند و واحد آن وات (W) می باشد. در واقع توان نشان دهنده این است که در طول یک بازه ی زمانی چقدر جریان با توجّه ولتاژ مصرف می شود. به توانی که در هر لحظه مصرف می شود، توان لحظه ای می گویند و به توانی که در طول یک مدت زمانی مصرف می شود، توان متوسط می گویند.

اهم(Ohm): به مقدار مقاومت اهم می گویند و واحد آن اهم (Ω) می باشد.

 

فاراد: به مقدار ظرفیت خازن فارادمی گویند و آن را با F نمایش می دهند.

 

هانری: به مقدار ظرفیت سلف (Self) هانری می گویند و آن را با H نمایش می دهند.

 

نکات ایمنی: بعضی از قطعات الکترونیکی به هیچ وجه نباید شکسته شوند چون مواد بسیار سمّی در درون آنها وجود دارد (خازن های تانتالیوم و بعضی از ترانزیستور ها از جمله این قطعات هستند).

هنگام کار با وسایلی که با ولتاژ بالا کار می کنند و همچنین هنگام کار با ولتاژهای زیاد باید نهایت دقت را کرد، چون اگر جریان الکتریکی بیشتر از 0/015 آمپر از بدن انسان عبور کند برای او بسیار کشنده است به طوری که او دیگر نمی تواند سیم برق دار را رها کند (ایست قلبی یکی از خطرات برق گرفتگی است) و ولتاژ های بالا به راحتی این جریان را از بدن انسان عبور می دهند.


مقاومت(Resistor):

قطعه ای است که مانع از عبور جریان می شود. در واقع مقاومت مانند یک سد آب عمل کرده و جلوی عبور جریان را تا حد مشخص می گیرد (که این حد مشخص مقدار مقامت است). این قطعه معمولاْ برای کنترل جریان استفاده می شود.


انواع مقاومت :

 مقاومت ها انواع مختلفی دارند . معمول ترین و متداول ترین نوع مقاومت ها، مقاومت کربنی می باشد که قیمت بسیار پایینی (حدود 20 تومان) دارند و مقادیر آنها از چند صدم اهم تا 10 میلیون اهم است. مقاومت های لایه کربنی، لایه فلزی، اکسید فلزی و سیمی از انواع دیگر مقاومت هستند. در شکل زیر تعدادی مقاومت کربنی مشاهده می کنید:

 

مقاومت متغیر که به آن پتانسیومتر می گویند نوعی از مقاومت است که مقدارش قابل تنظیم می باشد (این نوع مقاومت ها کشویی یا  محوری  می باشند که با چرخاندن محور یا حرکت به بالا و پایین می توان مقدار مقاومت را تنظیم کرد). در شکل زیر چند مقاومت متغیر را مشاهده می کنید:

 

نوع دیگری از مقاومت، مقاومت حرارتی (ترمیستور) می باشد که مقدار آن با تغییرات دما عوض می شود. از این مقاومت دو نوع NTC و PTC وجود دارد که نوع NTC مقاومتش با افزایش دما کاهش می یابد و مقاومت نوع PTC با افزایش دما مقدارش زیاد می شود.

نوع دیگری از مقاومت، مقاومتهای آجری هستند که خیلی بزرگ هستند (به اندازه ی 10cm در 2cm) و می توانند توان های بالا را تحمل کنند و دیر داغ می شوند مانند مقاومت های 5 وات و 10 وات.

نوعی دیگر از مقاومت، مقاومت نوری (LDR) می باشد که اگر نور به آن بتابد مقدارش کم می شود به شکل زیر توجه کنید.

در این قسمت با دو کلمه خیلی مشهور آشنا می شوید :

۱) کیلو اهم(K) : کیلو اهم برابر ۱۰۰۰ اهم است مثلاْ اگر مقدار مقاومتی ۵۶ کیلو اهم باشد یعنی همان ۵۶۰۰۰ اهم است (و وقتی می گوییم یک کیلو گرم همان ۱۰۰۰ گرم است و یا یک کیلو بایت همان ۱۰۰۰ بایت است).

۲) مگا اهم(M) : مگا اهم برابر میلیون اهم است مثلاْ وقتی می گوییم مقدار مقاومتی 1.2 مگا اهم است یعنی ۱۲۰۰۰۰۰ اهم مقاومت دارد

نکته: مقاومت را در مدار با نماد  نشان می دهند و مقاومت متغیر را با نماد  نشان می دهند.

نکته: گاهی اوقات برای نمایش مقدار مقاومت مثلاً 3.6KΩ آن را به صورت 3K6 نشان داده و یا برای نمایش مقاومت1.8Ω یا 10Ω آن را به صورت 1R8 و یا 10Rنشان می دهند. در نقشه های شماتیک (schematic) مقاومت را با حرف R نشان می دهند.


تشخیص مقدار مقاومت:

برای تشخیص مقدار مقاومت به حلقه های رنگی روی بدنه آن توجّه می کنیم مقاومت ها چهار یا پنج حلقه رنگی روی بدنه خود دارند ؛ در مقاومت هایی با چهار حلقه رنگی حلقه اوّل و دوم نشان دهنده عددی است که با توجّه به جدول می توان مقدار آن را مشخص کرد ؛ حلقه سوم مضربی از ده می باشد(0/01، 0/1، 1، 10، 100، 1000، 10000 و...) که با رنگ خاصی مشخص می شود؛ حلقه چهارم نیز درصد خطای مقاومت را نشان می دهد. (به جدول های زیر توجّه کنید) :

جدول 1

سیاه 0
قهوه ای 1
قرمز 2
نارنجی 3
زرد 4
سبز 5
آبی 6
بنفش 7
خاکستری 8
سفید 9

جدول 2
نقره ای 0/01×
طلایی 0/1×
سیاه
قهوه ای 10×
قرمز 100×
نارنجی 1000×
زرد 10000×
سبز 100000×
آبی 1000000×

جدول 3
قرمز 2% خطا
طلایی 5% خطا
نقره ای 10% خطا
بدون حلقه ی رنگی 20% خطا


جدول 4

قهوه ای 1% خطا
قرمز 2% خطا
طلایی 5% خطا
نقره ای 10% خطا
بدون حلقه ی رنگی 20% خطا

همان طور که مشاهده می کنید جدول 1 مقدار دو حلقه اوّل مقاومت چهار حلقه را نشان می دهد و جدول 2 مقدار حلقه سوم و جدول 3 مقدار حلقه چهارم را نشان می دهد. لازم به ذکر است که حلقه چهارم فاصله بیشتری نسبت به سایر حلقه ها دارد.

در مقاومت های پنج حلقه حلقه اوّل، دوم و سوم نشان دهنده عددی می باشند، حلقه چهارم مضربی از ده است و حلقه پنجم نیز درصد خطای مقاومت را نشان می دهد.جدول 1 مربوط به سه حلقه رنگی اوّل در مقاومت پنج حلقه می باشد و جدول 2 مربوط به حلقه چهارم مقاومت پنج حلقه و جدول 4 مربوط به حلقه پنجم می باشد و همیشه حلقه پنجم در مقاومت پنج حلقه از بقیه ی حلقه ها فاصله ی بیشتری دارد.


نکته: اگر مقاومت بیش از اندازه گرم شود ممکن است مقدار آن (که بر حسب اهم است) تغییر پیدا کند و یا در بدترین شرایط آتش بگیرد!


نکته: مقدار توان یک مقاومت برحسب معیار استانداردی سنجیده می شود و این توان بر حسب وات (W) است توانهای معمول در مقاومت ها 1/32 وات، 1/16 وات، 1/8 وات، 1/4 وات ،1/2 وات، 1وات به بالا می باشد. در شکل زیر از چپ به راست دو مقاومت اوّل 1/8 وات، دو مقاومت دوم 1/4 وات، دو مقاومت سوم 1/2 وات، مقاومت هفتم 1W و مقاومت هشتم 2W می باشند که در کنار یک LED قرار دارند (LED در ادامه تعریف شده است).

 

نکته: هرچه توان مقاومت بیشتر شود، اندازه ی آن  بزرگتر می شود.

در مثال های زیر نحوه تشخیص حلقه ها را می بینید:

در شکل های زیر مقدار مقاومت را مشخص کنید:

 

در شکل بالا حلقه قرمز رنگ (حلقه ی اوّل) نشان دهنده عدد2، حلقه زرد (حلقه ی دوم) نشان دهنده عدد 4، حلقه قهوه ای (حلقه ی سوم) نشان دهنده عدد1 و حلقه ی چهارم که با سایر حلقه ها فاصله بیشتری دارد (حلقه قهوه ای رنگ)، نشان دهنده درصد خطای 1% است. پس مقدار این مقاومت برابر 240Ω با خطای 1% است.

 

شکل بالا نشان دهنده مقاومت 5 حلقه می باشد و همان طور که مشاهده می کنید حلقه پنجم (قرمز رنگ) که نشان دهنده خطای 2 % مقاومت است با سایر حلقه ها فاصله بیشتری دارد. حلقه قهوه ای رنگ نشان دهنده عدد 1، دو حلقه سیاه بعد از آن نشان دهنده عدد صفر و حلقه سیاهی که به حلقه قرمز نزدیک تر است نشان دهنده عدد1 است. پس این مقاومت مقدارش 100Ω با خطای 2% است.

 

شکل بالا مقاومت 6/5 کیلو اهم با خطای 5% را نشان می دهد.

 

 شکل بالا مقاوت 6/5 کیلو اهم با خطای 20% نشان می دهد.


 سؤال: توان در مقاومت چیست؟

وقتی که جریان از درون مقاومت عبور می کند، این قطعه شروع به داغ شدن می کند (مقداری از جریان تلف می شود و به گرما تبدیل می شود). در این صورت هرچه ولتاژ اعمال شده به مقاومت بیشتر باشد، گرمای تولید شده هم بیشتر خواهد شد. بنابراین برای مقاومت ها توان تعریف می کنیم و توان یک مقاومت میزان تحمل گرما توسط مقاومت را نشان می دهد هرچه توان مقاومتی بیشتر باشد، اندازه ی آن مقاومت بزرگتر می شود و می تواند بهتر گرمای خود را به محیط اطراف منتقل کند.


خازن (Capacitor):

خازن: قطعه ای است که در خود انرژی ذخیره می کند (ولتاژ را ذخیره می کند). خازن مانند مقاومت، انواع مختلفی دارد. متداول ترین نوع خازن، خازن الکترولیتی و سرامیکی می باشد که قیمت بسیار پایینی دارد (حدود 40 تومان برای خازن سرامیکی و 120 تومان برای خازن الکترولیتی).


نکته: هرچه ظرفیت خازن و یا ولتاژ کار خازن بیشتر شود، قیمتش نیز بیشتر خواهد شد.


خازنهای سرامیکی ظرفیت بسیار کمی دارند (مشهور ترین نوع خازن سرامیکی خازن عدسی است که شبیه به عدس است). در شکل زیر چند خازن عدسی می بینید:

 

خازنهای لایه فلزی، تانتالیوم (این نوع خازن قیمت بالایی دارد و بسیار سمّی است و به هیچ وجه نباید شکسته شود)، میکا، پلی استیرن، پلی کربنات، پلی پیروپیلن و پلی استر از انواع دیگر خازن هستند.

خازن را در نقشه های شماتیک با حرف C نشان می دهند و خازن غیر قطبی را با نماد  و خازن متغیر را با نماد  و خازن قطبی (مانند خازن الکترولیتی) را با نماد  یا  نمایش می دهند.


نکته: در بعضی از کتاب های قدیمی به خازن ظرفیت می گویند.


معرفی چهار واحد بسیار مشهور:

1)میلی (m): میلی یعنی هزارم (10 به توان 3-). مثلاً وقتی می گوییم یک میلی متر یعنی یک هزارم متر و وقتی می گوییم ده میلی فاراد یعنی 0.010 فاراد.

2)میکرو (m): میکرو یعنی میلیونیوم (10 به توان 6-). مثلاً 3.6mF یعنی 0.0000063 فاراد.

3)نانو (n): نانو یعنی میلیاردیوم (10 به توان 9-). مثلاً 3nF یعنی 0.000000003 فاراد.

4)پیکو (p): پیکو یعنی تریلیونیم (10 به توان 12-). مثلاً 63pF یعنی 0.0000000000634 فاراد.


تشخیص مقدار خازن ها:

خازنهای الکترولیتی ظرفیت بسیار بالایی دارند که این ظرفیت بر روی بدنه شان نوشته شده است (بر حسب µF). این نوع خازنها قطبی هستند یعنی دارای سر مثبت و سر منفی هستند که معمولاً سر منفی بر روی بدنه خازن مشخص شده است و باید دقت کرد که سر منفی و مثبت اشتباه وصل نشوند چون در این صورت مایع الکترولیت داخل آن به گاز تبدیل می شود و احتمالاً باعث منفجر شدن خازن می شود و یا آن کاز از خازن خارج می شود در این صورت ظرفیت خازن تا حد زیادی کم خواهد شد و دیگر خازن به درد نمی خورد. در شکل زیر چند خازن الکترولیتی را می بینید:

 

 همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، ظرفیت خازن و حداکثر ولتاژ کارش بر روی بدنه ی خازن نوشته می شود. به سر منفی مشخص شده بر روی بدنه ی خازن توجّه کنید.

 

نکته: هرچه ولتاژ کار و ظرفیت خازن الکترولیتی بیشتر شود، اندازه ی آن بزرگتر خواهد شد (شکل بالا را مشاهده کنید).


نکته: خازن های جدید از نظر حجمی کوچکتر از خازن های قدیمی با همان ظرفیت هستند مثلاً خازن 50V/1µF را در نظر می گیریم، نوع جدید این خازن کمتر از نوع قدیمی همین خازن حجم دارد.

در خازن های عدسی و پلی استر معمولاً عدد 1، 2 یا 3 رقمی بر روی بدنه آنها درج شده است که مقدار ظرفیت این نوع خازن را مشخص می کنند و نحوه تشخیص ظرفیت بدین صورت است: اگر عدد 1 یا 2 رقمی بر روی بدنه این خازنها درج شده بود همان عدد مقدار ظرفیت خازن بر حسب pF(پیکو فاراد)، و اگر عدد 3 رقمی بر روی بدنه آنها نوشته شده بود، (مثلاً 223) دو رقم سمت چپ را می نویسیم (یعنی 22) و به جای شماره رقم سمت راست صفر می گذاریم (یعنی 22000) و این عدد بیانگر مقدار خازن بر حسب pF است. در شکل زیر چند خازن پلی استر مشاهده می کنید:

  

نکته مهم: همه ی خازن ها و مقاومت ها مقدار استانداردی دارند. مثلاً مقاومت 35Ω هرگز ساخته نشده است و فقط مقدار استاندارد 36Ω، 33Ω و 39Ω وجود دارد و یا خازن 11uF وجود ندارد و فقط خازن 10uF وجود دارد.


نکته: بر روی بدنه بعضی از خازنها(ترجیحاً قدیمی) اعداد رنگی مانند مقاومت ها چاپ می شود که مقدار ظرفیت خازن را مشخص می کنند که از پرداختن به آنها خودداری می کنیم.


سلف(Self):

قطعه ای است که انرژی در میدان مغناطیسی خود ذخیره می کند (جریان را ذخیره میکند). در شکل زیر چند نوع سلف مشاهده می کنید:

 

نکته: در شکل زیر نوعی سلف مشاهده می کنید که بسیار شبیه مقاومت است و تفاوت آن با مقاومت در این است که قسمت میانی آن فشردگی بیشتری نسبت به مقاومت دارد.

 

نیمه هادی ها (Semiconductors):

قطعاتی هستند که از وسایل نیمه رسانا (مثل سیلیکون[Si]، ژرمانیوم[Ge] و...) ساخته شده اند. نیمه هادیها اصل انقلاب الکترونیک دیجیتال (رقمی) را تشکیل می دهند و انواع بسیار مختلفی دارند مانند: دیود، ترانزیستور، تریستور، ترایاک، دایاک و آی سی.


1)       دیود(Diode):

دیود: قطعه ای است که جریان برق را از یک طرف عبور میدهد(بعداْ می گوییم از یک طرف یعنی چه؟). دیود ها انواع مختلفی دارند مانند LED و غیره که ادامه به شرح آنها می پردازیم. (شکل زیر را ببینید).

 

نکته: قسمت بالای دیود ها در شکل بالا کاتد آنها را نشان می دهد (کاتد سر منفی دیود است که با یک خط در دیود مشخص می شود).

همان طور که درقبلا گفته شد، دیود جریان را یکسو می کند. دیود ها انواع گوناگونی دارند. دیود زنر، دیود سیلیکونی، دیود ژرمانیوم و فتو دیود، از انواع دیود هستند. فتودیودها (Photo Diode) که به آنها دیود نوری گفته می شود، وقتی نور به آنها بتابد، جریان را از خود عبور می دهند.


معرفی (Light Emission Diod) LED

LED ها نیز نوعی دیود هستند که به آنها دیود نورانی می گویند و از از خود نور تولید می کنند (نورهای مادون قرمز، قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، سفید و ماورای بنفش از جمله نور های تولید شده LEDهستند).. در شکل زیر چند عددLED مشاهده میکنید:

 

لازم به ذکر است که حداکثر جریان قابل تحمل LED ،50mA است (اگر جریان LED را زیاد کنیم، نور آن بیشتر می شود ولی از جریان 20mA به بعد، تغییر محسوسی در افزایش نور آن مشاهده نمی- شود) و اگر جریان بیشتر از 50mA از LEDبگذرد، LED می سوزد و برای جلوگیری از این حالت، باید LED را با یک مقاومت سری کنیم. مثلاً ولتاژ لازم برای روشن شدن LED قرمز حدود 2.1 ولت می باشد و اگر ما بخواهیم این LED را با ولتاژ 4 ولت روشن کنیم و مصرف جریان LED ،20mAباشد، به مقاومتی به میزان زیر نیاز داریم:

(4-2.1)/20mA=95 ohm

که این مقاومت باید با LED سری شود (چون این مقاومت را نداریم، از مقاومت استاندارد 100 اهم استفاده می کنیم) و در حالت کلّی مقدار این مقامت به صورت زیر بدست می آید:

مقدار مقاومت لازم بر حسب اهم=(جریان مورد نظر برای LED)÷[(ولتاژ لازم برای روشن شدن LED)-(ولتاژ اعمال شده به LED)]

نکته: هر چقدر رنگ LED به سمت ماورای بنفش میل می کند، ولتاژ لازم برای روشن شدن LEDبیشتر می شود (مثلاً LED های ماورای بنفش برای روشن شدن، به حدود 7/3 ولت نیاز دارند).

نکته: انواع اندازه ی LED: LED ها اندازه های مختلفی دارند که این اندازه طول قسمت پلاستیکی LED می باشد که بر حسب میلی متر است.متداول ترین این اندازه ها 1mm، 2mm، 4mm و 8mm می باشند.برای تشخیص پایه ی کاتد و آند در LED به ادامه ی این بخش مراجعه کنید. در شکل های بالا LED پنج میلیمتری را مشاهده می کنید.


سؤال: دیود سیلیکونی و دیود ژرماتیوم چیست؟

دیود سیلیکونی از سیلیسیوم (Si) ساخته می شود و دیود ژرمانیوم نیز از ژرمانیوم ساخته می شود. این نوع دیودها انواع گوناگونی دارند مانند دیود شاتکی، دیود زنر و... . حدود 25 درصد مواد سازنده ی زمین را سیلیکون تشکیل می دهد؛ امّا استخراج آن به صورت خالص بسیار دشوار است. سیلیکون در دمای بالا حدود 1400 درجه سانتی گراد و هنگام ذوب شدن در کوره، نسبت به مواد دیگر واکنش بسیار نشان می دهدو بیشتر مواد موجود در کوره را جذب می کند. کاربرد دیود ژرمانیوم کمتر از دیود سیلیکون است.


سؤال: کاتد و آند در دیود چیست؟

به سری از دیود کاتد می گویند که به قطب منفی وصل می شود و به سری از دیود آند می گویند که به قطب مثبت وصل می شود.

در بیشتر دیودها پایه ی کاتد را علامت گذاری می کنند تا از پایه ی آند تشخیص داده شود (مانند حلقه های رنگی مقاومت ها). در دیود های معمولی پایه کاتد را با یک خط مشکی نشان می دهند که به صورت  است. دیود معمولی ممکن است دیود شاتکی، دیود زنر و یا هر دیود سیلیکونی یا دیود ژرمانیوم باشد (به غیر از دیود قدرت و LED) که آنها را در ذیل تعریف کرده ایم. اگر در دیود، کاتد و آند را به همین تر تیبی که گفته شد به منبع وصل کنیم، به شرط اینکه ولتاژ لازم برای روشن شدن دیود کافی باشد(در دیود سیلیکونی معمولی این ولتاژ 0.7V و در دیود ژرمانیوم 0.3V می باشد)، جریان قابل توجّهی از دیود عبور می کند و در این صورت می گوییم دیود به حالت هدایت رفته است (یا می گوییم دیود در بایاس مستقیم قرار دارد) یعنی از خود جریان عبور می دهد.


سؤال: ولتاژ شکست (ولتاژ بایاس معکوس) در دیود چیست؟

اگر در دیود کاتد و آند را بر عکس به برق وصل کنیم (یعنی سر کاتد را به قطب مثبت وصل کنیم و سر آند را به قطب منفی وصل کنیم) هر چقدر ولتاژ بالا باشد، جریان کمی دیود عبور می کند (که به این جریان، جریان اشباع معکوس می گویند) تا اینکه به ازای یک ولتاژ بالا (حدود 800 ولت برای دیود سیلیکون و 300V برای دیود ژرمانیوم) ناگهان جریان زیادی از دیود عبور می کند که به آن ولتاژ شکست دیود می گویند. یعنی در این ولتاژ دیود دیگر جریان را یکسو نمی کند و کل برق را از خود عبور می دهد. در این حالت ممکن است که دیود بسوزد.

 

نکته: در دیود های معمولی جریان اشباع معکوس در حد µA می باشد و به ازای هر 10˚C مقدار آن 2 برابر می شود. هرچه اندازه ی دیود بزرگتر باشد، جریان اشباع معکوس بیشتر می شود مثلاً در دیود قدرت جریان اشباع معکوس در حد mA می باشد.


نکته: دیود المان (یا همان قطعه) غیر قابل کنترل می باشد؛ یعنی روشن شدن و خاموش شدنش در اختیار ما نیست، یک دیود با ولتاژ مناسب (حدود 0.7V ولت) روشن می شود و زمانی خاموش می شود که جریان عبوری از آن صفر شود.


سؤال: برق متناوب (AC) چیست؟

برق مستقیم (DC) را ادیسون اختراع کرد (ولی در اصل کاشف برق DC ایرانیان بوده اند) ولی برق متناوب را دانشمندی به نام نیکولا تسلا ابداع کرد. برق متناوب، برقی است که در یک لحظه مثبت و در لحظه ای دیگر منفی است (چه از نظر ولتاژ وچه از نظر جریان). کار دیود این است که فقط قسمت منفی (یا مثبت) برق متناوب را از خود عبور می دهد. (مگر در حالتی که دیود دچار شکست شده باشد که در این صورت تمام برق متناوب را از خود عبور میدهد).


نکته: ولتاژ و جریان برق AC را می توان به راحتی و با استفاده از ترانس (که در ادامه تعریف شده است) کم یا زیاد کرد ولی ولتاژ و جریان برق DC را به همین سادگی نمی توان تغییر داد و باید از مدار های خاصی برای این کار استفاده کنیم.


سؤال: دیود محافظ چیست؟ در بعضی از مدارها دو سر + و – باتری، نباید اشتباه وصل شود (قطبیت معکوس نداشته باشد) چون در این صورت ممکن است که مدار آسیب ببیند دیود محافظ جلوی این اتفاق را می گیرد.

ظرفیت خازنی دیود: در اکثر دیودها کمی ولتاژ در دیود ذخیره می شود (مانند خازن) که به این ولتاژ ظرفیت خازنی دیود می گویند.


سؤال: دیود زنر چیست؟

دیود زنر دیودی است که ولتاژ معکوس را دائماً ارائه می کند. مثلاً دیود زنر 3.6V را در نظر می گیریم این دیود اگر به برق 12V وصل شود ولتاژ خروجی آن فقط 3.6V خواهد بود. دیود زنر را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند و پایه ی آند و کاتد آن را نیز مشاهده می کنید. دیود زنر به صورت معکوس در مدار قرار می گیرد یعنی باید کاتد آن را به قطب مثبت و آند آن را به قطب منفی وصل کرد و در غیر این صورت، این دیود مانند دیود معمولی عمل می کند.


سؤال: دیود شاتکی چیست؟

وقتی دیود در حالت هدایت به سر می برد برای رفتن به حالت عدم هدایت مدت زمانی لازم دارد که به خاطر ظرفیت خازنی دیود است. در دیود شاتکی که اتصال بین یک نیمه رسانا و یک فلز صورت می گیرد، این ظرفیت خازنی تا حدود زیادی کم شده است. کاربرد این دیود در آشکار سازها و سوئیچ های سریع است. سرعت قطع و وصل این دیود به مراتب بیشتر از دیود معمولی می باشد چون این دیود از اتصال بین یک نیمه هادی و یک فلز ساخته می شود و به دلیل اینکه بارهای الکتریکی در فلز راحت تر از نیمه هادی جابه جا می شوند، در نتیجه سرعت قطع و وصل این دیود بیشتر است. در این دیود ولتاژ کمتری روی آند-کاتد آن افت می کند (حدود 0.2V). ولتاژ شکست دیود شاتکی کمتر از دیود سیلیکونی می باشد بنابراین از آن در مدارهایی با ولتاژ کم و جریان زیاد استفاده می کنیم. دیود شاتکی را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند که پایه ی کاتد و آند آن را نیز مشاهده می کنید.


سؤال: تانل دیود چیست؟

تفاوت این دیود با دیود های عادی، در چگالی بالای ناخالصی در نیم رساناها است. سرعت قطع و وصل این دیود بسیار سریع است. این دیود در ولتاژهای خاصی دارای مقاومت منفی (به مقاومتی منفی می گویند که به مدار توان می دهد) است. تانل دیود را در نقشه های شماتیک با   نمایش می دهند که پایه ی کاتد و آند آن نیز در شکل مشخص است.


دیود های قدرت: این دیودها مانند دیودهای معمولی است با این تفاوت که این دیود ها می توانند گذر جریانی از 6 آمپر تا 250 آمپر را تحمّل کنند و اندازه این دیودها نسبت به دیود معمولی بسیار بسیار بزرگتر است. در این دیود ها جریان اشباع معکوس در حد mA است و ولتاژ شکست دیود قدرت از دیود معمولی بیشتر می باشد (حدود 1500V). در حالت بایاس مستقیم دیود قدرت حدود 2V افت ولتاژ بر روی آند-کاتدش ایجاد می شود.


دیود واراکتور: به دیودی که ظرفیت خازنی آن مورد استفاده قرار گیرد، دیود واراکتور می گویند. در این دیود با تغییر ولتاژ معکوس، ظرفیت خازنی اش تغییر می کند بنابراین به عنوان خازن متغیر با ولتاژ عمل می کند و کاربرد آن در تنظیم خودکار گیرنده های رادیویی است و محدوده ظرفیت این دیودها حدود 2500 پیکو فاراد است. دیود واراکتور را با   یا  نمایش می دهند که پایه ی کاتد و آند آن را در شکل مشاهده می کنید.


فتو دیود (Photo Diode): به دیودی می گویند که جریان اشباع معکوس با شدت نور تابیده شده به سطح آن تقریباً متناسب است. بنابراین از آن به عنوان آشکار ساز نوری استفاده می شود. فتو دیود به صورت معکوس در مدار قرار می گیرد. به فتو دیود، دیود نوری نیز می گویند (آن را با دیود نورانی LED اشتباه نگیرید چون به LED دیود نورانی می گویند و به فتو دیود، دیود نوری می گویند).

فتو دیود را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند که پایه ی کاتد و آند آن را در شکل مشاهده می کنید.


نکته: در نقشه های شماتیک کلیّه ی دیودها را با نام D و فتودیود را با نام PD مشخص می کنند.

نکته: دیود ها انواع دیگری نیز دارند مانند دیود وارون، دیود گان، دیود پین و دیود لیزری.

نکته: هدف از سری کردن دیودها، افزایش ولتاژ شکست دیود و نیز هدف از موازی کردن دیودها، افزایش جریان عبوری از آنهاست.


سؤال: فرکانس چیست؟

به تغییراتی که متحرک در یک ثانیه انجام می دهد فرکانس می گویند و واحد آن نیز هرتز (Hz) می باشد. مثلاً قتی می گوییم فرکانس برق شهر 50Hz است به این معناست که ولتاژ و جریان برق شهری در یک ثانیه 50 بار مثبت، 50 بار منفی و 100 بار برابر صفر است.


سؤال: هدف از سری یا موازی کردن دیود ها چیست؟

هدف از سری کردن دیود ها افزایش ولتاژ شکست آنها و هدف از موازی کردن دیود ها افزایش جریان عبوری از آنها در حالت بایاس مستقیم می باشد.

نکته: یکسو کننده ها (Rectifiers) انواع دیگری هم دارند مانند یکسو کننده قوس جیوه ای، یکسو ساز سلنیوم، یکسو ساز اکسید مس و...


2)       ترانزیستور (Transistor):

قطعه ی بسیار مهمی است که در بیشتر مدارها (مانند مدارهای صوتی ، تقویت کننده ها و ...) استفاده می شود و همچنین می توان به عنوان کلید از آن استفاده کرد. در شکل زیر تعدادی ترانزیستور مشاهده می کنید.

 

ترانزیستور در سال 1948 ساخته شد (توسط جان باردین، والتر براتین و ویلیام شاکلی) که نامش از ادغام دو کلمه ی Transfer(حمل و نقل) و ) Resistor مقاومت) گرفته شده است. در 23 سپتامبر 1947 جان باردین (John Braden)، والتر براتین (Walter Britain) و ویلیام شاکلی(William Shockley) برای اوّلین بار نشان دادند که قطعه ای نیم رسانا به نام ترانزیستور می تواند خاصیت تقویت کنندگی داشته باشد. البته این قطعه مشکلاتی هم داشت که قابل پیش بینی نبود. شاکلی به تحقیقات خود ادامه داد و در سال 1951 اوّلین ترانزیستور پیوندی قابل اطمینان خود را به جهان عرضه کرد و در سال 1956 هر سه نفر آنها به طور مشترک جایزه ی نوبل در فیزیک را به خاطر کشف خود گرفتند و در سال 1972 باردین موفّق شد دومین جایزه ی نوبل را به خاطر تحقیق بر روی ابر رسانایی دریافت کند. شاکلی در سال 1955 آزمایشگاه های بل را ترک کرد تا شرکت خود را در زمینه ی نیمه رساناها در نزدیکی خانه اش در پالتو آلتو راه اندازی کند، لذا شروع به استخدام افراد کرد. البته او در استخدام افراد بسیار سختگیر بود و تنها افراد جوان، پرشور و با استعداد را استخدام می کرد. شرکت در مسیر موفّقیت گام بر می داشت ولی اکثر کارکنان آن نمی توانستند رفتار نا متعارف شاکلی را در مورد پرداخت حقوق تحمّل کنند. دو سال بعد، هشت تن از زبده ترین کارمندان شاکلی شرکت وی را ترک کردند. این هشت تن که شاکلی آنها را هشت خائن می نامید، شرکتی به نام فیر چایلد (Fairchild) را تأسیس کردند که تنها چند ساختمان دورتر از آن شرکت بود. بنیان گذاران فیر چایلد بیش از پنجاه شرکت دیگر تأسیس کردند. یکی از بزرگترین آنها را رابرت نویس (Robert Nonce) و دو نفر از گروه هشت نفری فیر چایلد راه اندازی کردند. آنها نام این شرکت را اینتل (Intel مخفف Intelligence است) گذاشتند.


نکته: در تمام نقشه های شماتیک ترانزیستور را با نام Tr یا T و یا Q نمایش می دهند.

ترانزیستورها انواع مختلفی از نظر نوع و کارکرد دارند. از معمول ترین ترانزیستورها از نظر کارکرد می توان به ترانزیستور های قدرت، ترانزیستورهای صوتی، ترانزیستورهای دارلینگتون، ترانزیستورهای فرکانس متوسط، ترانزیستورهای بَی دَیرِکشنال (Bay Directional یا همان ترانزیستورهای دوجهتی)، ترانزیستورهای ولتاژ بالا، ترانزیستورهای سوئیچی (کلیدی) و بسیاری دیگر اشاره کرد.


نکته: ترانزیستورهای قدرت همانطور که از نامشان پیداست برای کار در جریانهای زیاد طراحی شده اند و به شدت داغ می شوند و برای جلوگیری از بیشتر داغ شدن آنها، آنها را روی خنک کننده (Heat sink های آلومینیومی که نمونه ی آنها را در داخل کامپیوتر و روی CPU می توانید مشاهده کنید) نصب می کنند. این ترنزیستورها بزرگ هستند و جریانی از 1 آمپر و گاهی تا 100 آمپر را از خود عبور می دهند.


سؤال: رادیاتور در ترانزیستور چیست؟

رادیاتور همان خنک کننده است که گرمای ترانزیستورهای قدرت را منتقل می کند. به خنک کننده هیت سینک (Heat Sink) می گویند. ترانزیستورهای قدرت معمولاً بدنه کاملاً فلزی و یا نیمه فلزی دارند تا بتوانند گرما را به خوبی منتقل کنند (به هیت سینک).


انواع ترانزیستورها از نظر نوع:

1) ترانزیستورهای تک قطبی:

این نوع ترانزیستورها از سه پایه ی امیتر (Emitter)، بیس 1 (Base 1) و بیس 2 تشکیل شده است که به آن ترانزیستور تک پیوندی یا دیود با بیس دوتایی می گویند. ترانزیستور 2N2646 نمونه ای از این ترانزیستورها است.


2) تراتزیستورهای دوقطبی (BJT=Bipolar Junction Transistor):

این نوع ترانزیستور ها از سه پایه به نام های: 1) امیتر (Emitter)، 2) کلکتور (Collector) و 3) بیس (Base) تشکیل شده اند که در نقشه های شماتیک پایه ی امیتر را با حرف E، پایه ی کلکتور را با حرف C و پایه ی بیس را با حرف B نشان می دهند. این ترانزیستور دارای دو نوع مثبت (PNP) و منفی (NPN) می باشد و نوع منفی آن را در نقشه های شماتیک با نماد  نمایش می دهند و نوع مثبت آن را با نماد  نمایش می دهند.


نکته: ترانزیستور BJTالمانی تمام کنترل شده می باشد به این صورت که با جریان بیس خاموش و روشن می شود و در ترانزیستور NPN اگر جریان مثبتی را توسط ولتاژ بیس مثبت به ترانزیستور اعمال کنیم، در این صورت از کلکتور به امیتر این ترانزیستور جریان زیادی می گذرد که مقدار آن به ضریب تقویت ترانزیستور (hFE یا همان ß) بستگی دارد؛ مثلاٌ اگر جریان 10µA را به بیس ترانزیستور NPN وارد کنیم، در صورتی که ضریب تقویت ترانزیستور 1000 باشد، از کلکتور به امیتر این ترانزیستور جریان زیادی به اندازه ی 1000 برابر جریان بیس (به اندازه ی hFEبرابر جریان بیس) جاری خواهد شد. اگر در ترانزیستور NPNجریان از بیس بکشیم، ترانزیستور خاموش می شود. در ترانزیستور PNP اگر جریان از بیس بکشیم (توسط اعمال ولتاژ منفی به پایه ی بیس)، از امیتر به کلکتور آن جریان زیادی به اندازه ی hFEبرابر جریان بیس جاری خواهد شد. ترانزیستور PNP عکس ترانزیستور NPN عمل می کند.


نکته: هنگام روشن شدن ترانزیستور می گوییم که ترانزیستور به حالت هدایت رفته است (یعنی از خود جریان عبور می دهد).


نکتهدر ترانزیستور NPN، جریان بسیار کمی در حد چند میکرو آمپر از پایه ی امیتر (E) به سمت کلکتور (C) جاری می شود که مقدار آن به دما و ولتاژ ترانزیستور بستگی دارد که به این جریان، جریان اشباع معکوس می گویند.در ترانزیستور PNP نیز این جریان از پایه ی C به پایه ی E جاری می شود که به این جریان نیز جریان اشباع معکوس می گویند.


نکته: در داخل ترانزیستورهای دارلینگتون دو ترانزیستور BJT قرار دارد و این ترانزیستورها دو نوع NPN و PNP دارند که نوع PNP آن را با  نمایش داده و نوع NPN آن را با  نمایش می دهند.


3) ترانزیستور های اثر میدانی (FET=Field-Effect Transistor):

عملکرد این ترانزیستور با ترانزیستور BJTکاملاً متفاوت است

این ترانزیستور از دو نوع n-کانال و p-کانال تشکیل شده است.

بعضی از ترانزیستور های اثر میدانی (FET ها) دارای سه پایه و برخی دیگر دارای چهار پایه می باشند.


نکته: ترانزیستور های FET هم المانهای تمام کنترل شده می باشند به این صورت که روشن و خاموش شدن آنها به ولتاژ گیت-سورس (VGS) انجام می شود. در FET های n-کانال اگر ولتاژ گیت نسبت به سورس بیشتر شود(VGS>0)، ترانزیستور روشن می شود و در غیر این صورت ترانزیستور خاموش خواهد ماند و در FET p-کانال این قضیه برعکس می باشد.


در FET های سه پایه، این سه پایه عبارتند از:

1) گیت (Gate)، 2) درین (ِDrain) و 3) سورس (Source)

و پایه ی گیت را با حرف G، پایه ی درین را با حرف D و پایه ی سورس را با حرف S نشان می دهند.

نوع منفی FET های سه پایه منفی را با  نمایش داده و نوع مثبت آن را با  نمایش می دهند.

در FET های چهار پایه علاوه برسه پایه ی بالا یک پایه ی بیس نیز وجود دارد و آن را با حرف B نشان می دهند.

FET های چهار پایه نیز از دو نوع n-کانال و p-کانال تشکیل شده اند و دارای دو مد تهی و افزایشی می باشند که در مد تهی، نوع n را با  نمایش می دهند و نوع p را با  نمایش می دهند و در مد افزایشی نوع n را با  نمایش می دهند و نوع p را با  نمایش می دهند.


تشخیص پایه های ترانزیستور:

معمولاً در هر ترانزیستور ترتیب چیدمان پایه های ترانزیستور، در هر ترانزیستور فرق دارد و باید با توجّه به عکس های راهنما این پایه ها را از هم تشخیص داد. مثلاً ترانزیستور C1959 را در نظر می گیریم و ترتیب پایه های آن به صورت  می باشد. (برای تشخیص درست پایه های هر ترانزیستور به کتابهایی با نام کلی مشابهات ترانزیستورها مراجعه کنید. در این کتب ترتیب چیدمان پایه های ترانزستورها مشخص شده است).


نکته: ترانزیستور BJT سرعت قطع و وصل (خاموش و روشن شدن) کمتری نسبت به ترانزیستور FET دارد زیرا ترانزیستور BJT با جریان فرمان می گیرد (یعنی با جریان خاموش و روشن می شود) در حالی که ترانزیستور FET با ولتاژ خاموش و روشن می شود و چون BJT با جریان فرمان می گیرد، باعث ایجاد تلفات در ترانزیستور می گردد ولی در ترانزیستور FETتلفات نداریم.


نکته: عیب ترانزیستور FET این است که جریان عبوری از آن (جریان عبوری از درین-سورس) کم است بنابراین دانشمندان سعی کردند تا ترانزیستور دیگری بسازند که هم جریان عبوری آن مانند BJT زیاد باشد و هم سرعت قطع و وصل آن مانند FET زیاد باشد بنابراین IGBT که ترکیبی از BJT و FET می باشد و فناوری پیشرفته تری نسبت به BJT و FET دارد ساخته شد البته قیمت IGBT بسیار بیشتر از BJT می باشد (در حدود 3 برابر).


3) تریستور (Thyristor):

این قطعه از وصل شدن چهار نیمه هادی (دو نیمه هادی مثبت و دو نیمه هادی منفی) تشکیل شده است که دارای دو یا سه یا چهار پایه می باشد. کاربرد این قطعه در قطعات سوئیچینگ وکنترل توان است.


تریستور دو پایه: به این نوع از تریستور، تریستور بدون گیت یا تریستور دیود می گویند که ساده ترین نوع تریستور است که از دو پایه ی آند و کاتد تشکیل شده است تریستور دو پایه دوجهته را با  نمایش می دهند و تریستور دو پایه ی یک جهته را با  نمایش می دهند.


تریستور سه پایه (یا SCR سه پایه): این تریستور که به آن تریستور تریود می گویند از سه پایه به نام های آند، کاتد و گیت تشکیل شده است و اگر در پایه ی گیت پالسی با جریان 100mAو پنج ولت وجود داشته باشد، تریستور روشن می شود. تریستور می تواند جریان 250A را در ولتاژ 250V تحمّل کند و افت ولتاژ در دو سر تریستور در این حالت به حدود 2V می رسد.


نکته: اگر به گیت تریستور جریان ندهیم، برای روشن شدن تریستور می بایست ولتاژ را بسیار زیاد کنیم که در این صورت احتمال صدمه دیدن تریستور زیاد می شود.

 

تریستورهای جدید سه پایه می توانند جریانی در حدود 1000Aو ولتاژی در حدود2.5KV را تحمّل کنند و به همین دلیل در کنترل آسانسورها و... کاربرد دارند.

تریستور سه پایه را با  نمایش می دهند.


تریستور چهار پایه: 

این نوع تریستور دارای چهار پایه ی آند، کاتد، گیتn و گیتp می باشد و با اعمال سیگنال مثبت به گیتp یا سیگنال منفی به گیتn می توان تریستور را به حالت هدایت برد. خاصیت دیگر تریستور چهار پایه این است که با اعمال سیگنال منفی به گیتp یا اعمال سیگنال مثبت به گیتn می توان تریستور را به وضعیت خاموش برد. تریستور چهار پایه را سوئیچ کنترل شده ی سیلیکونی می گویند.

تریستور چهار پایه را با  نمایش می دهند.

 

نکته: اگر جریان زیادی به گیت تریستور اعمال کنیم، تریستور می سوزد.


نکته: تریستور المانی نیمه کنترل شده می باشد به این صورت که روشن شدن آن با جریان دادن به گیت انجام می شود ولی تریستور وقتی خاموش می شود که جریان عبوری از آن کمتر از جریان نگه دارنده (یعنی حداقل جریانی که لازم است از تریستور عبور کند تا تریستور روشن بماند) کمتر شود. جریان نگه دارنده در حد mA می باشد. تریستور چون با جریان فرمان می گیرد سرعت قطع و وصل آن کاهش می یابد.


4) ترایاک(Traic):

نوع پیشرفته تر تریستور، ترایاک می باشد یعنی ترایاک از خانواده ی تریستورها محسوب می شود. این قطعه نیز از سه پایه تشکیل شده است و می تواند ولتاژ را به صورت دو طرفه هدایت کند.

پایه ی اوّل ولتاژ اصلی آن MT1، پایه ی دوم ولتاژ اصلی آن MT2 و پایه ی گیت، سه پایه ی ترایاک هستند. چه ولتاژ اعمال شده به MT2 نسبت به MT1 مثبت باشد و چه منفی، می توان پالس های تحریک شده ی مثبت یا منفی را به گیت ترایاک نسبت به MT1 اعمال کرد. بنابراین ترایاک برای کنترل تمام موج ACمناسب بوده و ترایاک را نیز می توان مانند تریستور در مدارات AC به کار برد. ترایاک را با  نمایش می دهند.


5) دایاک (Diac):

این قطعه نوعی دیود زنر دو طرفه می باشد که آن را با  نمایش می دهند. دایاک از خانواده ی تریستورها محسوب می شود.


6) مدار مجتمع (IC=Integrated Circuit):

قطعه ای است که از مجموعه زیادی از مقاومتها ،خازنها و دیود ها و ترانزیستور ها تشکیل شده است . این قطعه الکترونیکی کاربرد بسیار وسیعی دارد و نمی توان در چند جمله آن را شرح داد. IC یکی از مهم ترین و پر کاربرد ترین قطعات مدار می باشد. در شکل زیر چند آی سی مشاهده می کنید:

 

روش ساخت ترانزیستورهای مسطح (igfet ها) برای ساخت مدار مجتمع بسیار مناسب است. بیشتر مدارهای مجتمع در پوشش های مستطیل شکلی قرار دارند که پایه های آنها در امتداد دو طرف آن با فاصله ی 2.54 میلی متر قرار می گیرند (بسته دو ردیفه)(شکل زیر را ببینید)، این فاصله گذاری با فواصل خطوط مسی روی مدارهای چاپی که مدارهای مجتمع به آن لحیم می شوند مطابقت دارد.

کوشش برای ساخت مدارهای مجتمع از سال 1950 آغاز شد، امّا تا سال 1960 که فرآیند مسطح معرفی شد، این کوشش ها به نتیجه ی عملی نرسید. اوّلین مدارهای مجتمع مدارهای منطقی (RTL,TTL,ECLو...) بودند که از تعداد زیادی ترانزیستور دو قطبی و مقاومت تشکیل می شدند. تعداد اجزای هر تراشه کمتر از 100 بود، این تعداد به نام مجتمع سازی در مقیاس کوچک (SSI=Small-Scale integration) نامیده شدند. ترانزیستورهای MOS که در سال 1966 ساخته شدند، در فرآیند ساخت به انتشار کمتری نیاز داشتند و روی تراشه سطح کمتری را اشغال می کردند، امّا سرعت عملکرد آنها کندتر از ترانزیستورهای دو قطبی بود. با استفاده از تکنیک MOS امکان افزایش تعداد اجزا تا چند صد عدد در هر تراشه به وجود آمد که مجتمع سازی در مقیاس متوسط (MSI=Medium-Scale Integration) نامیده شد. صنایع کامپیوتر هنوز به تعداد اجزای بیشتری در واحد سطح نیاز داشتند و در سال 1969 مدار مجتمعی شامل بیش از 10000 ترانزیستور MOSساخته شد که این پیشرفت مجتمع سازی در مقیاس بزرگ (LSI=Large-Scale Integration) نامیده شد. تا سال 1975 تعداد اجزا در واحد سطح به 100000 عنصر در هر تراشه رسید. از سال 1980 امکان کوچک سازی بیشتری فراهم شد و چگالی اجزاء به نیم میلیون جزء در هر تراشه رسید که مجتمع سازی در مقیاس بسیار بزرگ(VLSI=Very-Large-Scale Integration) نامیده شد. امروزه مدارهای مجتمع مثلاً در CPU یک کامپیوتر به حدود 6 میلیارد و 800 میلیون ترانزیستور می رسد و هر روزه فشرده سازی پیشرفت بیشتری می کند. مدارهای مجتمعی که فشرده سازی آنها در مقیاس SSI است قیمت پایینی دارند (در حدود 500 تومان) ولی هرچه فشرده سازی بیشتر شود، قیمت آن مدار مجتمع بیشتر می شود.

در این قسمت به معرفی اکثر وسایل الکترونیکی می پردازیم.

این وسایل عبارتند از:

1) بلندگو ها (Speakers)

2) لامپ ها

3) باتری ها (مثل باتری های خورشیدی)

4) مولتی متر (فرکانس متر و خازن سنج)

5) میکروفن ها

6) سلف و ترانس (ترانسفورمر و ترانسفورماتور)

7) منبع تغذیه

8) موتورهای الکتریکی

9) رله (Rellay)

10) اسیلسکوپ

11) کریستال

12) وسایل متفرقه (مانند: خنک کننده ها، پُل دیود، بیزر، هد ضبط، فیوز و...)

 

نکته: اتصال کوتاه یعنی وصل کردن دو شیء الکتریکی به هم. (مثلاً وصل کردن دو سر یک مقاومت ویا خازن به هم) و مدار باز یعنی جدا کردن دو شیء الکتریکی از هم. (مثلاً قطع کردن یک سیم به طوری که سیم دو قسمت شود)


1)      بلندگوها:

انواع صدا:

الف) صدای مونو (Mono): به صدایی که از یک بلندگو پخش می شود و یا چند بلندگو آن را به طور همزمان پخش می کنند که به این نوع پخش صدا مونو می گویند.


ب) صدای استریو (Streeo): در این نوع پخش صدا دو بلندگوی چپ (L) و راست (R) برای واقعی تر کردن صدا، هر کدام بخشی از صدا را پخش می کنند و یا با فاصله ی چند هزارم ثانیه صدا را پخش می کنند. سال 1958 صدای استریو ابداع شد و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. در آن زمان صدایی که دو بلندگوی L و R پخش می کردند، هر کدام به طور مجزا روی دو شیار صوتی مغناطیسی ضبط شده بودند و این دو شیار روی صفحه ی مغناطیسی قرار داشت و این صفحات کیفیت پخش خوبی نداشتند؛ تا اینکه پیشرفت صنعت الکترونیک باعث ظهور کاست صوتی در سال 1970 شد که کیفیت بهتری نسبت به صفحات مغناطیسی داشت.


ج) صدای سارند (Surround): این نوع صدا علاوه بر دو بلندگوی L و R یک بلندگو در مرکز نیز دارد که هر کدام از بلندگوها قسمتی از صدا را پخش می کنند. در اواخر دهه ی 1970 بود که متخصصین شرکتهایی مثل فیلیپس و سونی به فکر دیجیتالی کردن صدا افتادند و در سال 1980 انقلاب بزرگی در صنعت الکترونیک و ابداع دیسک لیزری توسط این دو شرکت بود. شرکت دالبی (Dolby) که از همان سالها به فکر گسترش صدای دالبی سارند بود که این صدا را در سال 1982 به سینماهای جهان عرضه کرد که مورد استقبال شرکتهای فیلم سازی و تماشاچیان قرار گرفت. دالبی سارند به صورت سه شیار صوتی آنالوگ که بر روی لبه خارجی فیلمهای 7 میلی متری تعبیه شده بود، ضبط می شد که با پخش فیلم سه تراک خوانده می شد. توسط شرکتهای فوق صداهای دیگری نیز ابداع شده است که به شرح آنها نمی پردازیم.


د) صدای Hi−Fi High−Fidelity): به صدایی Hi−Fi می گویند که کیفیت پخش آن بسیار عالی است؛ یعنی صدا را با همان کیفیت ورودی پخش می کند. در کیفیت صدای بلندگوها اوّل مرغوب بودن بلندگوها نقش دارد و سپس قطعات تشکیل دهنده ی مدار صوتی؛ این قطعات باید مرغوب باشند. طراحی فیبر مدار چاپی و مسیر کشی آن نیز باید دقیق باشد تا مدار صوتی بتواند صدای Hi−Fi تولید کند.


سؤال: توان در بلندگوها چیست؟

حداکثر قدرت پخش صدای بلندگو را نشان می دهد به عبارتی هرچه توان بلندگو بیشتر باشد، صدای پخش شده ی آن بلندگو بلند تر است و اندازه ی بلندگو بزرگتر می شود. در واقع به حداکثر ولتاژ اعمال شده به دو سر بلندگو با توجّه به جریان مصرفی بلندگو توان می گویند که هرچه این توان بیشتر باشد، می توانیم ولتاژ بیشتری را به بلندگو اعمال کنیم به طوری که در بلندگو های بزرگ این ولتاژ به 110V و بیشتر می رسد.


سؤال: امپدانس بلندگو چیست؟

بدانید که امپدانس بلندگو نوعی از مقاومت بلندگو است که مقدار متداول آن برای بلندگوها 4Ω، 8Ω، 16Ω و 32Ω می باشد.

همانطور که می دانید بلندگو از آهنربای دائمی ثابتی تشکیل شده است که یک سیم پیچ متحرک در مجاورت این آهنربای ثابت قرار دارد. هنگامی که جریان برق از این سیم پیچ عبور می کند (این جریان باید متناوب باشد)، سیم پیچ موقتاً به آهنربا تبدیل می شود و آهنربای دائمی سیم پیچ را به طور پیوسته جذب و دفع می کند و در نتیجه این سیم پیچ که به صفحه ی پلاستیکی یا کاغذی نازکی متصل است، ارتعاش کرده و صدا تولید می کند. این سیم پیچ دارای مقاومتی است که مقدار آن در فرکانس های مختلف فرق می کند که به این مقاومت امپدانس می گویند. امپدانس مقاومت معمولی همان مقدار مقاومت بر حسب اهم است ولی برای خازن و سلف این مقدار با فرکانس تغییر می کند. بلندگو را در مدار با نماد  نشال می دهند.


بهم بستن بلندگوها: بلندگوها را می توان با دو حالت سری (پشت سرهم) و موازی به هم بست.

 الف) حالت سری: اگر مثلاً دو بلندگوی 4  اهمی 30 وات را به هم به طور سری ببندیم، امپدانس و توان آن دو بلندگو با هم جمع می شود. تصویر زیر را ببینید:

 

ب) حالت موازی: اگر مثلاً دو بلندگوی 8  اهمی 30 وات را به طور موازی به هم ببندیم، توان دو بلندگو با هم جمع می شود ولی امپدانس بلندگوها نصف می شود. تصویر زیر را ببینید:

 

سؤال: نوییز چیست؟ به صداهایی که در اثر ضعف عایق کاری وارد بلندگو شده و صداهای ناخواسته ای را توسط بلندگو تولید می کند.


سؤال: اعوجاج (دیستورسیون) چیست؟ اعوجاج یعنی انحراف سیگنالهای صوتی تقویت شده از سیگنالهای اصلی که نشانه ی مرغوب بودن یا مرغوب نبودن مدار صوتی است.


سؤال: سیم شیلد چه کابردی دارد؟ در سیستم های صوتی برای کمتر وارد شدن نوییز به مدار و افزایش کیفیت سیم ها، سیم های ورودی و خروجی مدار صوتی را از نوع سیم شیلد انتخاب میکنند. این نوع سیم شبیه سیم آنتن تلویزیون یا کابل کواکسیال بوده که از دو قسمت تشکیل شده است: 1) مغزی، 2)قسمت زره مانند که مغزی این سیم که دارای روکش پلاستیکی است به قطب مثبت و یا سیگنال مورد نظر وصل شده و قسمت زره مانند به شاسی (یعنی بدنه فلزی) مدار صوتی و یا سر منفی مدار صوتی و یا زمین وصل می شود.


سؤال: ولوم (Volume) چیست؟ ولوم همان پتانسیومتر (مقاومت متغیر) است که با چرخاندن آن (و در نتیجه افزایش یا کاهش مقاومت آن) صدای بلندگوها را کم یا زیاد می کند.


سؤال: ولوم دوبل (Double Volume) چیست؟ بعضی از کارخانه های سازنده ولوم، دو ولوم را در یک ولوم ادغام کرده اند که محور مشترکی دارند و با چرخاندن آن محور، مقدار دو ولوم با هم کم یا یاد می شود. کاربرد این ولوم در تقویت کننده های استریو است و با آن می توان صدای دو کانال چپ و راست را با هم کم یا زیاد کرد.


سؤال: تقویت کننده ی صدا(Amplifier) چیست؟ تقویت کننده صدا، سیگنال های صوتی بسار ضعیف را هزاران برابر تقویت می کند به طوری که یک بلندگو بتواند آنها را پخش کند. به طور مثال یک میکروفن صداهای پیرامون خود را به سیگنالهای ضعیف صوتی تبدیل می کند، بنابراین اگر یک میکروفن را به تنهایی و بدون مدار صوتی به یک بلندگو وصل کنیم، مشاهده می کنیم که بلندگو هیچ صدایی را پخش نمی کند چون سیگنال آن تقویت نشده است. یک تقویت کننده صدا از دو بخش ساخته شده است:

1)پیش تقویت کننده (Pre-Amplifier): این قسمت از تقویت کننده، سیگنالهای ضعیف را دها برابر تقویت می کند و آن را برای تقویت بیشتر به قسمت دوم تقویت کننده می دهد. 

نکته: اگر پیش تقویت کننده را به یک بلندگو ببندیم، بلندگو سیگنال های نسبتاً قوی شده را یااصلاً پخش نمی کند و یا با صدای ضعیف آن را پخش می کند.

2) تقویت کننده قدرت: این بخش از تقویت کننده، سیگنال های نسبتاً قوی را از پیش تقویت کننده دریافت و آن را هزاران برابر تقویت می کند به طوری که بلندگو به راحتی آنها را پخش میکند. این قسمت از تقویت کننده می تواند به صورت تمام ترانزیستوری، تمام آی سی و یا ترازیستوری-آی سی باشد.


سؤال: تقویت کننده استریو چیست؟ تقویت کننده استریو شامل دو دستگاه تقویت کننده می باشد (یعنی دو دستگاه تقویت کننده مونو) که هر کدام از این دستگاه ها کار تقویت دو بلندگوی چپ و راست را انجام می دهند.


سؤال: میکسر صوتی چیست؟ نوعی پیش تقویت کننده است که می تواند سیگنال های خروجی از چند وسیله ی صوتی (مثل میکروفن، هد ضبط صوت، رادیو و...) را دریافت کند و همه ی آن سیگنال ها را به صورت مخلوط به تقویت کننده قدرت و در نتیجه بلندگوها تحویل دهد.


نکته: شدت بلندی هر کدام از سیگنال های دریافت شده توسط میکسر صوتی قابل تنظیم می باشد.


سؤال: پتانسیومتر پری ست (Preset) چیست؟ نوعی پتانسیومتر است که صدای تقویت کننده را مستقل از پیش تقویت کننده کم یا زیاد می کند. پری ست یعنی پیش تنظیم.


نکته: در داخل جعبه وسایل صوتی برای جلوگیری از ایجاد نوییز باید حتی الامکان ترانسفورمر منبع تغذیه را دور از فیبر مدار چاپی پیش تقویت کننده و تقویت کننده قدرت نصب کنید تا نوییز کمتری به مدار وارد شود.


انواع بلندگوها:

الف) بلندگوی ووفر (Woofer):

دهانه ی این بلندگو معمولاً پهن است و برای پخش فرکانس های پایین (15Hz تا (10KHzمناسب می باشد که به طول موج متناظر با این فرکانس، امواج بلند می گویند. شکل زیر را ببینید. به فرکانس های پایین، باس (Bass) می گویند. هرچه توان این بلندگو بیشتر شود،  اندازه ی دهانه ی آن نیز پهن تر و بزرگتر می شود مثلاً در ضبط صوت معمولاً بلندگویی که خیلی بزرگ است، بلندگوی ووفر است.

 

ب) بلندگوی مید رنج (Mid-Range):

این نوع بلندگو برای پخش فرکانس های متوسط (از 250Hz تا 16KHz که طول موج متناظر با این فرکانس، امواج متوسط می گویند) ایده آل می باشند. بیشتر بلندگوهای موجود در بازار از این نوع می باشند. شکل زیر را بینید:

 

پ) بلندگوی توویتر (Tweeter):

این نوع بلندگو دهانه ی کوچک و کاغذ غیر قابل انعطاف دارد و برای پخش فرکانس های بالا (از 16KHzبه بالا که به طول موج این فرکانس امواج بلند می گویند) مناسب می باشد و به فرکانس های بالا تریبل (Teribble) می گویند. هرچه توان این بلندگو بیشتر شود، اندازه اش چندان بزرگ نمی شود. معمولاً بلندگوی کوچک در ضبط صوت توویتر است. در زیر یک بلندگوی توویتر در کنار نمونه ی باز شده ی آن را مشاهده می کنید.

 

چگونه یک بلندگوی Hi-Fi درست کنیم؟اگر مانند شکل زیر یک بلندگوی توویتر را از طریق یک یا دو خازن الکترولیتی به یک بلندگوی ووفر وصل کنیم، یک بلندگوی مرکب Hi-Fiخواهیم داشت که صداهای باس و تریبل را با کیفیت عالی پخش می کند. با دو خازن 10µF می توان فیلتر مناسبی برای فرکانس های زیر بدست آورد. شکل زیر راببینید.

 

2)       لامپ ها:

در دنیای الکترونیک، لامپ ها انواع بسیار گوناگونی دارند و در شکل ها، اندازه ها و ولتاژ های گوناگونی ساخته می شوند. متداول ترین نوع لامپ ها لامپ معمولی است که از یک فنر که به پایه های نگه دارنده اش وصل است و در درون حباب شیشه ای قرار دارد تشکیل شده است و در داخل این حباب معمولاً گاز هلیوم وجود دارد. متداول ترین لامپ معمولی لامپ 220 ولتی 100 وات می باشد.

انواع لامپ ها: لامپ حبابی (معمولی)، لامپ نئون، لامپ زنون، لامپ آرگون، لامپ هالوژنی، لامپ های UV (=Ultra Violet)، لامپ اشعه ی کاتدی، لامپ اشعه X و LED از انواع لامپ ها هستند.


الف)لامپ حبابی (معمولی):

همانطور که گفته شد این لامپ از یک فنر که به آن رشته می گویند و به پایه های نگه دارنده اش وصل است و در درون حباب شیشه ای قرار دارد تشکیل شده است و جنس این فنر از تنگستن است. علت فنری بودن رشته کاهش طول آن می باشد (اگر این فنر به صورت سیمی شکل بود، طول آن زیاد می شد و در نتیجه اندازه ی لامپ بزرگ می شد و لامپ نمی توانست نور زیادی تولید کند) و علت اینکه این لامپ از جنس تنگستن است نقطه ذوب بالای تنگستن و مقاومت زیاد آن می باشد (3380˚C تنگستن بالاترین نقطه ی ذوب را در میان فلزات دارد) چون وقتی لامپ روشن است دمای رشته فنر آن به حدود 2500˚C می رسد و بیشتر فلزات در این دما ذوب می شوند و یا اینکه مقاومت کافی ندارند تا به این دما برسند و علت اینکه داخل شیشه لامپ گاز هلیوم می باشد این است که تنگستن در دمای 2500˚C به راحتی با اکسیژن هوا واکنش داده و تبدیل به اکسید تننگستن که پودری خاکستری رنگ است، می شود و برای جلوگیری از این واکنش آن را در درون محفظه ی نسبتاً خلاء مانند قرار می دهند و گاز هلیوم می تواند گرمای فنر لامپ را به بیرون شیشه لامپ منتقل کند. لامپ حبابی در ولتاژهای گوناگونی عرضه می شود. متداول ترین این ولتاژها عبارتند از: 1.5V، 3V، 6V، 12V و 220V و طول فنر لامپ در هریک از این ولتاژ ها متفاوت است (کم یا زیاد است). لامپ معمولی را در نقشه های شماتیک با نماد  یا  نشان می دهند و با حرف L یا Lamp آن را مشخص می کنند.


ب)لامپ های گازی دیگر:

لامپ نئون: این نوع لامپ را می توانید در فازمتر ها و در داخل بعضی از کلید های برق مشاهده کنید. همچنین در بعضی از مغازه ها نوعی نوار نورانی قرمز قرار دارد که نوعی لامپ نئون است! این لامپ در محفظه ای شیشه ای قرار دارد و در این محفظه دو الکترود و گاز نئون وجود دارد. اگر ولتاژ دو سر این الکترود ها به حدود 100Vبرسد، گاز نئون از خودش نور تولید می کند و لامپ نئون روشن خواهد شد. هرچه این ولتاژ بیشتر باشد، نور تولید شده ی این لامپ بیشتر می شود و اگر جریانی که از داخل گاز نئون در داخل شیشه عبور می کند، با افزایش ولتاژ زیاد شود، در این صورت لامپ به شدت داغ می شود و می سوزد به همین دلیل برای محدود کردن عبور این جریان از داخل لامپ، لامپ را با یک مقاومت سری می کنند (که این مقاومت را در فازمتر ها می بینید) که مقدار این مقاومت را می توان از رابطه ی زیر بدست آورد:

مقدار مقاومت=جریان عبوری از لامپ÷ (100-ولتاژ مورد نظر)

مقدار این مقاومت در فازمتر ها از 150KΩ به بالا است و شما می توانید برای ایمنی مقاومت 10MΩ (که رنگ های حلقه های آن به ترتیب برابر قهوه ای، سیاه، آبی می باشد) را با لامپ نئون موجود در فازمتر ها سری کنید و از آن به عنوان فازمتر استفاده کنید. شکل زیر یک لامپ نئون که به یک مقاومت 10MΩ وصل است ،نشان می دهد:

 

 

هرچه این لامپ نئون بزرگتر باشد باید مقاومتی که با آن سری است، مقاومتی با توان بیشتر انتخاب کرد (چون در لامپ های گازی بزرگ مانند لامپ نئونی که به صورت نوار قرمز در ورودی در بعضی از مغازه ها می بینید، جریان بیشتری از داخل لامپ عبور می کند و در نتیجه مقاومت داغ می شود).


نکته: لامپ مهتابی منزل شما نیز نوعی لامپ گازی می باشد که اگر ولتاژ دو سر این لامپ به حدود چند صد ولت برسد، روشن خواهد شد و برای محدود کردن جریان عبوری از لامپ مهتابی آن را با یک مقاومت سری می کنند که این مقاومت همان ترانس مهتابی می باشد.


سؤال: ترانس مهتابی چیست و چه کاربردی دارد؟ ترانس مهتابی نوعی سیم پیچ است که اوّلاً جریان عبوری از ترانس را کاهش می دهد و ثانیاً هنگام خاموش و روشن شدن استارت، ولتاژ بالایی تولید می کند که این ولتاژ باعث می شود بخار جیوه در داخل مهتابی به گاز تبدیل شده و مهتابی روشن شود.


سؤال: چگونه مهتابی را ببندیم؟ به شکل زیر نگاه کنید:

 

 

سؤال: فیلامان چیست؟ اگر به دو طرف یک لامپ مهتابی نگاه کنید، در داخل لامپ دو رشته فنر در این دو طرف قرار دارد که به آن فیلامان می گویند.


نکته: یکی از علل سری کردن مقاومت با لامپ گازی این است که در اثر عبور جریان زیاد از فیلامان ها، باعث سوختن فیلامان می شود و در لامپ های گازی بدون فیلامان (مانند لامپ نئون موجود در فازمتر) علت سری کردن این مقاومت در درجه ی اوّل کاهش مصرف می باشد چون وقتی جریانی که از لامپ می گذرد تا چند میلی آمپر زیاد شود، نور لامپ زیادتر می شود و اگر این جریان را افزایش دهیم دیگر تغییر محسوسی در نور لامپ مشاهده نمی شود و جریان اضافی به صورت گرما هدر می رود و دلیل دوم سری کردن مقاومت با لامپ های فیلامانی این است که در صورت عبور جریان بالا از لامپ، آنچنان گرمایی تولید می شود که می تواند شیشه ی لامپ را ذوب کند و در نتیجه لامپ بسوزد.

 

از سیم نول برق 220Vنترسید: کاربرد فازمتر این است که سیم فاز برق را نشان می دهد ولی چون سیم نول برق هیچ ولتاژی ندارد کاملاً بی خطر است و شما می توانید سیم نول برق را با اطمینان کامل و بدون برق گرفتگی در دست بگیرید.


نکته: شما می توانید لامپ نئونی که در شکل بالا نشان داده شده است را همراه مقاومت 10MΩ به عنوان فازمتر استفاده کنید (این لامپ در داخل بعضی از کلید های برق و فازمتر ها قرار دارد) و با اطمینان و بدون برق گرفتگی یک سر آن را بگیرید و سر دیگر آن را به سیم فاز بزنید تا لامپ روشن شود.


نکته: علت روشن شدن لامپ فازمتر این است که وقتی فازمتر را به سیم فاز می زنید، ولتاژ یک طرف لامپ نئون (که 220V است) از طرف دیگری که در دست شما است (یعنی حدوداً 0V) بیشتر است و این اختلاف ولتاژ باعث روشن شدن لامپ می شود.


سؤال: اتصال به زمین چیست؟ نوعی از اتصال به زمین وصل کردن مستقیم سیم برق به زمین است که به آن زمین واقعی می گویند و این وصل به زمین کردن به این صورت است که یک میله ای نسبتاً ضخیم را در عمق 3 تا 4 متری خاک دفن می کنند به این صورت که یک طرف این میله در خاک و طرف دیگر آن به سیم برق مورد نظری که می خواهیم آن را زمین کنیم وصل است و هرچه عمق این سیم در زمین بیشتر باشد، اتصال به زمین بهتر می شود (علت اینکه هرچه عمق خاک بیشتر باشد، اتصال به زمین بهتر می شود، کاهش مقاومت خاک می باشد به طوری که اتصال به زمین ایده آل دارای مقاومت 0Ω می باشد. این خاک ترکیبی از آهک و... می باشد که رطوبت آن نیز نقش مهمی در مقاومت زمین دارد).


نکته: مقاومت خاک را دمای خاک، ترکیبات خاک، رطوبت و میزان املاح و مواد معدنی تععین می کنند. زمین واقعی از میله ی آهنی تشکیل شده است که در درون بتن قرار دارد. این بتن در عمق زمین قرار دارد به طوری که انتهای بتن خاک رس قرار دارد و قسمت میانی آن (دو سوم میانی) سنگ و شن ریزه قرار دارد و قسمت بالایی آن را خاک معمولی می پوشاند. مقاومت این زمین از 0.1Ω تا 2Ω تغییر می کند.


نکته: چهار دلیل عمده برای زمین کردن وجود دارد:

1) زمین کردن قسمت هایی از مدار که از آنها جریان عبور نمی کند.

2) برای از بین بردن اضافه ی ولتاژ در ترانس (در ادامه ی این قسمت با ترانس آشنا خواهید شد).

3) برای انتقال بارهای الکتریکی ساکن (مثلاً آی سی های CMOS به الکتریسیته ساکن حساس هستند و با الکتریسیته ی ساکن آسیب می بینند به همین دلیل هنگام دست زدن به این آی سی ها باید مچ بند اتصال به زمین به دستتان بزنید تا بارهای ساکن دستتان به زمین منتقل شود)

4) برای دفع صاعقه (برق گیر ها برای این کار استفاده می شوند) و یا ولتاژ های ضربه (به ولتاژ هایی ضربه می گویین که مقدارشان آناً زیاد شود و مجدداً به مقدار اولیّه برسد مثل نوسانات برق شهر).

 


نکته: یک فازمتر را به سیم فاز بزنید در حالی که ایستاده اید و زیر پایتان یک عایق مانند کفش یا روزنامه قرار دارد و به نور لامپ فازمتر دقت کنید و حالا به طور مستقیم پای خود را به زمین بگذارید. در این صورت مشاهده می کنید که نور لامپ نسبت به حالت اوّل بیشتر می شود چرا؟ چون مقاومت بدن شما کمتر می شود و در نتیجه اتصال به زمین بهتر می شود و اگر لامپ نئون را از یک طرف به سیم فاز و از طرف دیگر به سیم نول وصل کنید، بازهم مشاهده می کنید که نور لامپ بیشتر از دو حالت قبل می شود چون باز هم مقاومت سیم نول که همان زمین است کمتر می شود.


نکته: اگر در حالتی که فازمتر را به سیم فاز زده اید و پایتان بر روی زمین است یکی از پاهای خود را بلند کنید نور لامپ کمتر می شود چون مقاومت بدن شما بیشتر می شود.


نکته: آزمایش هایی که در دو نکته ی بالا گفته شد را در اتاقی نسبتاً تاریک انجام دهید تا نور لامپ به راحتی قابل مشاهده باشد.


نکته: علت برق گرفتگی به دو دلیل است:

دلیل اوّل این است که ولتاژ بالا است و همانطور که قبلا گفته شد ولتاژ یعنی نیرویی که جریان را از درون مقاومت عبور می دهد و این ولتاژ بالا به راحتی جریان لازم برای برق گرفتگی (که همان 10mA گفته شده در مقدمه است) را از بدن عبور می دهد به طوری که این جریان برای شخص آنقدر زیاد است که شخص نمی تواند سیم برق را رها کند و در بدترین حالت دچار ایست قلبی شده و اگر تا چند دقیقه به آن شخص کمک نرسد، باعث مرگ خواهد شد پس هنگام کار با ولتاژ های بالا کمال دقت را داشته باشید و از فازمتر برای مشخص کردن ولتاژ های بالاتر از 100V استفاده کنید.

دلیل دوم برق گرفتگی کاهش مقاومت پوست شخص می باشد به طوری که هر ولتاژی می تواند جریان 10mA (که همان جریان لازم برای برق گرفتگی است) را از بدن عبور دهد. مثلاً اگر شما سیم برقی که دارای ولتاژ 12V می باشد را در دست بگیرید هیچ احساس برق گرفتگی نمی کنید (چون جریانی که در این حالت از بدن عبور می کند در حد چند میکرو آمپر است) ولی اگر دست خود را در درون آب نمک بزنید و همان سیم 12V را بگیرید کمی احساس برق گرفتگی می کنید چون مقاومت پوست شدیداً کاهش می یابد.

 


نکته: از پایه های فلزی (ستون) نگه دارنده یک ساختمان که در پی ساختمان فرو رفته است می توان به عنوان اتصال به زمین استفاده کرد.


نکته: اتصال به زمین واقعی مخصوص ولتاژهای بالا است ولی اتصال به زمین مجازی برای ولتاژهای پایین است.


اتصال به زمین مجازی چیست؟ وصل کردن یک سیم برق به مکانهایی که اوّلاً رسانا باشند و ثانیاً به هیچ ولتاژی وصل نشده باشند، اتصال به زمین خوانده می شود (این مکانها مانند بدنه ی وسایل برقی مانند بدنه ی فلزی یک کامپیوتر [یا بدنه اتومبیل] و... است) که در مدار های الکترونیکی با این اتصال به زمین زیاد برخورد می کنیم. البته در بسیاری از مدارات منظور از زمین سیم منفی می باشد.


سؤال: چرا از اتصال به زمین در مدارهای الکترونیکی استفاده می کنیم؟ برای جلوگیری از تجمع بارهای الکتریکی نا خواسته در مدار و برای افزایش عمر یک مدار از اتصال به زمین مجازی استفاده می کنیم.


سؤال: از چه قسمتی از مدارهای الکتریکی به عنوان اتصال به زمین استفاده کنیم؟ از قسمتی که دارای پتانسیل کمتر است. مثلاً قطب منفی یک باتری که به یک مدار وصل است دارای پتانسیل کمتری از قطب مثبت آن باتری است که باید قطب منفی را به عنوان اتصال به زمین مجازی استفاده کرد و آن را به بدنه یا شاسی یا هر قسمت فلزی دیگر بدون ولتاژ وصل کرد.


نکته: شما در بسیاری از کتب مشاهده می کنید که سر منفی منبع تغذیه را با علامت صفر ولت مشخص می کنند مثلاٌ باتری قلمی 1.5V را در نظر می گیریم، سر منفی آن را با صفر نشان می دهیم و سر مثبت آن را با 1.5V نشان می دهیم و این بدان معناست که سر مثبت نسبت به سر منفی 1.5vاختلاف دارد.

لامپ نئون را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند.


نکته: همه ی گازها از جمله گاز نئون و بخار جیوه (که در لامپ مهتابی وجود دارد) و حتی بخار فلزاتی مانند آهن، مس و... اگر در محفظه ی شیشه ای قرار بگیرند که در دو طرف آن محفظه دو فیلامان وجود داشته باشد، به شرطی که ولتاژ دو سر فیلامانها کافی باشد، شروع به گسیل نور می کنند و هر بخار عنصر نور مخصوص به خود را دارد مثلاً بخار جیوه رنگ بنفش دارد و یا بخار مس رنگ سبز و بخار آهن رنگ قرمز دارد.


سؤال: چرا در لامپ مهتابی از بخار جیوه استفاده می شود؟ چون در داخل شیشه ی مهتای ماده ی شیری رنگی وجود دارد که از بورات کادمیوم، سیلیکات روی و تنگستات کلسیم تشکیل شده است و اگر نور ماورای بنفش به صورت تکفام به آن بتابد (همانطور که نور رنگی شامل هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش است، نور ماورای بنفش نیز به سه نوع A،B و Cتقسیم می شود و منظور از تابش نور ماورای بنفش تکفام این است که فقط یکی از این سه نوع نور ماورای بنفش به این ترکیب بتابد)، این ماده از خود نور سفید تولید می کند و بخار جیوه مقداری نور آبی+ مقدار زیادی نور ماورای بنفش تکفام از خود تولید می کند که با ساختار این ماده ی سیری رنگ منطبق است و در ضمن ولتاژی که لامپ بخار جیوه برای روشن شدن لازم دارد نسبتاً پایین است و همچنین بخار فلزاتی مثل آهن در اکسیژن خالص به صورت خود به خود با حالت انفجاری واکنش می دهد و اگر در درون لامپ مهتابی بخار آهن باشد، در صورت شکسته شدن شیشه ی مهتابی، بخار آهن منفجر می شود.بخار اکثر عناصر نور رنگی تولید می کند که خوشایند نیست و در ضمن ولتاژ استارت بعضی از گازها مثل گاز زنون بسیار بالا است (در حدود 10000V).

نکته: بخار جیوه سمی است پس هرگز شیشه ی مهتابی را در محیط بسته نشکنید.


سؤال: نقش استارت مهتابی چیست؟ استارت مهتابی برای مدت کوتاهی مانند یک کلید دو سر فیلامانها را اتصال کوتاه می کند و ناگهان قطع می شود و این عمل موجب می شود که ولتاژ زیادی در حد چند صد ولت ایجاد شود که این ولتاژ اوّلیه می تواند جریان را از داخل مهتابی عبور دهد و بخار جیوه را تحریک می کند و وقتی که مهتابی روشن شد این کلید (استارت) قطع می شود و مهتابی در این حالت با ولتاژ کمتری (همان 220V) روشن می ماند (وقتی استارت مهتابی روشن و خاموش می شود، باعث می شود ولتاژ ترانس مهتابی ناگهان زیاد شده و در اثر این افزایش ولتاژ بخار جیوه داخل مهتابی به کاز تبدیل می شود و در نتیجه مهتابی روشن می شود).


نکته: لامپ های فراوان دیگری وجود دارند که کاربرد کمتری دارند. از جله ی این لامپ ها لامپ هالوژنی، لامپ زنون، لامپ آرگون، لامپ های UV (فرا بنفش)، لامپ اشعه ی کاتدی (که در لامپ تصویر تلویزیون استفاده می شود) و لامپ اشعه ی X هستند.


نکته: لامپ کم مصرف نوعی لامپ مهتابی می باشد.


لامپ زنون و لامپ آرگون: نوعی از لامپ ها هستند که در محفظه ی فیلامانی قرار دارند و ولتاژ استارت این دو لامپ بسیار بالا و در حد چند هزار ولت است. یکی از کاربرد های این دو لامپ در لامپ دوربین عکاسی است.


سؤال: استربوسکوپ چیست؟ وسیله ای است که بتواند در یک ثانیه نوری قوی خیره کننده تولید کند (مانند فلاش دوربین عکاسی) که یکی از کاربرد های لامپ زنون و آرگون در استربوسکوپ ها است که در بعضی از مغازه ها مشاهده می کنید.


سؤال: فلاشر چیست؟ وسیله ای که اگر چند عدد لامپ فنری به آن وصل کنیم، این لامپ ها شروع به چشمک زدن می کنند که در چراغانی ها لامپ های چشمک زن به یک دستگاه فلاشر وصل است. فلاشر دارای چند خروجی است.


سؤال: رفلکتور چیست؟ وسیله ای است که نور لامپ را منعکس می کند مانند محفظه ای که لامپ چراغ قوه یا لامپ اتومبیل در آن قرار دارد.

 

سؤال: دیمر چیست؟ وسیله ای که به ولتاژ برق شهر وصل می شود و می توان با پتانسیومتری ولتاژ برق شهر را از 0V تا 220Vتنظیم کرد.


سؤال: آیا یک لامپ 100W نور بیشتری تولید میکن یا ده لامپ 10W؟ ده لامپ 10W نور بیشتری تولید می کند چون لامپ 100W گرمای بیشتری تولید می کند ولی ده لامپ 10W نور بیشتر و گرمای کمتر تولید می کند.


سؤال: ارگ نوری چیست؟ به رقص نور ارگ نوری می گویند.


سؤال: VU متر چیست؟ وسیله ای است که شدت بلندی صدا را با ردیفی از LED نشان می دهد.


نکته: علت ایجاد نور در لامپ فنری دمای بالای لامپ است درست در حالتی که یک تکه آهن را بر روی آتش بگذارید، از خودش نور قرمز تولید می کند.

 

3)    باتری ها:

باتری ها انواع گوناگونی دارند. باتری خشک، باتری نیکل کادمیوم (Ni-Cd)، باتری نیکل متال هایدرید (Ni-MH)، باتری لیتیوم (Li)، باتری اسیدی، سلول های الکترو شیمیایی و باتری خورشیدی از انواع باتری ها هستند. کاربرد باتری ها برای فعّال کردن مدار است (یعنی روشن کردن و به کار افتادن مدار)؛ به طوری که تمام مدارهایی که با باتری کار می کنند، بدون باتری باید دور انداخته شوند (مثل ساعت، تلفن همراه و...).


نکته: منظور از شارژ باتری، پر شدن باتری و منظور از دشارژ باتری، خالی شدن باتری می باشد.


الف) باتری های خشک:

این نوع باتری ها قابل شارژ نیستند. یکی از پر کاربردترین نوع باتری ها هستند و انواع گوناگونی دارند. باتری های لکلانشه و بعضی از باتری های قلیایی از انواع باتری خشک محسوب می شوند. باتری قلمی معروف ترین نوع این باتری ها است که در اکثر وسایل الکترونیکی از قبیل ساعت دیواری، کنترل تلویزیون و... بکار می رود. باتری های خشک معمولاً برای مدارهایی که جریان کمی مصرف می کنند و ایده آل هستند. قطب مثبت در باتری های خشک لکلانشه یک میله ی گرافیتی در مرکز باتری است و قطب منفی آن، لایه ی نازکی از فلز روی در اطراف باتری است که معمولاً زیر پوششی از پلاستیک و یک لایه ی حلبی قرار دارد و تا هنگامی که قطب منفی باتری (که همان فلز روی است)، خورده نشود، از باتری می توان جریان کشید و وقتی که قطب منفی باتری کاملاً از بین رفت، باتری کار نمی کند. اگر جریان زیادی از باتری خشک کشیده شود، به سرعت دشارژ می شود و ولتاژ باتری شروع به کم شدن می کند در این صورت عمر مفید باتری کاهش می یابد.


نکته: باتری 9V نیز نوعی باتری است که به صورت قابل شارژ و غیر قابل شارژ وجود دارد. در شکل زیر یک باتری 9V را مشاهده می کنید:

 

نکته:با تعویض فلز روی در اطراف باتری، می توان باتری را دوباره استفاده کرد ولی معمولاً کسی این کار را انجام نمی دهد.

نکته: علت این کاهش ولتاژ این است که در درون باتری و در اطراف کاتد (قطب مثبت) و آند (قطب منفی) گازهایی مانند هیدروژن (H2) و آمونیاک (NH3) تولید می شود که لایه ای عایق در داخل باتری ایجاد می کنند و مانع از عبور جریان می شوند.

نکته: یکی از معایب باتری های لکلانشه، تولید گازهایی در داخل باتری و وقوع واکنش های نا خواسته است.

نکته: در باتری های قلیایی هیچ واکنش نا خواسته ای در داخل باتری رخ نمی دهد به همین دلیل می توان از این باتری ها برای مدت بیشتری استفاده کرد. قطب مثبت در این باتری ها مخلوطی از گرافیت (C) و اکسید منگنز (MnO2) است که در اطراف باتری و زیر پوششی یک لایه ی پلاستیکی و یک لایه ی حلبی قرار دارد و قطب منفی این نوع باتری یک میله ی برنجی در وسط باتری است که با خورده شدن آن باتری از کار می افتد.

نکته: در همه ی باتری ها، تا هنگامی که قطب منفی باتری خورده نشود، باتری کار می کند.


ب) باتری Ni-Cd(نیکل کادمیوم):

نوعی از باتری های قابل شارژ هستند که قیمت بالاتری نسبت به باتری های خشک دارند. این نوع باتری ها در شکل ها، اندازه ها و ولتاژ های گوناگونی ساخته می شوند. این نوع باتری ها در وسایلی کاربرد دارند که دائماً استفاده می شوند زیرا این باتری ها باید حداقل هفته ای یک بار شارژ کامل و دشارژ کامل شوند زیرا در غیر این صورت روزانه 1% از توان آنها کم می شود و در صورتی که این باتری ها برای چند روز در حالت شارژ بمانند، آسیب می بینند. نوع قلمی این باتری ولتاژ 1.25Vتولید می کند. جریان دهی باتری های نیکل کادمیوم را با میلی آمپر ساعت (mAh) مشخص می کنند و جریان دهی بیشتر باتری های نیکل کادمیوم بین 500mAh تا 1000mAh می باشد. آمپر ساعت به این معنا است که یک باتری در یک ساعت چقدر جریان می تواند به مدار بدهد؛ مثلاً اگر جریان دهی یک باتری 500mAh باشد، به این معناست که آن باتری می تواند در یک ساعت 500mAجریان به مدار بدهد و اگر در یک ساعت از این مقدار جریان بیشتری از باتری کشیده شود، در این صورت ولتاژ باتری رو به کاهش می گذارد و در یک ثانیه می توان جریان 500mAh÷60min=8.34mA از این باتری کشید که جریان بسیار کمی است ولی بعضی از باتری های نیکل کادمیوم بزرگ می توانند تا 14.4Ah جریان تولید کنند (در هر ثانیه 240mA).


پ) باتری نیکل متال هایدرید (Ni-MH):

این نوع باتری جریان دهی بیشتری نسبت به باتری نیکل کادمیوم دارد. مثلاً نوع قلمی باتری نیکل کادمیوم تا حدود 1200mAhجریان تولید می کند ولی نوع قلمی باتری Ni-MH تا حدود 4800mAh جریان تولید می کند!

 هشدار خیلی مهم: کادمیوم یک فلز بسیار سمّی است.

 هشدار: هرگز باتری های Ni-Cd و Ni-MH را اتصال کوتاه نکنید چون ممکن است آسیب ببینند (چون هنگام اتصال کوتاه کردن این باتری ها جریان بسیار زیادی از باتری کشیده می شود. عبور این جریان زیاد از باتری می تواند به باتری آسیب برساند و باعث گرم شدن باتری می شود).


ت) باتری لیتیوم (Li):

باتری لیتیوم در دو نوع قابل شارژ و غیر قابل شارژ وجود دارد. نوع غیر قابل شارژ این باتری که به آن باتری لیتیوم می گویند، عمر طولانی دارد و خیلی کم دشارژ می شود بنابراین از آن در ساعت مچی، باتری ماشین حساب و وسایل مشابه استفاده می کنند. باتری لیتیوم نمونه ای از باتری های قلیایی است. اگر بر روی یک باتری کلمه ی Li درج شده باشد به این معناست که آن باتری، باتری لیتیوم خشک (غیر قابل شارژ) می باشد. به نوع قابل شارژ باتری لیتیوم، لیتیوم-آیون (Li-ion) می گویند. باتری Li-ion در تلفن های همراه، لپ تاپ ها و وسایل مشابه استفاده می شود چون این وسایل دائماً در حال استفاده هستند. این باتری ها بسیار حساس می باشند و با کوچکترین تغییرات ناگهانی ای مانند افزایش و یا کاهش دما و یا کشیده شدن جریان بیش از حد، منفجر می شوند!!! (در بعضی از لپ تاپ ها این اتفاق رخ داده است!). تا هنگامی که صفحات داخلی این نوع باتری خورده نشود، می توان این باتری را مورد استفاده قرار داد و آن را شارژ کرد.


ث) باتری های اسیدی:

همانطور که از نام این باتری ها پیداست، این باتری ها از صفحات فلزی و اکسید فلزی ساخته شده اند که این صفحات در محلولی از اسید ضعیف و آب قرار دارند. باتری اتومبیل و باتری موتور نمونه هایی از این باتری ها هستند. باتری های اسیدی قابل شارژ می باشند و می توان آنها را شارژ کرد. روش شارژ همه ی باتری های قابل شارژ از جمله باتری های اسیدی بعداً گفته خواهد شد.


باتری خودرو: باتری خودرو نوعی باتری سربی-اسیدی است که از صفحات نازک سرب و اکسید سرب IVتشکیل شده است که این صفحات با فاصله ی کمی از هم در داخل محلول رقیقی از اسید سولفوریک (H2SO4) قرار دارند و این مجموعه در درون محفظه ی پلاستیکی واقع شده است که به این محفظه ی پلاستیکی، سلول می گویند. باتری اتومبیل از به هم بسته شدن 6 سلول به وجود می آید که هرکدام از این سلولها 2V برق تولید می کنند و در مجموع 12V برق توسط این سلولها تولید می شود. در هر سلول کاتد (قطب منفی باتری) فلز سرب است و آند (قطب مثبت باتری) سرب IVاکسید است. وقتی از باتری جریان کشیده می شود، کاتد شروع به خورده شدن توسط اسید می کند و به سولفات سرب که به صورت گرد سفید رنگی است، در اطراف الکترودها (کاتد و آند) تجمع پیدا می کند تا هنگامی که این گرد سفید مانع از خورده شدن کاتد بشود، ولتاژ سلول شروع به کاهش می کند (با خورده شدن کامل آند هم این اتفاق تکرار می شود) و در این صورت باید باتری را شارژ کرد به این صورت که یک ولتاژ خارجی در حد13V باید به باتری اعمال کرد تا مجدداً آن گرد سفید رنگ به فلز سرب تبدیل شود و اسید سولفوریک دوباره تولید شود. عملیات شارژ و دشارژ هر سلول را می توان بارها تکرار کرد.


نکته: همانطور که قبلاً هم گفته شد، همیشه تا کاتد باتری به طور کامل خورده نشود، از باتری می توان جریان کشید.


ج) سلول های الکترو شیمیایی:

در حالت کلی دو نوع سلول الکترو شیمیایی وجود دارد:

1) سلولهای گالوانی (ولتایی): سلول های گالوانی به دو دسته تقسیم می شوند:

الف) سلول های گالوانی نوع اوّل: تمام باتری های خشک و سلول های سوختی (که در ادامه ی این مبحث آمده است) از جمله سلول های گالوانی نوع اوّل هستند زیرا با تمام شدن واکنش دهنده های آن (یعنی خورده شدن قطب منفی در باتری های خشک و تمام شدن گاز در سلول های سوختی) دیگر نمی توان از آنها استفاده کرد.

ب) سلول های گالوانی نوع دوم: مانند سلول های سوختی که در این سلول ها از واکنش دادن دو گاز در داخل محفظه ای بسته، می توان انرژی الکتریکی بدست آورد. این دو گاز می توانند اکسیژن و هیدروژن و یا گاز شهری (متان=CH4) باشد. کاربرد سلولهای سوختی در فضاپیماها و... می باشد.

2) سلولهای الکترولیتی: این سلول ها شامل دو الکترود کاتد و آند می باشد که در درون محلول الکترولیتی قرار دارند.


سؤال: محلول الکترولیت چیست؟ محلول الکترولیت از دو قسمت مجزا تشکیل شده است که این دو قسمت در درون دو ظرف پلاستیکی قرار دارند که در داخل هرکدام از این ظروف ترکیب آب، یک الکترود فلزی و همان فلز به صورت یون وجود دارد (وقتی یک فلز به صورت یون در می آید که با اسید واکنش بدهد)؛ وقتی که این دو الکترود را با یک پل نمکی به هم متصل کنیم، به شرط آنکه در درون هریک از یون های فلزی، یک قطعه فلز از همان فلزی که به صورت یون است قرار دهیم، در این صورت اگر وسیله ی الکتریکی مناسبی بین این دو قطعه فلز قرار دهیم، جریان از آن عبور می کند. تمام موارد بالا را در شکل زیر مشاهده می کنید:

 

نکته: پل نمکی از یک کاغذ صافی آغشته شده به KCL [پتاسیم کلرید] و... ساخته می شود که برای راحت جابجا شدن بارهای الکتریکی بین دو محلول الکترولیتی استفاده می شود.

نکته: کاربرد سلول های الکترولیتی چندان زیاد نیست.

نکته: آب را به عناصر سازنده اش تجزیه کنید: اگر دو الکترود را (مثلاً دو میله ی گرافیتی که این دو میله را می توانید از باتری قلمی بدست بیاورید) در یک ظرف آب قرار دهید، وقتی برق مستقیمی به الکترودها اعمال بشود که ولتاژ بالایی با جریان مناسب داشته باشد (از 20V به بالا)، در این صورت در اطراف الکترود منفی (میله ی گرافیتی متصل شده به قطب منفی) هیدروژن با گرفتن الکترون به گاز تبدیل می شود و در اطراف الکترود مثبت اکسیژن با گرفتن پروتون به گاز تبدیل می شود. باید این دو الکترود غیر فلزی و رسانا باشند چون وقتی برق مستقیم به این الکترودها اعمال شود، در این صورت در پیرامون الکترودها محیط اسیدی و بازی به وجود می آید که باعث می شود الکترودها خورده شوند. پس از مدتی آب موجود در ظرف خاصیت قلیایی (بازی) پیدا می کند.

نکته: سلول های الکترولیتی در یکی از گرایش های رشته ی شیمی به نام الکترو شیمی، بررسی می شوند که قصد وارد شدن بیش از حد به این شاخه را نداریم.

نکته: همه ی سلول های گالوانی برق مستقیم (DC=Direct Current) تولید می کنند.

 

چ) باتری های خورشیدی:

این نوع از باتری ها از عناصر نیمه هادی تشکیل شده اند به طوری که اگر نور به آنها بتابد، از خود برق تولید می کنند. باتری های خورشیدی گران هستند و هرچه جریان دهی این باتری ها بیشتر باشد (یعنی جریان بیشتری تولید کنند) در این صورت اندازه ی این باتری ها بزرگتر شده و قیمتش هم بیشتر می شود. یک باتری خورشیدی به ابعاد یک صفحه ی کتاب، حدود 50000 تومان و بیشتر می ارزد!

لازم به ذکر است که باتری های خورشیدی برق مستقیم تولید می کنند و این برق مستقیم با مدارات الکترونیکی که در سطوح بعدی آنها را معرفی می کنیم، به برق AC (=Alternate Current) تبدیل می شود.

به باتری های خورشیدی به عنوان یکی از منابع انرژی در آینده ی نزدیک نگاه می شود. این نوع از باتری ها را در ماشین حساب ها و... مشاهده می شوند. در شکل زیر یک باتری خورشیدی مشاهده می کنید:


 

نکته: یک باتری را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند و چند باتری سری شده را با   نمایش میدهند. باتری خورشیدی را با  نمایش می دهند.

 

4)     مولتی متر (Multimeter):

این وسیله برای اندازه گیری ولتاژ، جریان، مقاومت، دما و... ساخته شده است و گاهی برای اندازه گیری دیود و ترانزیستور به کار می رود. مولتی متر ها به دو دسته ی آنالوگ (مولتی متر عقربه ای) و دیجیتال (مولتی متر رقمی) تقسیم می شوند که قیمت های بسیار متفاوتی دارند (ار 3000 تومان تا بیش از 300000 تومان!!!) علّت این اختلاف قیمت، نوع کار و دقت اندازه گیری مولتی متر است.

مولتی متر آنالوگ: در مولتی متر آنالوگ از عقربه ای برای نشان دادن مقدار عدد خوانده شده توسط مولتی متر (که ممکن است ولتاژ، جریان و... باشد) استفاده می شود. با مولتی متر آنالوگ نمی توان تغییرات بسیار کوچک در حد چند دهم و یا چند صدم را اندازه گیری کرد که یکی از مشکلات رایج در مولتی متر آنالوگ است و محاسبه ی مقادیر حک شده بر روی این نوع مولتی متر، وقت زیادی را طالب است و خواندن این مقادیر دشوار است و باید با ذره بین آن را خواند!. عقربه ی مولتی متر آنالوگ بسیار حساس است و با ضربه وارد شدن به مولتی متر، این عقربه آسیب می بیند. در شکل زیر یک مولتی متر آنالوگ مشاهده می کنید:

 

مولتی متر دیجیتال: در این نوع مولتی متر از نمایشگر کریستال مایع (LCD=Liquid Crystal Displays) برای نشان دادن عدد خوانده شده توسط مولتی متر استفاده می شود که با ضربه وارد شدن به مولتی متر، این نمایشگر آسیب نمی بیند و مقدار خوانده شده توسط مولتی متر را بسیار دقیق و در حد چند صدم ولت اختلاف نشان می دهد. در شکل زیر یک مولتی متر دیجیتال را که به یک باتری 9Vمتصل است، مشاهده می کنید:

 

نکته: مقاومت ورودی ولت متر در داخل آن قرار دارد به این صورت که این مقاومت مقدار زیادی دارد (از نظر اهم) و نقش آن کم کردن جریان و افت پتانسیل بالا است تا ولت متر بتواند ولتاژ اندازه گیری شده را بخواند. در حالت ایده آل باید این مقاومت بی نهایت باشد. در آمپر متر مقاومت ورودی در حد صفر اهم می باشد. مقاومت ورودی مولتی متر دیجیتال برای اندازه گیری ولتاژ در حد 10MΩ است که ولتاژ خوانده شده را با چند صدم ولت خطا نشان می دهد در حالی که مقاومت ورودی مولتی متر آنالوگ در حد 10KΩ است که مقدار خوانده شده را با اختلافی در حد 2 تا 3 ولت نشان می دهد.

 

نکته: در مولتی متر های دیجیتال خوب (در حد 50000 تومان) عدد خوانده شده توسط آن، پس از جدا شدن از عنصر (مثلاً مقاومت، ولتاژ و...) همچنان نشان داده می شود ولی در مولتی متر آنالوگ پس از جدا شدن مولتی متر از عنصر، مولتی متر عدد صفر را نشان می دهد.

 

محدوده ی اندازه گیری برای مولتی متر آنالوگ خوب به صورت زیر می باشد:

1) ولتاژ:

DC: 1KV-300V-100V-30V-10V-3V-1V (مقاومت ورودی 20KΩ/V است)

AC: 1KV-300V-100V-10V-3V (مقاومت ورودی 5KΩ/V است)

2) جریان:

DC: 3A-300mA-30mA-3mA-300µA

AC: 3A-300mA-30mA-3mA

3) مقاومت: 50KΩ-5KΩ-500Ω-50Ω

 

و محدوده ی اندازه گیری برای مولتی متر دیجیتال خوب به صورت زیر می باشد:

1) ولتاژ:

DC: 1KV-200V-20V-2V-200mV (مقاومت ورودی (10MΩ

AC: 750V-200V-20V-2V-200mV (مقاومت ورودی 10MΩ/V است که با یک خازن 100pF موازی است)

2) جریان:

DC: 2A-200mA-20mA-2mA-200µA

AC: 2A-200mA-20mA-2mA-200µA

3) مقاومت: 20MΩ-2MΩ-200KΩ-20KΩ-2KΩ-200Ω

 


نکته: هرچه مقاومت ورودی در مولتی متر بیشتر باشد، دقت اندازه گیری آن هم بیشتر خواهد شد.


نکته: در بیشتر مولتی متر ها فیوزی در قسمت ورودی مولتی متر قرار دارد که کار محافظت مولتی متر را انجام می دهد. مثلاً اگر مولتی متر را بر روی 200mA تنظیم کرده باشیم و اشتباهاً با آن 2A را اندازه بگیریم، ورودی مولتی متر می گذرد که با ذوب شدن فیوز، به مولتی متر آسیبی نمی رسد. در شکل زیر یک نوع از این فیوزها را می بینید:

 

نکته: در مولتی متر های ارزان قیمت، حتی با سوختن فیوز محافظ، آی سی های بکار رفته در مولتی متر می سوزد و دیگر مولتی متر به درد نمی خورد.


سؤال خیلی مهم: مولتی متر را چگونه باید به مدار ببندیم و مورد استفاده قرار دهیم؟ برای بستن مولتی متر سه حالت وجود دارد:

1) بخواهیم مقدار مقاومتی را توسط مولتی متر اندازه گیری کنیم که در این صورت باید مولتی متر را به طور موازی به مقاومت وصل کرد یعنی باید دو سر مولتی متر را به دو سر مقاومت وصل کرد و باید دقت کرد که مقاومت یا بیرون مدار باشد (یعنی به طور کامل از مدار جدا باشد) و یا اگر مقاومت در مدار قرار دارد، باید مدار خاموش باشد (یعنی از مقاومت هیچ جریانی عبور نکند) چرا؟ چون مولتی متر ها ولتاژ کوچکی را به درون مقاومت تزریق می کنند و با تغییر این ولتاژ مقدار مقاومت را نشان می دهند و اگر از مقاومت جریان عبور کند، مولتی متر نمی تواند مقدار مقاومت را بخواند. البته باید دقت کنید که درجه ی مولتی متر بر روی مقاومت تنظیم شده باشد. شکل زیر مطالب گفته شده را نشان می دهد:

 

2) بخواهیم ولتاژی را اندازه گیری کنیم که در این صورت ابتدا باید مطمئن شویم که این ولتاژ در محدوده ی اندازه گیری مولتی متر وجود دارد مثلاً اگر می خواهیم ولتاژ برق شهر را با مولتی متر اندازه گیری کنیم، باید مولتی متر در محدوده ی 750V-AC قرار بگیرد تا آسیب نبیند و سپس باید مولتی را به طور موازی به ولتاژ مورد نظر وصل کرد و برای برق DC یک سر مولتی متر (سری از مولتی متر که معمولاً مشکی است) را به قطب منفی و سر دیگر آن (یعنی سری که معمولاً قرمز است) را به قطب مثبت وصل کرد و اگر برق AC باشد، در این صورت یک سر مولتی متر را به سیم نول [صفر ولت] و سر دیگر را به سیم فاز وصل کنید و یا یکی از سر ها را به سیم فاز1 و سر دیگر را به سیم فاز2 وصل کنید. شکل زیر نحوه ی این کار را نشان می دهد:

 

3) بخواهیم جریانی را اندازه گیری کنیم که در این صورت اگر آن جریان مسقتیم بود مولتی متر را در قسمت اندازه گیری جریان مستقیم قرار می دهیم و اگر آن جریان متناوب بود، مولتی متر را در قسمت اندازه گیری جریان متناوب قرار می دهیم و سپس باید مولتی متر را به صورت متوالی به مدار بست به صورت شکل زیر:

 

نکته: برای اندازه گیری مقاومت بایاس مستقیم دیود شما مولتی متر را در قسمت دیود سنج که با نماد دیود   مشخص شده است، قرار دهید و سیم مشکی مولتی متر را به کاتد دیود و سیم قرمز مولتی متر را به آند دیود وصل کنید (تعریف کاتد و آند در یک دیود، قبلا گفته شد) و عدد نشان داده شده بر روی مولتی متر، مقاومت داخلی دیود را نشان می دهد. که این عدد باید در حد صفر باشد.


نکته: برای اندازه گیری مقاومت بایاس معکوس، شما باید سیم مشکی مولتی متر را به آند دیود و سیم قرمز مولتی متر را به کاتد آن وصل کنید و در این صورت مولتی متر نباید عددی را نشان دهد یعنی مقاومت بایاس معکوس باید در حد بی نهایت باشد.


نکته: اگر مقاومت بایاس معکوس و مقاومت بایاس مستقیم با هم برابر بود به این معناست که دیود آسیب دیده است.


نکته: برای اندازه گیری بهره ی جریان ترانزیستور(hFE یا همان ß) باید مولتی متر را در قسمت ترانزیستور سنج قرار دهید و با دانستن اینکه ترانزیستور NPN یا PNP است و با دانستن چیدمان پایه های ترانزیستور این کار را انجام دهید.


نکته: برای اندازه گیری دما مولتی متر را در این حالت تنظیم کنید و برای اندازه گیری فرکانس نیز مولتی متر را در حالت اندازه گیری فرکانس قرار دهید.


نکته: وسایل اندازه گیری دیگری وجود دارند. مانند فرکانس متر، خازن سنج، کریستال سنج، وات متر، ولت سنج و آمپر سنج که هریک به ترتیب مخصوص اندازه گیری فرکانس، ظرفیت خازن، فرکانس کاری کریستال، توان مدار، ولتاژ مدار و جریان مدار است که به صورت مجزا عرضه می شوند. چون بیشتر این وسایل در تعمیر مدار کاربرد دارند.


5)     میکروفن ها (Microphones):

سؤال: میکروفن چیست؟ وسیله ای است که صداهای پیرامون خود را دریافت می کند و این صداها را به سیگنالهای الکتریکی ضعیفی تبدیل می کند.

 

انواع میکروفن ها:

1) میکروفن کربنی (که در تلفن های قدیمی و I phone ها بکار می رود. شکل زیر را ببینید)

 

2) میکروفن خازنی (شکل زیر را ببینید)

 

3) میکروفن دینامیکی (شکل زیر را ببینید)

 

4) میکروفن بلوری (کریستالی)


سؤال: موج کاریر (Carrier) چیست؟ هر فرستنده ی رادیویی و تلویزیونی، موج الکترومغناطیسی با فرکانس های خاص تولید می کند که اگر جریان صوتی بر روی این موج سوار نشده باشد، به آن اصطلاحاً موج کاریر (یعنی موج حامل جریان) می گویند.


سؤال: مدولاسیون چیست؟ در میکروفن ها و فرستنده ها صداهای دریافت شده به جریان صوتی (که جریان متغیری است) تبدیل می شود. سوار کردن این جریان صوتی بر روی موج های الکترومغناطیسی کاریر را مدولاسیون می گویند.


سؤال: مدولاسیون پهنای باند (مدولاسیون دامنه) چیست؟ در این نوع مدولاسیون فرکانس ثابت می ماند ولی پهنای باند (دامنه ی) این فرکانس با تغییر جریان صوتی، تغییر می کند. به مدولاسیون پهنای باند مدولاسیون AM (Amplitute Modoulation) می گویند. باند AM بر روی رادیو ها نشان دهنده ی مدولاسیون دامنه است.


سؤال: مدولاسیون فرکانس چیست؟ در این مدولاسیون فرکانس با ثابت بودن پهنای باند تغییر می کند که به آن مدولاسیون FM (Frequency Modoulation) می گویند.


نکته: مدولاسیون فاز (PM=Phase Modoulation) و مدولاسیون موج متوسط (MW=Medium Wave) از انواع دیگر مدولاسیون هستند.


نکته: میکروفن را در نقشه های شماتیک با  نمایش داده و با حرف mic مشخص می کنند.


سؤال: دمولاتور چیست؟ تبدیل دوباره ی موج الکترومغناطیسی به جریان متغیر صوتی را دمولاتور می نامند.


نکته: میکروفن دینامیکی به مکیروفن الکترت معروف است که امپدانس (مقاومت ظاهری) بالایی بین 47KΩ تا 100KΩدارند.


6)     سلف ها و ترانس ها:

سؤال: سلف چیست؟ سلف یعنی سیم پیچ. یعنی سلف از پیچیده شده سیم بر روی یک استوانه ی فلزی که از جنس فریت (آهن نرم) است، ساخته می شود که به این استوانه ی فلزی مغزی می گویند. سلف کاربرد بسیار وسیعی دارد ولی از مقاومت ها و خازن ها کمتر استفاده می شود به طوری که مقاومت ها و خازن ها در اکثر مدارات به چشم می خورند ولی سلف در بعضی از مدارات استفاده می شود. سلف در منابع تغذیه، فرستنده ها و گیرنده ها و در ترانس بیشترین کاربرد را دارد. وقتی از درون سلف جریان الکتریکی عبور می کند، در اطرافش میدان مغناطیسی به وجود می آید (میدان مغناطیسی، فضای اطراف یک آهنربا یا هر وسیله ای است که بتواند آهن را جذب کند) و در این حالت سلف می تواند جریان را در میدان مغناطیسی ذخیره کند. در نقشه های شماتیک سلف را با  نشان می دهند و سلف متغیر را با  نشان می دهند و با حرف L آن را مشخص می کنند.


نکته: سلف می تواند از پیچیده شدن سیم به دور خود ساخته شود.


نکته: سلف ها گران قیمت هستند، عملکرد خوبی ندارند، چون به صورت سیم پیچ هستند از میدانهای مغناطیسی اطراف خود تاثیر می پذیرند، سلف ها روی هم تاثیر می گذارند به همین دلیل زیاد از آنها استفاده نمی شود.


نکته: ظرفیت سلف بر حسب هانری می باشد و چون هانری یکای بزرگی است (از نظر تعداد رقم. مثلاً 1µHبرابر 0.000001H است)، بنابراین از یکاهای (یکا یعنی واحد اندازه گیری) کوچکتر (از نظر تعداد رقم) استفاده می شود مانند میلی هانری و... .


سؤال: سیم لاکی چیست؟ سیمی مسی است که بر روی مس آن لایه ای عایق که همان لاک است کشیده شده است. سیم لاکی بسیار پرکاربرد است که بعداً خودتان کاربردش را متوجّه خواهید شد! (یکی از کاربرد های سیم لاکی سیم مویی [که مانند مو باریک است!] است. سیم مویی لاکی در سلف ها و ترانس ها خیلی استفاده می شود).

 

سؤال: چرا از سیم لاکی استفاده می کنیم؟ چون سیم لاکی از سیم معمولی کمتر فضا را اشغال می کند. همانطور که گفته شد، سیم لاکی از یک سیم مسی تشکیل شده است که لایه ای بسیاز نازک از یک لاک عایق بر روی آن کشیده شده است و حالا ما همان سیم مسی را در نظر می گیریم اگر لایه ی پلاستیکی بر روی این سیم مسی بکشیم، به سیم معمولی تبدیل می شود که فضای بیشتری را اشغال می کند. در ضمن اگر سیم معمولی گرم شود، پلاستیک آن ذوب می شود در حالی که سیم لاکی قدرت تحمّل گرمای بالاتری را دارد.


سؤال: ترانس چیست؟ ترانس از دو سیم پیچ تشکیل شده است که اگر برق متناوب وارد یکی از سیم پیچ ها شود، در سیم پیچ دوم، ولتاژی بیشتر یا کمتر و یا برابر با ولتاژ سیم پیچ اوّل، در سیم پیچ دوم به وجود می آید.


نکته: نام دیگر ترانس، ترانسفورمر می باشد که معمولاً به ترانس های کوچک ترانسفورمر می گویند و یک نام دیگر ترانس، ترانسفورماتور می باشد که معمولاً به ترانس های بزرگ گفته می شود و در حالت کلی ترانسفورمر و ترانسفورماتور یکی است.


نکته: ترانس ها برای کار با برق متناوب طراحی شده اند.


سؤال: کاربرد ترانس چیست؟ ترانس ها کاربرد بسیار زیادی دارند. ترانس ها به انواع مختلفی تقسیم می شوند که هر کدام از این انواع ترانس، کاربرد مخصوص به خود را دارد. مثلاً ترانس های افزاینده، ولتاژ برق متناوب را زیاد می کنند، ترانس های کاهنده، ولتاژ برق را کم می کنند و... و کاربرد ترانس های افزاینده در نیروگاه های برق برای فرستادن برق به مناطق دور دست است (همانطور که گفتیم، مقاومت مانع از عبور جریان می شود. وقتی ولتاژ برق توسط ترانس های افزاینده زیاد می شود، در این صورت جریان برق کم می شود و جریان کمی از مقاومت سیم ها عبور می کندکه با این کار توان بسیار کمی درسیم ها تلف شده و به گرما تبدیل می شود)، کاربرد ترانس های کاهنده در نیروگاه های برق، لوازم الکتریکی و مدارات الکترونیکی است. در مورد کاربرد ترانس های دیگر در ادامه ی همین قسمت صحبت می کنیم.


سؤال: ترانس از چه چیزی ساخته شده و چگونه کار می کند؟ ترانس از دو سیم پیچ لاکی مجزا که بر روی یک مغزی آهنی پیچیده شده اند، ساخته می شود. یکی از این سیم پیچ ها تعداد دور کمتر و سیم پیچ دیگر تعداد دور بیشتری دارد و به یکی از این سیم پیچ ها، سیم پیچ اولیّه و به سیم پیچ بعدی، سیم پیچ ثانویه می گویند. در ترانس افزاینده، سیم پیچ اولیّه تعداد دور کمتر و سیم پیچ ثانویه تعداد دور بیشتری دارد و هنگامی که برق متناوب وارد سیم پیچ اولیّه می شود، در این حالت میدان مغناطیسی متناوبی که قطب شمال و جنوب آن دائماً در حال تغییر است در اطراف سیم پیچ اولیّه ایجاد می شود که این میدان متغیر بر روی سیم پیچ دوم و هسته ی فلزی اثر گذاشته و باعث می شود در سیم پیچ ثانویه ولتاژ بیشتری نسبت به سیم پیچ اولیّه و با جریان کمتر ایجاد شود و در ترانس کاهنده این قضیه بر عکس است یعنی سیم پیچ اولیّه تعداد دور بیشتری نسبت به ثانویه دارد.


نکته: ترانسفورمر های کاهنده را در اکثر مدارات پر مصرف مشاهده می کنید. مانند ضبط صوت، تلویزیون و... .


سؤال: انواع ترانس را نام ببرید.

1) ترانس های صوتی (که به آنها چوک می گویند. مانند چوک بلندگو و یا چوک رابط که برای کوپلاژ فرکانس های صوتی از 20Hz تا 20KHz بکار می روند).

2) ترانس های فرکانس بالا (که در فرکانس های 100KHz به بالا کار می کنند)

3) ترانس های افزاینده (برای افزایش دادن ولتاژ)

4) ترانس های کاهنده (برای کم کردن ولتاژ برق و افزایش جریان آن. این ترانس ها وقتی جریان از آنها عبور می کند به شدت داغ می شوند و برای جلوگیری از داغ شدن آنها، آنها را در طشتی از روغن شناور می کنند که این روغن سمی است و در کشور های خارجی به جای این روغن از نیتروژن مایع استفاده می کنند و چون این ترانس ها در معرض رطوبت، نور خورشید و هوا قرار دارند لایه ی بیرونی آنها خورده شده و پس از چند سال می سوزند که سوختن آنها وقتی رخ می دهد که آن روغن سمی و یا گاز نیتروژن از ترانس خارج شود؛ در این صورت ترانس نمی تواند خنک شود و می سوزد بنابراین گاز نیتروژن هنگام خارج شدن از ترانس کاملا بی خطر است. این ترانس ها خیلی بزرگ هستند به اندازه ی تقریبی یک تلویزیون و آنها را در بالای بعضی از تیر های برق مشاهده کنید. نوع دیگری از آنها مانند دستگاه جوش کاری است که ولتاژ برق شهر را کم می کند و جریان زیادی تا 100Aایجاد می کند)

5) ترانس دو سر (که اولیّه و ثانویه ندارد و فقط دو سر دارد و نوعی سلف است. مانند ترانس مهتابی که برای کم کردن جریان برق بدون تغییر ولتاژ است و یا مانند ترانس موجود در ریش تراش برقی که میدان مغناطیسی در اطراف خود به وجود می آورد و جریان برق را کم می کند)

6) ترانس چند سر (این ترانس ممکن است چند سر (بیشتر از دو سر) در ثانویه داشته باشد و اولیه ی آن دو سر باشد (و یا در اولیّه چند سر داشته باشد و ثانویه ی آن دوسر باشد) که تراس چند سر در ثانویه (که اولیه ی آن دوسر است) بیشتر در آداپتور ها به کار می رود (آداپتور در ادامه ی همین قسمت تعریف می شود) و ترانس چند سر در اولیّه (که ثانویه ی آن دو سر است) برای برق سه فاز و یا برق چند فاز استفاده می شود)


در شکل های زیر چند نوع ترانس مشاهده می کنید:

  

 

چوک قرمز یا سبز= چوک بلندگو -- چوک آبی= چوک رابط

سؤال: برق متناوب چیست؟ برقی است که ولتاژ و جریان آن دائماً در حال تغییر است یعنی هم مقدار ولتاژ و هم مقدار جریان برق در یک لحظه مثبت، در لحظه ای دیگر صفر و در لحظه ای دیگر منفی می شود. برق متناوب دارای فرکانس است (فرکانس قبلاً تعریف شد). به این صورت که هرچه فرکانس بیشتر شود، تعداد این تغییرات بیشتر می شود.

 

سؤال: چگونه بفهمیم که برق مستقیم و یا متناوب است؟ 

برای این کار راه های بسیار زیادی وجود دارد:

1) استفاده از ترانس؛ به این صورت که برق مورد نظر را به اولیه ی یک ترانس متصل کنیم و ولتاژ ثانویه ی ترانس را با ولت متر اندازه گیری کنیم و اگر ثانویه دارای ولتاژ بود، برق AC و در غیر این صورت برقDC می باشد. این روش معمولاً برای ولتاژ های زیاد بکار می رود.

2) استفاده از از اسیلسکوپ (یا نوسان نما)؛

3) استفاده از LED ؛ به این صورت که پس از بستن مقاومت مناسبی به LED آن را به آن برق مورد نظر وصل کنیم و اگر LEDخاموش باشد، برق DC است و اگر LED روشن شد، جای کاتد و آند آن را عوض می کنیم و مجدداً آن را به آن برق وصل می نماییم و در این صورت اگرLED خاموش شد، برق DC است و اگر در هر دو حالت LED روشن بود، برق AC می باشد. از این روش برای ولتاژ های کم و بزرگتر از 3Vاستفاده می کنیم و برای اندازه گیری ولتاژ های بالا باید یک خازن مناسب باLED سری کنیم.

4) استفاده از بلندگو؛ به این صورت که بلندگو را به مقاومت مناسبی سری کرده و آن را به برق مورد نظر وصل می کنیم، اگر بلندگو وزوز کند، برق AC و اگر فقط یک لحظه صدا کند و قطع شود، برق DC می باشد. از این روش برای ولتاژ های کم استفاده می شود و برای ولتاژ های زیاد باید بلندگو را به ثانویه ی ترانسی وصل کنیم و اولیّه ی آن را به ولتاژ مورد نظر بزنیم.

5) استفاده از آرمیچر (موتور DC)؛ موتور را به ولتاژ مورد نظر وصل کنیم و اگر موتور نچرخید، برق AC است این روش را وقتی استفاده می کنیم که ولتاژ کار موتور با ولتاژ برق مجهول برابر باشند که ولتاژ برق مجهول را با مولتی متر می توان اندازه گیری کرد.

6) استفاده از سیم پیچ؛ به این صورت که قطب نمایی در کنار سیم پیچ قرار داده و سیم پیچ را به برق مورد نظر متصل می کنیم، اگر عقربه ی قطب نما منحرف شد، برقDC است و در غیر این صورت برق AC است.

7) استفاده از سیم نول (زمین واقعی)؛ به این صورت که ولت متری را در وضعیت اندازه گیری ولتاژ AC قرار می دهیم و یک سر ولت متر را به زمین واقعی و سر دیگر آن را به یکی از هر دو سیم برق مورد نظر وصل می کنیم اگر ولت متر در هر دو حالت عدد صفر را نشان داد، برق DC است و اگر در یکی از حالات ولت متر عددی را نشان دهد، برق AC است.

8) استفاده از خازن؛ به این صورت که خازنی با ظرفیت متوسط (حدود 100nF( را با یکی از سیم های برق مجهول سری می کنیم و طرف دیگر خازن را به ولت متری که در وضعیت اندازه گیری ولتاژ AC قرار دارد متصل کرده و سر دیگر ولت متر را به سیمی دیگر (یعنی سیمی غیر از سیمی که خازن با آن سری شده) می زنیم و اگر ولت متر عددی را نشان داد، برق AC خالص و یا برق DC همراه با AC می باشد.

 

 

سؤال: برق سه فاز چیست؟ برقی است که دارای سه سیم فاز و یک سیم نول است که این سه سیم فاز به ترتیب فاز قرمز (Red)، سبز (Green) و آبی (Blue) می باشد که هرکدام از این فازها با هم 120 درجه اختلاف دارند.


 سؤال: r.m.s برق شهر چیست؟ r.m.s  ریشه ی اصلی یا به عبارت بهتر مقدار مؤثر برق شهر می باشد. مقدارr.m.s  اصلی برق شهر 220V  می باشد. مقدار قله (حداکثر افزایش ولتاژ برق شهر با گذشت زمان برابر 312=2√*220 ولت می باشد 


نکته: در ترانس ها رابطه ی بین ولتاژ، جریان و تعداد سیم پیچ ها به صورت زیر می باشد:

اگر V1، I1 و N1 به ترتیب ولتاژ، جریان و تعداد دور اولیّه باشد و V2، I2 و N2 به ترتیب ولتاژ، جریان و تعداد دور

ثانویه باشد در این صورت داریم:

V1÷V2=I2÷I1

و N1÷N2=V1÷V2

و N1÷N2=I2÷I1

و در روابط بالا مشاهده می کنیم که جریان با تعداد دور سیم پیچ ها و با مقدار ولتاژ نسبت عکس دارد یعنی اگر تعداد دور سیم پیچ (چه اولیّه و چه ثانویه) بیشتر شود، جریان کمتری در آن سیم پیچ به وجود می آید و بر عکس و هرچه ولتاژ سیم پیچ (چه اولیّه و چه ثانویه) بیشتر باشد، در این صورت جریان کمتری در آن سیم پیچ موجود است و بر عکس.

 

 

نکته: ترانس های مخصوص ولتاژ اصلی (220V) در دو نوع کاهنده و افزاینده وجود دارند که نوع افزاینده آن بسیار بزرگ بوده و برای نیرو گاه ها استفاده می شود و نوع کاهنده ی آن در بیشتر مدارهای الکترونیکی توان بالا (که باتری نمی تواند توان این مدارها را تأمین کند)، به کار می رود. این ترانس ها به صورت دو سر و یا چند سر تولید می شوند که معمولاً ولتاژ های زیر را ارائه می دهند (به صورت متناوبAC ):

1/5V-3V-4/5V-6V-9V-12V-15V-18V-24V-32V-36V-…-110V

 

مغزی این نوع ترانس ها به صورت فلزی می باشد که از قرار گرفتن چندین برگه فلز بر روی هم ایجاد می شود که این برگه فلز ها با چسب سیلیکونی بر روی هم قرار دارند.

 


نکته: توان ترانس بر حسب ولت آمپر (V.A) یا وات می باشد که هرچه بیشتر باشد، جریان دهی ترانس بیشتر خواهد بود و ابعاد ترانس بزرگتر خواهد شد..

 


نکته: ترانس  را در نقشه های شماتیک با  نمایش می دهند و با نام Tr مشخص می کنند. و سه خط موازی آن نشان دهنده ی وجود هسته ی آهنی است.

نکته: ترانس سه سر را با  نشان می دهند و ترانس چهار سر را با  نشان می دهند و ترانس X سر را با  نشان می دهند.

 

نکته: در ترانس چند سر مثلاً ترانس X سر 9V، ولتاژ بین سر اوّل و سر آخر ترانس، 9V خواهد بود و ولی ولتاژ بین هر سر داخلی با سر اوّل کمتر از 9V خواهد بود. مثلاً ترانس 9V سه سر را در نظر می گیریم (مانند شکل زیر) که در این ترانس ولتاژ سر اوّل و سر آخر آن 9V است در حالی که ولتاژ یکی از سر اوّل یا آخر با سر وسط در این ترانس 4/5V است.

 

سؤال: آداپتور چیست؟ آداپتور از یک ترانس چند سر که به یک مدار یکسو کننده وصل است ساخته می شود. در خروجی آداپتور برق DC وجود دارد. آداپتورها انواع بسیار گوناگونی دارند که نام بردن همه ی مدل های آن چند برگه ی A4 را پر می کند!!!. بیشتر آداپتورها دارای کلید حرکتی هستند که با حرکت دادن این کلید ولتاژ خروجی آن تغییر می کند. این آداپتورها دارای ترانس چند سری هستند که ولتاژ هر کدام از این سر ها نسبت به سر اوّل به صورت پلّه ای افزایش می یابد. مثلاً در آداپتور 12V هشت سر، اختلاف پتانسیل هر کدام از سرها نسبت به سر اوّل به ترتیب برابر 1.5V، 3V، 4.5V، 6V، 7.5V، 9V و 12V می باشد. (شکل زیر راببینید)

 

سؤال: تثبیت کردن ولتاژ (رگوله کردن=Regulator) یعنی چه؟ یعنی اینکه ولتاژ خروجی صرف نظر از ولتاژ ورودی، همواره ثابت باشد. مثلاً اگر آداپتور 12V، ولتاژش رگوله نشده باشد، ممکن است ولتاژ خروجی آن به 20Vبرسد! که با ولت متر می توان آن را اندازه گیری کرد ولی بعد از رگوله شدن، مقدار آن فقط 12V خواهد بود.

 

نکته: اگر آداپتوری رگوله نشده باشد، ممکن است هنگام وصل کردن آن به مدار، ولتاژ زیاد آن به مدار آسیب برساند.

 

نکته: تثبیت کننده های ولتاژ معمولاً در 90% حالات به صورت تمام IC هستند. مانند آی سی 7805 که تثبیت کننده ولتاژ 5V می باشد.

 

نکته: به تثبیت کردن ولتاژ رگوله کردن ولتاژ ویا رگولاسیون می گویند.

 

سؤال: علت داغ شدن آداپتور و یا داغ شدن ترانس چیست؟ اگر بیش از حد از ترانس یا آداپتور جریان کشیده شود، داغ می شوند. مثلاً اگر بر روی آداپتور 12V نوشته شده باشد حداکثر جریان دهی 500mA (Current=500mA) در این صورت اگر جریان بیشتری از 500mA از آداپتور کشیده شود، آداپتور داغ می شود و باید آداپتوری را انتخاب کرد که جریان دهی بیشتری دارد مثلاً .1A در مورد ترانس هم این مسأله صادق است و هرچه جریان دهی یک ترانس یا آداپتور بیشتر شود، در این صورت اندازه و قیمت آن افزایش می یابد. یک ترانس 12V-2A حدود 5000 تومان قیمت دارد.

 

سؤال: آیا می توان با یک باتری 9V و یک ترانس، یک مهتابی را روشن کرد؟ جواب: بله!!! با استفاده از مدارات اینورتر می توان این کار را انجام داد.

 

7)     منبع تغذیه (Power Supply):

سؤال: منبع تغذیه چیست؟ قبل از پاسخ دادن به این سؤال باید بگوییم منبع تغذیه را به جرأت می توان گمنام ترین قسمت یک مدار دانست به طوری که بعضی از دانشجویان رشته ی الکترونیک هم آن را نمی شناسند!!!؛ منبع تغذیه بخشی از مدار است که به مدار توان و انرژی می دهد در واقع بدون منبع تغذیه هیچ مداری به درد نمی خورد! منبع تغذیه می تواند باتری، دینام، ترانس، آداپتور و یا هر وسیله ای باشد که به مدار انرژی می دهد. تمام وسایل الکترونیکی مانند کامپیوتر ها، تلفن های همراه، ساعت و... بدون منبع تغذیه باید دور انداخته شوند!

 

سؤال: منبع تغذیه ی آزمایشگاهی چیست و فرق آن با آداپتور در چه چیزی است؟ منبع تغذیه ی آزمایشگاهی به منبعی می گویند که بتوان ولتاژ و جریان خروجی آن را به صورت دلخواه تنظیم کرد و فرق آن با آداپتور در این است که آداپتور ها ولتاژ های ثابتی را ارائه می کند ولی تغذیه ی آزمایشگاهی هر ولتاژی (تا حداکثر ولتاژ منبع آزمایشگاهی) را با هر جریانی (تا حداکثر جریان منبع آزمایشگاهی) ارائه می کند به این صورت که این نوع منبع تغذیه دارای پتانسیومتر هایی است (پتانسیومتر قبلاً تعریف شد) که با آنها می توان مقدار ولتاژ و جریان را به صورت دلخواه تنظیم کرد (مثلاً 6/28V یا 1/34A).

 

نکته: عملکرد منبع تغذیه در مدار خیلی مهم است. مثلاً همانطور که گفته شد، آداپتور 12V را در نظر می گیریم که در صورت تثبیت نشده بودن ولتاژ آن، ممکن است این ولتاژ به 20V هم برسد که این ولتاژ می تواند به بعضی از مدار ها آسیب برساند و یا برق شهر (220V) را به عنوان یک منبع تغذیه در نظر می گیریم؛ برق شهر دائماً در حال نوسان است و این نوسان باعث می شود که r.m.s اصلی برق شهر که همان 220V است دائماً در حال تغییر باشد و با نوسانات شدید برق شهر مقدار r.m.s اصلی برق شهر حتی به 260V نیز می رسد!!! کم و زیاد شدن نور چراغها در بعضی اوقات نشان دهنده ی این موضوع است و این نوسانات می تواند به وسایل الکتریکی آسیب برساند بنابراین از تثبیت کننده های ولتاژ در مسیر برق شهر استفاده می کنند (مانند ترانس یخچال و کامپیوتر).

 

نکته: اگر در یک مدار صوتی و یک تقویت کننده ی صوتی، ولتاژی کمتر و یا بیشتر از ولتاژ نامی وسیله به آن داده شود، در این صورت ممکن است اعوجاج و نوییز فراوانی وارد مدار صوتی شود و این مدار صوتی، صدای هوم زیادی تولید کند.

 

نکته: اگر جریان مصرفی یک مدار صوتی کمتر از مقدار نامی آن باشد، در این صورت این مدار صوتی عملکرد خوبی را از خود نشان نخواهد داد. (مثلاً اگر جریان نامی مدار صوتی مانند رادیو 1/5A باشد در حالی که ما منبع تغذیه ای با جریان 500mA را به آن وصل کنیم، در این صورت مدار عملکرد خوبی نخواهد داشت)

 

نگته: ما دو نوع منبع تغذیه داریم: 1) تثبیت شده، 2) تثبیت نشده. که در مورد این دو نوع منبع در قسمت های بالا به اندازه ی کافی صحبت کردیم.


نکته: بعضی از منابع تغذیه در برابر مقدار جریان مصرفی و یا افزایش ولتاژ محافظت نشده اند که در این صورت اگر تغییری در ولتاز و جریان منبع انجام شود، در این صورت منبع آسیب خواهد دید و ممکن است قطعات داخلی منبع بیش از حد داغ شده و یا حتی بسوزند. برخی از این تغییرات مانند اتصال کوتاه شدن دو سر خروجی منبع تغذیه است (اگر دو سر خروجی یک ترانس و یا یک آداپتور اتصال کوتاه شود، در این صورت آن ترانس و یا آداپتور شروع به داغ شدن می کنند به طوری که در ترانس این گرما به اندازه ای زیاد می شود که ترانس را ذوب می کند!!! و در آداپتور باعث سوختن مدار یکسو کننده و تثبیت کننده آداپتور می شود. اگر توانی بیشتر از توان نامی یک وسیله از آن وسیله کشیده شود، همین اتفاق رخ می دهد. افزایش ولتاژ ورودی منبع تغذیه از ولتاژ نامی آن هم می تواند به منبع تغذیه آسیب برساند.


8)     موتور های الکتریکی:

سؤال: موتور الکتریکی چیست؟ وسیله ای است که از سیم پیچ و آهنربا تشکیل شده است که در درون محفظه ای فلزی قرار دارد و هنگام اعمال ولتاژ به دو سر آن، شروع به چرخش می کند. موتور ها به انواع مختلفی تقسیم می شوند ولی در حالت کلی به دو دسته ی زیر تقسیم می شوند:

1) موتور های DC

2) موتور های AC


نکته: برای چندمین بار برق DC و AC را تعریف می کنیم چون از اهمیّت بسیار بالایی برخوردار است:

برق DC: به برقی می گویند که ولتاژ و جریانش تغییر نکند و همواره ثابت باشد مانند برق یک باتری.

برق AC: به برقی می گویند که ولتاژ و جریانش با زمان تغییر کند مانند برق شهر.

در این قسمت به شرح چند نقشه ی الکترونیکی می پردازیم.

چشمک زن 2 LED (نام دقیق تر مولتی ویبراتور):

 

همانطور که مشاهده می کنید، این مدار از چهار عدد مقاومت، دو عدد خازن، دو عدد LED و دو ترانزیستور تشکیل شده است. مقاومت های R1 و R3مقدارشان 27KΩ می باشد که معمولاً به صورت چهار حلقه عرضه می شوند و توان آنها ¼W می باشد. رنگ روی بدنه ی این دو مقاومت برابر است با قرمز، بنفش، نارنجی و حلقه ی چهارم آن نیز که درصد خطای مقاومت را نشان می دهد، مقدارش در این مدار چندان مهم نسیت (مثلاً قرمز رنگ یا نقره ای رنگ یا... باشد). مقاومت های R2 و R4مقدارشان 27Ω و W¼ می باشد که رنگ بدنه ی آنها قرمز، بنفش و سیاه است و رنگ حلقه ی چهارم نیز مهم نیست.

دو خازن C1 و C2 ظرفیتشان 47µF می باشد و از نوع خازن الکترولیتی هستند که باید به سر مثبت و منفی مشخص شده در نقشه و روی بدنه خازن توجه کرد چرا که اگر سرهای خازن الکترولیتی به طور معکوس در مدار قرار گیرند منجر به سوختن و حتی انفجار خازن می گردند در ضمن باید به ولتاژ کار خازن الکترولیتی که بر روی بدنه ی آن نوشته شده است توجه کرد که این ولتاژ نباید کمتر از 10V باشد چرا که در این حالت خازن الکترولیتی داغ شده و می سوزد.

دو LED مشخص شده نیازی به توضیح ندارند و فقط باید دقت کرد که کاتد و آند LED ها درست در مدار قرار بگیرند در غیر این صورت LED ها روشن نمی شوند. شما می توانید با توجه به تصویر زیر به راحتی کاتد و آند LED را از هم تشخیص دهید:


 

و در این تصویر پایه ی کاتد کوتاه تر از آند است و همچنین به قسمت بالایی کاتد نگاه کنید که کمی خمیده است و راه دیگر تشخیص کاتد را در تصویر زیر مشاهده کنید:

 

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، قسمتی که پایه ی کاتد LED واقع شده است سمت چپ تصویر است (به بریدگی دایره در سمت چپ توجه کنید و در همه ی LED ها این بریدگی وجود دارد که پایه ی کاتد را مشخص می کند).

دو ترانزیستور موجود نیز C1959 هستند که پایه های آن باید درست قرار بگیرند که با توجه به شکل زیر می توانید پایه های آن را از هم تشخیص دهید:

 

وقتی باتری 3 ولتی به مدار متصل شود، خازن ها شروع به پر شدن و خالی شدن (شارژ شدن و دشارژ شدن) می کنند در نتیجه ترانزیستورها به حالت هدایت و قطع می روند و در نتجه از پایه ی C ترانزیستورها که در مسیر LED قرار دارند جریان قابل توجّهی عبور کرده و LED ها شروع به چشمک زدن می کنند.

با نحوه پیاده سازی قطعات این مدار بر روی فیبر مدار چاپی، در قسمت بعدی با آن آشنا می شوید می توانید نمونه ی ساخته شده ی این مدار را مشاهده کنید:

 

 

دزدگیر سیمی:

 

این مدار از چهار مقاومت، دو خازن، دو ترانزیستور و یک بلندگو تشکیل شده است.

مقدار خازن C1 که خازن عدسی است 102 می باشد که بر روی بدنه ی آن نوشته شده است و خازن C2 نیز خازن عدسی می باشد که مقدارش 473 می باشد. برای تشخیص مقدار مقاومت های R1 تا R4 به قسمت های قبل مراجعه کنید.

بلندگوی به کار رفته در این مدار ترجیحاً باید مید رنج باشد چون بلندگوی ووفر نمی تواند صدای تولید شده ی این مدار را پخش کند و یا با صدای کمی پخش می کند.

تا زمانی که سیم AB (که یک سیم مویی است یعنی مانند مو نازک است) از مدار جدا نشده است، مدار در حالت سکون به سر می برد که در این حالت مدار جریان کمی مصرف می کند و وقتی که سیم AB به هر دلیلی پاره شود، مصرف جریان مدار زیادتر شده و بلندگو به صدا در می آید. با تعویض مقاومت های R1,R4,R3 صدای پخش شده از بلندگو تغییر می کند به طوری که می توان مدار را با بلندگوی ووفر نیز به کار انداخت خودتان این مقاومت ها را عوض کنید و نتیجه را ببینید.

این مدار از دو ترانزیستور تشکیل شده است که چیدمان پایه های ترانزیستور B324 به صورت زیر می باشد:


 

و چیدمان پایه های ترانزیستور BC237 به صورت زیر است:

 

شکل زیر نمونه ی ساخته شده ی این مدار را نشان می دهد:

 

 

چشمک زن سه لامپی ترانزیستوری:

 

این مدار از سه لامپ، یک کلید قطع و وصل، سه مقاومت، شش خازن و دو ترانزیستور تشکیل شده است. خازن های به کار رفته در این مدار از نوع الکترولیتی می باشند و مقدارشان 470µF می باشد. مقاومت های به کار رفته نیز مقدارشان 2.2KΩ می باشد (روی بدنه ی آنها هر سه حلقه ی رنگی قرمز هستند) ترانزیستورها نیز همان ترانزیستور به کار رفته در نقشه ی قبل می باشد که چیدمان پایه های آن را مشخص کرده بودیم. لامپ ها نیز به صورت مشخص شده در مدار قرار می گیرند. این مدار با باتری 3V کار می کند و سر مثبت این باطری به کلید S1 و پایه های امیتر ترانزیستورها وصل است و سر منفی باتری به یکی از پایه های لامپ ها وصل است (نقشه را ببینید).

نکته ی آخر این است که اگر از لامپ 3V پر مصرف استفاده کنید، ترانزیستورها داغ می شوند و لامپ ها دیگر روشن نمی شوند پس بهترین لامپ هایی که می توانید در این مدار استفاده کنید در تصویر زیر نشان داده شده اند که در کنار یک LED با قطر 5 میلی متر قرار دارند:

 

این مدار را می توانید برای تزئیین و دکوراسیون به کار ببرید. در شکل زیر نمونه ی ساخته شده ی آن را مشاهده می کنید:

 

 

در این قسمت به نحوه ساخت و قرار دادن قطعات بر روی فیبر مدار

چاپی با روش ماژیک ضد اسید می پردازیم.


ابتدا به معرفی ابزار لازم برای پیاده سازی قطعات بر روی فیبر مدار چاپی می پردازیم قبل از شروع باید بگوییم که فراموش نکنید، هرچه کار عملی بیشتری انجام دهید ماهرتر می شوید ممکن است اوّلین مدار ساخته شده ی شما چندان خوشایند نباشد و یا حتی کار نکند!!! بنابراین امید خود را از دست ندهید و تا مراحل بعدی همراه ما باشید. الکترونیک علمی است که نیاز به کار عملی فراوان دارد و با مطالعه چندان نمی توان بر این علم مسلّط شد باید کار عملی انجام دهید تا ماهر شوید...

 

قبل از شروع باید بگوییم وسایل ذکر شده در ذیل را که برای پیاده سازی نقشه بر روی فیبر مدار چاپی مورد استفاده قرار می گیرند را بخرید تا بتوانید در ادامه همراه ما باشید. تعدادی آدرس فروشنده این قطعات را هم ذکر می کنیم:

1) تهران، خیابان لاله زار جنوبی(چندین فروشگاه یا پاساژ عرضه قطعات الکترونیکی در این خیابان می باشد که بیشتر این فروشگاه ها محصولات ویژه ی برق فشار قوی (مثلاً 100000V) که ویژه ی رشته ی برق قدرت است را عرضه می کنند. خودتان دنبال فروشگاه عرضه ی لوازم الکترونیکی در این خیابان بگردید!!)

2) تهران، خیابان جمهوری، بین فردوسی و پل حافظ، نرسیده به پل حافظ، ضلع جنوبی خیابان جمهوری (در این آدرس، بورس لوازم الکترونیک موجود می باشد و چندین فروشگاه در آدرس فوق قرار دارند خودتان در این آدرس دنبال فروشگاه مناسب بگردید!)

3) آدرس های اینترنتی زیر:

http://www.NewKitIran.com

http://www.Mehrankit.com

 

1) فیبر مدارچاپی (PCB=Printed Circuit Board): نوعی فیبر محکم و عایق است و نام دیگر آن باکلیت می باشد که قطعات الکترونیکی بر روی آن قرار می گیرند و دارای لایه ی نازکی از مس در دو طرف خود و یا یک طرف خود می باشد. گاهی مهم ترین و حتی گران ترین قسمت یک مدار، فیبرمدار چاپی می باشد. فیبر مدارچاپی در اندازه های مختلفی ارائه می شود و برای اشخاص آماتور این اندازه زیاد مهم نیست و فقط یک فیبر مدار چاپی مثلاً 10cm×10cm تهیه کنید دقت کنید که این فیبرمدار چاپی سوراخ دار نباشد. در شکل زیر نمونه ای از فیبرمدار چاپی را نشان داده ایم که باید فیبر خریداری شده ی شما شبیه به آن باشد:

 

2) ماژیک ضد اسید (ماژیک مخصوص مدار چاپی): نوعی ماژیک است که معمولاً با آن بر روی CD هم می نویسند. با کاربرد این ماژیک بعداً آشنا می شوید. سعی کنید ماژیکی بخرید که نوک آن نازک باشد. (قیمت: حدود 2000 تومان)

3) اسید فیبرمدار چاپی (FeCl3 یا پِرکلروردوفر): برای حل کردن مس های اضافی فیبر مدار چاپی استفاده می شود. (قیمت: حدود 2000 تومان به اندازه اش بستگی دارد)

4) مقداری استن (Acetone): برای حل کردن و پاک کردن ماژیک ضد اسید به کار می رود. (قیمت: حدود 800 تومان)

5) سیم لحیم (Solder): برای لحیم کاری فیبرمدار چاپی استفاده می شود. دقت کنید که سیم لحیمی که می خرید چندان قطور نباشد و تا حدودی نازک باشد (به اندازه ی دو برابر قطر یک سوزن). بهترین نوع سیم لحیم، سیم لحیم سربی/قلع 63%/37% می باشد. سیم لحیمی با این مشخصات حدود 4500 تومان قیمت دارد.

  

6) روغن لحیم (Flux): برای بهتر لحیم شدن قطعات بر روی فیبر مدار چاپی به کار می رود. توجه کنید که روغن لحیم با جعبه ی کوچک خریداری کنید و علامت استاندارد حک شده بر روی آن را حتماً ببینید. بعضی از روغن لحیم ها به شدت خورنده هستند و مس فیبر مدار چاپی را پس از مدتی از بین می برند پس هنگام خرید از فروشنده در این مورد سؤال کنید و مطمئن شوید که روغن لحیم خورنده نیست. روغن لحیمی با این مشخصات حدود 3000 تومان قیمت دارد. برای اطلاع بیشتر در مورد سیم لحیم و روغن لحیم می توانید به کتاب فن لحیم کاری از انتشارات فنی ایران (http://www.Entesharat.com) که حدود 150 صفحه است مراجعه کنید

 هشدار: از دست زدن به روغن لحیم و سیم لحیم به شدت خودداری کنید چون سیم لحیم خاصیت تحریک کنندگی دارد (مثلاً اثرات زیانباری در دراز مدت بر روی پوست می گذارد).

نکته: سیم لحیم از سرب تشکیل شده است و سرب فلز بسیار سمی برای بدن است و موجب سرطان می شود و این فلز در بدن تجمع پیدا می کند بیشترین درصد سرب از طریق هوا جذب بدن می شود ولی از طریق پوست مقداری از آن جذب بدن می شود. درصد فراوانی سرب در بدن 0% باید باشد. تجمع این فلز در بدن باعث ایجاد سرطان می شود

 

7) مته و مینی دریل (mini-Drill): برای سوراخ کاری فیبر مدار چاپی استفاده می شود برای این منظور باید مته هایی به اندازه 1mm یا 0.9mmتهیّه کنید. می توانید برای تهیه ی این مته ها به آدرس اینترنتی http://www.Newkiiran.com مراجعه کنید و در صورت تمایل می توانید از همین آدرس آن را به صورت پستی آن را سفارش دهید.(قیمت: هر عدد حدود 200 تومان). مینی دریل برای چرخاندن مته بکار می رود مینی دریل بسیار کوچک است و به اندازه ی تقریبی یک باتری است. در شکل زیر یک مینی دریل را مشاهده می کنید که با برق 6V کار می کند:

 

این نوع مینی دریل حدود 4000 تومان قیمت دارد. برای تهیه ی آن می توانید به آدرس اینترنتی http://www.Newkiiran.com مراجعه کنید. (این نوع مینی دریل شامل یک موتور 6V و یک سه نظام برای مته های ریز می باشد).

 

8) سیم چین: برای کوتاه کردن پایه های قطعات به کار می رود. می توانید به طور موقت از یک ناخن گیر به جای سیم چین استفاده کنید!

 

9) قطعات: شما باید قطعات لازم مدار را از فروشگاه های ذکر شده در بالا خریداری کنید. دقت کنید که از هر قطعه دو یا سه عدد اضافه تر خریداری کنید تا در صورت اشتباه شدن در ساخت اوّلین مدار خود، قطعه ی جایگزین را قرار دهید.

 

10) هویه (Soldering iron): برای لحیم کاری استفاده می شود.

شما باید یک هویه ی 40W را بخرید و سعی کنید توان مصرفی هویه از این بیشتر نباشد. در صورت ناچاری می توانید هویه ی 60W بخرید.(قیمت هویه ی 40W حدود 4000 تومان می باشد). در شکل زیر یک هویه ی 40W مشاهده می کنید:

 

 

نکته: هرچه توان هویه بیشتر باشد، دمای تولید شده ی آن نیز بیشتر می شود.

 

11) تفنگ حرارتی+چسب حرارتی (Glue Gun): خرید این وسیله چندان اهمیّتی ندارد و همانطور که از نام آن پیداست، تفنگ حرارتی دارای نوعی چسب شیشه ای می باشد که اگر تفنگ حرارتی به اندازه ی کافی داغ شود، این چسب شیشه ای شروع به ذوب شدن می کند و می توان آن را به محل مورد نظر زد (قیمت تفنگ:حدود 6000 تومان و قیمت هر عدد چسب حدود 200 تومان). در شکل زیر یک تفنگ حرارتی که دارای چسب می باشد، مشاهده می کنید:

  

12) کمان اره+اره آهن بر: برای بریدن فیبر مدار چاپی به کار می رود.

 

تا اینجا با ابزارهای مهم در ساختن مدار به روش دستی آشنا شدید. حال به شرح اینکه چگونه بعد از نقشه کشی فیبر مدار چاپی، آن را بر روی فیبر ببریم، می پردازیم:

در مرحله ی اوّل باید نقشه خوانی مدار چاپی را بدانید. بعد از آن شما می بایست که قطعات موجود در نقشه را تهیه کنید. بعد از این کار یک کاغذ بردارید و پایه های قطعات را روی کاغذ گذاشته و با فشار دادن قطعات، کاغذ را سوراخ کنید. سپس مانند نقشه ی مدار به صورت دستی با خودکار پایه هایی را که لازم است به هم متصل شوند را وصل کنید. در انتهای کار کاغذ را با خط کش اندازه بگیرید (بر حسب Cm) و سپس این اندازه را بر روی فیبر مدار چاپی با خط کش و خودکار بکشید و با اره آهن بر، فیبر مدار چاپی را ببرید. بعد از این کار یک کاغذ کاربن تهیّه کنید و آن را بر روی فیبر مدار چاپی بریده شده بچسبانید و بعد از آن نقشه ی کشیده شده روی کاغذ را بر روی کاربن بچسبانید. سپس با خودکار مسیر های موجود بر روی کاغذ را مجددا بکشید تا توسط کاغذ کاربن بر روی مدار چاپی ظاهر شود. بعد از اتمام کار نقشه را آرام جدا کنید و سپس کاغذ کاربن را به آرامی بردارید.

بعد از این کار با ماژیک ضد اسید محل هایی از فیبر مدار چاپی را که رنگ کاغذ کاربن در آن قسمت ها وجود دارد، با ماژیک سیاه کنید و دقت کنید که نقاط دایره ای را که بر روی فیبر مدار چاپی افتاده است، درست با ماژیک بکشید زیرا محل قرار گرفتن پایه های قطعات است و باید آن را کاملاً گرد و واضح بکشید (مانند شکل زیر)


 

در مرحله ی بعدی شما باید اسید فیبر مدار چاپی را آماده کنید. برای این کار ظرف پلاستیکی (یا غیر فلزی) که به درد نمی خورد بردارید و در درون این ظرف کمی اسید بریزید (اگر از اسید جامد استفاده می کنید، دقت کنید تا غلظت آن زیاد نشود چون ماژیک ضد اسید را پاک می کند) و دقت کنید که اسید روی البسه ی شما نریزد که در این صورت دیگر پاک نمی شود! و باید رنگ اسید به رنگ تقریبی چای در آمده باشد که در این صورت اسید آماده است (مانند شکل زیر)

 

وقتی اسید آماده شد، در این صورت فیبر مدار چاپی نقشه کشی شده را در درون ظرف اسید بیندازید و ظرف اسید را برای مدت تقریبی 20 دقیقه تکان دهید تا مس های اضافی فیبر مدار چاپی در اسید حل شود و شما در شکل زیر می توانید فیبر مدار چاپی را در 10 دقیقه بعد از ماندن در اسید مشاهده کنید:

 

در شکل زیر نیز می توانید فیبر مدار چاپی را هنگام حل شدن کامل مس های آن مشاهده کنید (دقت کنید که به محض اینکه مس های اضافی فیبر مدار چاپی در اسید حل شد، فوراً آن را بیرون بیاورید چون احتمال خورده شدن قسمتهایی که با ماژیک سیاه کرده اید وجود دارد) پس از خارج ساختن فیبر مدار چاپی، آن را زیر شیر آب بشویید و اسید فیبر مدار چاپی را هم دور نریزید! و آن را در بطریهای پلاستیکی مانند بطری نوشابه بریزید و برای استفاده های بعدی نگه دارید و وقتی رنگ این اسید از رنگ تقریبی زرد به سبز متمایل شد به این معنا است که خاصیت اسیدی خود را از دست داده است و دیگر نمی توان از آن استفاده کرد و در این صورت باید آن را دور ریخت و دقت داشته باشید که هنگام دور ریختن اسید آن را بر روی خاک یا زمین نریزید چون گاز سمی تولید می شود و رنگ آن بر روی زمین باقی می ماند بهترین مکان دور ریختن اسید فاضلاب می باشد.

 

وقتی فیبر مدار چاپی، مس هایش کاملاً در اسید حل شد حال شما باید مقداری استن بر روی فیبر مدار چاپی بریزید تا مس های آن ظاهر شده و رنگ سیاه ماژیک ضد اسید از بین برود (مانند شکل زیر)

  

بعد از این مرحله شما باید فیبر مدار چاپی را سوراخ کنید که از مینی دریل و مته های کوچک مانند مته 1mm استفاده کنید. شکل زیر فیبر سوراخ شده را نشان می دهد.

  

در مرحله ی بعد نوبت قرار دادن قطعات بر روی فیبر مدار چاپی است که باید با توجه به نقشه باید این کار را انجام دهید که به دقت بالایی نیاز دارد زیرا باید دقت کنید که قطعات اشتباه قرار نگیرند (مانند ترانزیستورها و بقیه ی اجزای مدار) شما باید مقاومتها و سایر قطعات را در سوراخ هایی که با مته سوراخ کرده اید، قرار دهید (باز هم هشدار می دهیم که دقت کنید تا قطعاتی مانند خازن های الکترولیتی، دیود ها و... درست در جای خودشان قرار گیرند و در غیر این صورت مدار یا می سوزد ویا کار نمی کند) و با یک سیم چین (و یا به طور موقت یک ناخن گیر) پایه ی بلند قطعات را کوتاه کنید و پایه ی کوتاه شده را به سمت فیبر مدار چاپی خم کنید تا قطعه محکم در جای خودش قرار گیرد (نیازی به خم کردن قطعاتی با پایه ی ضخیم مانند خنک کننده های قابل نصب روی PCB نیست) و بعد از این کار شما مقدار بسیار کمی از روغن لحیم را با یک میله به پایه های خم شده بزنید (هرگز دست به روغن لحیم نزنید) و بعد از این کار هویه را به برق بزنید و منتظر باشید تا گرم شود و برای لحیم کاری شما با یک دست سیم لحیم و با دست دیگر هویه را به پایه قطعه ی مورد نظر بزنید (و برای سهولت در لحیم کاری سیم لحیم را به نوک هویه بزنید و بعد هویه را به تنهایی به نقطه ی مورد نظر بزنید) و دقت کنید که لحیم کاری بیشتر از 5 ثانیه طول نکشد چون ممکن است دمای بالا باعث خراب شدن قطعات شود و مواظب باشید که بیش از حد حباب قلع در اطراف محل مورد نظر تجمع پیدا نکند چون ممکن است باعث اتصال به نقاط دیگر مدار شود. بعد از لحیم کاری بایک دستمال روغن های اطراف محل لحیم کاری را پاک کنید.


سؤال: کیت (Kit) چیست؟ کیت عبارتست از یک دستگاه الکترونیکی که فیبر مدار چاپی کاملاً آماده، مسیر کشی شده و سوراخ کاری شده ی آن به همراه سایر قطعات این دستگاه بعلاوه ی نقشه ی فیبر مدار چاپی و جزوه ی راهنمای آن در اختیار ما قرار می گیرد و ما فقط باید قطعات را بر روی فیبر مدار چاپی نصب و لحیم کنیم. یکی از بهترین راه های شروع به ساخت مدار استفاده از همین کیت ها است و موفقیّت شما را افزایش می دهد شما نیز می توانید از فروشگاه های معتبر الکترونیکی کیت خریداری کنید و یا حتی آن را به صورت پستی سفارش دهید. برای این منظور به آدرس های اینترنتی زیر مراجعه کنید:

نیو کیت ایران: http://www.NewKitIran.com

مهران کیت:htp://www.Mehrankit.com   

 

LED چیست ؟



LED مخفف واژه Light Emitting Diode به معنای دیود ساتع کننده نور است.



به طور مختصر LED یک قطعه پراستفاده در الکترونیک است که انرژی الکتریکی را به انرژی نورانی تبدیل می کند LED مزایای زیادی نسبت به لامپ دارد از جمله:

* توان کم (چیزی در حدود 2 تا 20 میلی وات)
* نور زیاد
* اشغال فضای کم
* عمر زیاد
* ولتاژ کم(2تا5/5 ولت)
* متمرکز کردن نور



LED ها در مدار همیشه به طور سری قرار می گیرند. در وصل کردن LED به منبع تغذیه یک مقاومت هم با آن سری کنید تا جریان زیاد به آن آسیب نرساند چون LED ها ظریف و گران هستند.

 

در اتصال LED به مدار قطب ها را رعایت کنید چون LED یک المان قطبی است.

در LED پایه منفی کوتاه تر و سمت پایه منفی صاف است و همچنین وقتی از بالا به داخل آن نگاه می کنیم فلز بلند تر که وسط آن گودی دارد به پایه منفی وصل است.



LED ها رنگ ها و اشکال مختلفی دارند که عبارتند از: آبی-قرمز-کهربایی-نارنجی-سفید-سبز- زرد –دورنگ و چشمک زن



[align=left]Color Potential Difference
Infrared 1.6 V
Red 1.8 V to 2.1 V
Orange 2.2 V
Yellow 2.4 V
Green 2.6 V
Blue 3.0 V to 3.5 V
White 3.0 V to 3.5 V
Ultraviolet 3.5 V[/align]

LED های چشمک زن: این LED ها به ظاهر معمولی اند ولی در داخل این LED ها مدار مجتمعی قرار دارد که فرکانسی ایجاد می نماید و باعث چشمک زدن آن می شود.

LED ها معمولا دارای 2 پایه هستند که انواع 3پایه آن نیز در بازار یافت می شود LED های 3پایه دارای دو رنگ هستند که پایه کاتد در آن مشترک است.



LED ها در سایز های مختلفی ساخته می شود که معروفترین آن3MMو 5MM است


 

 


 

بین الکترونها و پروتونها نیروی جاذبه و بین خودشان باهم نیروی دافعه وجود دارد که ماهیت این نیروها هنوز شناخته نشده است اما برای تحلیل ساده تر بارالکتریکی را مطرح کرده که برای الکترون با علامت منفی و برای پروتون با علامت مثبت مشخص شده است.

● الکترون چیست؟

الکترون معنای یونانی کهربا است کهربا ماده ای است که در مالش به پارچه پشمی باردار شده و خرده های کوچک کاه را جذب می کنداین ربایش بعلت نیرویی مرموز اتفاق می افتد که یونانیان آن را الکتریسیته نامیده اند
▪ اجزای ماده :
همه مواد از ملکولهای شکل میگیرند که آنها نیز خود از اتمها ساخته می شوند . اتمها از دو جز’ اصلی الکترون و هسته ساخته می شوند که الکترونها در مدارهای مشخص بدور هسته در گردش می باشند .
چه عاملی سبب ماندن الکترون در مدار مشخص خود می شود ؟
بین الکترون و هسته نیروی جاذبه الکتریکی وجود دارد که اندازه آن برابر نیروی دافعه گریز از مرکز ناشی از چرخش سریع الکترون بدور هسته می باشد

● درون هسته چیست ؟

هسته شامل ذرات بسیاری است که مهمترین آنها از نظر جرم پروتون و نوترون است .

● بار الکتریکی چیست ؟

بین الکترونها و پروتونها نیروی جاذبه و بین خودشان باهم نیروی دافعه وجود دارد که ماهیت این نیروها هنوز شناخته نشده است اما برای تحلیل ساده تر بارالکتریکی را مطرح کرده که برای الکترون با علامت منفی و برای پروتون با علامت مثبت مشخص شده است.

● چگونه می توان مواد را باردار کرد ؟

روشهای باردار کردن ماده همان روشهای تولید الکتریسیته است .بعبارت دیگر می توان با استفاده از این روشها الکتریسیته تولید کرد . ساده ترین این روشها مالش دو ماده بهم است که باعث می شود الکترونها از یک ماده به ماده دیگری بروند و در نتیجه اختلاف بار بین دو ماده ایجاد شود . مثلا مالش یک میله شیشه ای به یک پارچه پشمی سبب باردار شدن هر دو ماده می شود که یکی بار مثبت ( کمبود الکترون ) و دیگری بار منفی ( ازدیاد الکترون) می یابد.

● نیروی الکتریکی چیست ؟

بین بارهای الکتریکی اعم از مثبت یا منفی نیروی الکتریکی وجود دارد این نیرو به مقدار بار الکتریکی و فاصله آنها از هم بستگی دارد . مطابق قانون کولن مقدار نیرو از حاصل ضرب بارها در ضریب ثابتی که به جنس محیط بستگی دارد تقسیم بر مجذور فاصله بین دو بار بدست می آید . اما در تحلیل ساده تر هرچه مقدار بارها بیشتر باشد مقدار نیرو نیز بیشتر و هرچه فاصله آنها بیشتر شود مقدار نیرو نیز کمتر می شود .

● مواد در حالت عادی از نظر بار الکتریکی چگونه اند ؟

همه مواد در حالت عادی دارای مقدار الکترون و پروتون مساویند به همین دلیل از نظر برایند بارهای الکتریکی خنثی می باشند .

● چگونه می توان یک ماده خنثی را باردار کرد ؟

هرگاه تعادل بین بارهای مثبت و منفی در یک جسم خنثی بهم بخورد ماده بار دار شده است . بهمین منظور کلیه روشهای تولید الکتریسیته کاری نمی کنند جز برهم زدن تعادل بین بارهای الکتریکی مثبت و منفی . می دانیم که الکترون نسبت به پروتون قابلیت جابجایی و حرکت بیشتری دارد . بنابراین می توان با دادن یا گرفتن الکترون ماده را باردار نمود . اگر تعداد الکترونها بیشتر از تعداد پروتونها شود جسم بار منفی و در صورتی که عکس این حالت روی دهد جسم بار مثبت پیدا می کند .

● باردار کردن مواد چه ربطی به تولید الکتریسیته دارد ؟

اجازه دهید برای جواب به این سوال نخست مواد را دسته بندی کنیم
▪ مواد از نظر هدایت الکتریکی به چند دسته تقسیم می شوند ؟
همه مواد از نظر هدایت الکتریکی جز یک از سه دسته زیر می باشند
الف) هادی ها :
موادی که براحتی برق را از خود عبور می دهند
ب) عایقها :
موادی که برق را از خود عبور نمی دهند
ج) نیمه هادی ها :
این مواد در شرایط خاصی مانند هادی ها یا نیمه هادی ها عمل می کنند . اما در حالت عادی برق را به مقدار ناچیز از خود عبور می دهند

● جریان الکتریکی چیست ؟

هرگاه حاملهای الکتریسیته ( الکترونها ) در یک هادی بحرکت درآیند جریان الکتریکی ایجاد می شوند . اما هر حرکت الکترونی جریان برق نیست . بلکه این حرکت باید در یک مسیر مشخص باشد .هر چقدر الکترونهای بیشتری در زمان کمتری در مسیر مشخص حرکت کنند مقدار جریان نیز بیشتر می شود

● آمپر چیست ؟

برای دانستن میزان جریان باید بتوان آن را با عدد بیان کرد که به همین منظور از واحد سنجش جریان که همان آمپر است استفاده می شود

● مقدار یک آمپر جریان چقدر است ؟

هرگاه از یک هادی تعداد ۲۸/۶ ضربدر ۱۰ بتوان ۱۸ الکترون در یک ثانیه بگذرد این میزان الکترون در زمان یک ثانیه معرف یک آمپر جریان الکتریکی است.

● ولتاژ چیست ؟

دانستیم هرگاه الکترونها در یک هادی در مسیر مشخصی بحرکت در آیند جریان الکتریکی ایجاد می شود . اما الکترونها بدون دریافت نیرو و انرژی از مدار گردش بدور هسته خارج نمی شوند . بنا براین برای تولید جریان نیاز به یک نیرو داریم که آن را از منابع تولید نیرو مانند باتری می گیریم . بعبارت ساده تر نیروی لازم جهت ایجاد جریان ولتاژ نام دارد که واحد اندازه گیری آن ولت است.

● چگونه می توان ولتاژ تولید کرد ؟

این سوال پاسخ سوال دیگری نیز می تواند باشد که همان روشهای تولید الکتریسیته است . می دانیم که انرژی تولید نمی شود بلکه از صورتی به صورت دیگر تبدیل می گردد . از آنجاییکه الکتریسیته هم انرژی است پس باید تبدیل شده انرژی های دیگر باشد . انرژیهایی که بصورت متعارف برای تولید برق بکار می رود عبارتند از : انرژی شیمیایی در باتریها - انرژی مغناطیسی در ژنراتورها - انرژی نورانی در باتریهای خورشیدی - انرژی حرارتی در ترموکوپلها - انرژی ضربه ای در پیزو الکتریک و غیره.

● مقاومت چیست ؟

الکترونها در هادی براحتی نمی توانند حرکت کنند زیرا در مسیر حرکت آنها موانعی وجود دارد که بطور ساده آنها را مقاومت هادی در برابر عبور جریان می گوییم .هرچه قدر این موانع کمتر باشد عبور جریان بهتر صورت میگیرد و می گوییم جسم هادی بهتری است . این موضوع نخستین بار توسط سیمون اهم یک فیزیکدان آلمانی مطرح شد . به همین دلیل واحد اندازه گیری مقاومت اهم است.

● منظور از مدار الکتریکی چیست ؟

حال با دانستن سه فاکتور اساسی در برق ( جریان ولتاژ مقاومت ) مدار الکتریکی را تعریف می کنیم : هر مدار الکتریکی یک مجموعه از تولید کننده برق - مصرف کننده آن و سیمهای ارتباطی بین ایندو است
▪ چند نوع مدار الکتریکی داریم ؟
دو نوع مدار الکتریکی وجود دارد
۱) مدار الکتریکی باز که در آن ارتباط بین تولید کننده در نقطه یا نقاطی قطع است و در نتیجه جریان در مدار وجود ندارد
۲) مدار الکتریکی بسته که مسیر عبور جریان کامل است و مصرف کننده از تولید کننده انرژی دریافت کرده و آنرا به صورتهای دیگر تبدیل میکند مانند یک لامپ که برق را به نور تبدیل می کند .

● منظور از اتصالی در یک مدار یا اتصال کوتاه چیست ؟

هرگاه در یک مدار بسته جریان از مسیری بجز از مصرف کننده بگذرد و مقدار آن زیاد تر از حد مجاز باشد این وضعیت را اتصال کوتاه می گوئیم . در حالت اتصال کوتاه سیم کشی مدار و تولید کننده برق در معرض آسیب جدی قرار می گیرند زیرا جریان مدار بسیار زیاد شده و باعث داغ شدن سیم کشی و اضافه بار شدن منبع تولید کننده برق می گردند در نتیجه اتصال کوتاه باید سریعا و بصورت خودکار قطع شود که این وظیفه بعهده فیوز است.

● اساس کار فیوز چیست ؟

فیوز یک عنصر حفاظتی در مدار است که هرگونه اضافه جریانی را که بیشتر از مقدار نوشته شده روی فیوز باشد تشخیص داده و آنرا سریع قطع میکند . بدین صورت که جریان اضافه سبب تولید گرما در فیوز شده و یک سیم حساس به حرارت را که در مسیر عبور جریان و در داخل فیوز قرار دارد ذوب میکند و در نتیجه مسیر عبور جریان قطع شده و اتصال کوتاه بطور موقت برطرف می شود اما تا زمانی که عامل ایجاد کننده اتصال کوتاه مرتفع نگردد عوض کردن فیوز فایده ای ندارد.

● خطرات ناشی از برق کدامند ؟

خطراتی که از برق ناشی می شوند عموما به دو دسته خطرات آتش سوزی و خطرات برق گرفتگی تفسیم میشوند . در صورتیکه در یک مدار الکتریکی اتصال کوتاه پیش آید و برطرف نشود جریان مدار بشدت افزایش یافته و حرارت زیادی تولد می کند . این حرارت سبب آتش گرفتن عایق سیم ها و گسترش آن به مواد آتش گیر دیگر است . خطر ناشی از برق گرفتگی مستقیما شخص را تهدید می کند.

● جریان خطا چیست و چند نوع است ؟

در صورتیکه در مدار الکتریکی جریان از مسیر درست خود جاری نشود آنرا جریان خطا می گویند . این جریان ممکن است از طریق اتصال بدنه به زمین جاری شود یا از مدار اصلی بگذرد که میزان آن بیشتر از حد مشخص مدار است که آنرا اتصال کوتاه یا اضافه بار گویند . در حالت اتصال کوتاه دو نقطه ای از مدار که نسبت به هم دارای ولتاژ هستند بهم اتصال می یابند ( توسط یک مقتومت بسیار کوچک ) و در حالت اضافه بار تعداد مصرف کننده ها بیشتر از مقدار مجاز آنها می شود.

● منظور از برق گرفتگی چیست ؟

اگر جریان برق از بدن انسان یا حیوان بگذرد برگ گرفتگی ایجاد می شود . ممکن است اندازه جریان عبوری از بدن محسوس نباشد که در این صورت برق گرفتگی قابل تشخیص نیست . اما در صورتیکه میزان جریان عبوری زیاد شود ابتدا شوک به بدن وارد می شود و در صورت زیادتر شدن جریان سبب قطع ضربان قلب - ایست تنفس و در نهایت مرگ مغزی می شود .

 


● اندازه جریان و ولتاژ مجاز چقدر است ؟

برای جریان متناوب ۱۵ میلی آمپر و برای جریان مستقیم ۶۰ میلی آمپر - ولتاژ متناوب ۶۵ ولت و ولتاژ مستقیم ۴۵ ولت است.

● چگونه می توان شخص را از خطر برق گرفتگی محافظت کرد؟

به این منظور باید تمامی گزینه هایی را که سبب برق گرفتگی می شود یافت و آنها را بی اثر کرد . مهترین عاملی که سبب برق گرفتگی می شود اتصال بدنه است . در این حالت بکمک کلید FI یا سیم ارت یا کلید FU یا سیستم نول اتصال بدنه را حذف می کنیم . می توان از دستگاههایی استفاده کرد که بدنه عایقی دارند و امکان اتصال بدنه در آنها وجود ندارد . می توان ولتاژ کار دستگاهها را کمتر از ولتاژ خطرناک برای بدن - کمتر از ۶۵ ولت - بکار برد و در نهایت می توان از ترانسهای ایزوله استفاده کرد که باعث جدا سازی فاز برق شهر از تغذیه دستگاه می شود و در نتیجه در صورت اتصال بدنه خطر برق گرفتگی از بین می رود.

● توان الکتریکی چیست ؟

اصولا توان به معنی سرعت تبدیل انرژی است . در دستگاههایی که برای تبدیل انرژی بکار می روند هر چقدر این سرعت بیشتر باشد قدرت دستگاه نیز بیشتر است . مثلا در ژنراتور توان بیشتر نشاندهنده تولید انرژی برقی ! بیشتری است . در مصرف کننده ها نیز همین موضوع صدق می کند . لامپی که توان بیشتری دارد نور زیادتری هم تولید می کند .
▪ توان را چگونه محاسبه کنیم ؟
سرعت تبدیل انرژی از تقسیم مقدار آن بر زمانی که آن انرژی تبدیل شده بدست می آید.( انرژی الکتریکی از حاصل ضرب ولتاژ در جریان در زمان بدست می آید ) . اگر میزان انرژی را بر زمان تقسیم کنیم می ماند حاصل ضرب ولتاژ مدار در جریان آن که این همان رابطه توان است (توان = ولتاژ × جریان ) . البته این رابطه فقط برای مدارهای دی سی صدق می کند و در مدارات آسی رابطه دیگری دارد که بعدا به آن می پردازیم .
▪ واحد و دستگاه اندازه گیری توان چیست ؟
توان با واحد وات و در مقادیر بالاتر با کیلو وات و مگاوات سنجیده می شوند که توسط واتمتر اندازه گیری می شود.

 

منبع:www.articles.ir

+ نوشته شده در  چهارشنبه بیستم خرداد 1388ساعت 10:42  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

از به هم پیوستن المانهای الکتریکی <<مقاومت(Resistor)، خازن ، سلف ،لامپ ، و ...) یاالمانهای الکترونیکی <<دیود - ترانزیستور« IC ،و... ) یا ترکیبی از آن دو که حداقل یک مسیر بسته ایجاد کنند وجریان الکتریکی بتواند در این مسیر بسته جاری شود مدار بوجود می آید. 
اگر عناصر تشکیل دهنده مدار ، الکتریکی باشند مدار الکتریکی نامیده میشود و اگر عناصر الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است .


هر مدارالکتریکی از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است: 
1- یک منبع تغذیه‌الکتریکی مانند باتری یاژنراتور
2- سیم های رابط : سیم‌ها یا نوارهای ارتباط دهنده مدار، از یک ماده رسانای الکتریسیته خوب مانند مس تشکیل می‌شوند.

3-مصرف کننده با بار(Load) :وقتی می گوییم یک مدار الکتریکی تشکیل شده است ، که اتصال دهنده ها و سایر قطعات ، یک حلقه بسته را بوجود آورده باشند. تنها در این صورت است که جریان برق برقرار می شود . 

شکل زیرمثال ساده‌ای از نقشة فنی یک مدار الکتریکی است. 

http://ele-iaub.persiangig.com/image/old/Circuit.jpg

A :این علامت پیل الکتریکی است که نقش منبع تغذیه مدار ما را دارد.


B: علامت سیم هادی 

C: علامت لامپ 

D : علامت کلید در حالت باز 

اگر کلید را در حالت بسته قرار دهیم مدار بسته می‌شود و جریان از لامپ عبور کرده و آنرا روشن می‌کند.

+ نوشته شده در  چهارشنبه بیستم خرداد 1388ساعت 10:10  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

 

نگاه اجمالی

 

از مکانیک کلاسیک می‌دانیم که در بررسی حرکت ذره ابتدا معادله حرکت آن ذره را پیدا می‌کنند و بر اساس آن در مورد چگونگی حرکت بحث می‌کنند. در حالت کلاسیک ، بطور کلی این معادله با استفاده از لاگرانژین مربوط به حرکت ذره حاصل می‌گردد. همچنین می‌دانیم که در مکانیک کوانتومی  ‌، بر اساس نظریه دوبری  در مورد ذرات دو دیدگاه موجی و ذره‌ای در نظر گرفته می‌شود واصل مکملی نورمانع از این می‌شود که این دو تصویر را به صورت همزمان بکار ببریم. ولی برای توصیف کامل حرکت ، هر دو دیدگاه باید در نظر گرفته شوند. بر این اساس معادله‌ای که به حرکت این ذرات کوانتومی‌ حاکم است، معادله شرودینگر نامیده می‌شود. 

حرکت ذره آزاد

 

معمولا ساده‌ترین حالت در مکانیک کوانتومی‌ حرکت یک ذره آزاد است. لفظ آزاد به این لحاظ بکار می‌رود که این ذره تحت تاثیر هیچ پتانسیلی قرار ندارد. در این صورت معادله شرودینگر در مورد حرکت ذره مورد نظر ، با این فرض که حرکت در یک بعد صورت می‌گیرد، به صورت زیر خواهد بود:


 


در رابطه فوق m جرم ذره ، ثابت پلانک ،  تابع موجی است که در تشریح دیدگاه موجی ، به ذره مورد نظر نسبت داده می‌شود. همچنین i یک واحد موهومی ‌است که مجذور آن برابر (1-) می‌باشد (عدد مختلط ). در این رابطه نماد  بیانگر مشتق نسبی نسبت به زمان و  نشانگر مشتق نسبی نسبت به مکان است. 

خصوصیات معادله شرودینگر

 

  • معادله شرودینگر نسبت به مشتق زمان از مرتبه اول است. این امر ایجاب می‌کند که وقتی مقدار اولیه تابع موج منتسب به ذره ، به عنوان مثال در لحظه t=0 معلوم باشد، مقدار آن را در هر لحظه دیگر نیز بتوان پیدا کرد. این مطلب از شکل این معادله ، یا از شکل عمومی‌ترین جواب این معادله ، که یک رابطه انتگرالی است، مشهود است. 

  • نکته دیگر این است که در معادله شرودینگر هیچ عدم قطعیتی وجود ندارد. به بیان دیگر ، همین که حالت اولیه تابع موج مشخص شد، در این صورت در هر زمان دیگری ، آن تابع موج کاملا مشخص می‌گردد. دلیل این مطلب در اینجاست که هیچ محدودیتی بر روی تابع موج حالت اولیه وجود ندارد.

چگالی احتمال

 

در حالت کلی تابع موج یک تابع مختلط است و به خودی‌خود هیچ تعبیر فیزیکی ندارد، اما مربع قدرمطلق آن کمیت بسیار بااهمیتی است، که چگالی احتمال نام دارد. چگالی احتمال بیانگر احتمال وجود ذره است و در جایی که فرض می‌شود، ذره در آنجا باشد، مقدار آن بزرگتر است و در هر جای دیگر مقدار آن کوچکتر می‌باشد. چگالی احتمال که با  نمایش داده می‌شود، یکتابع حقیقی است و وابستگی زمانی آن بیانگر این مطلب است که با گذشت زمان برای پیدا کردن ذره در جایی که در لحظه اولیه قرار داشته، شانس کمتری وجود دارد. 

معادله شرودینگر در حالت کلی

 

در مطالب قبلی معادله شرودینگر را در حالت ساده ذره آزاد و در مورد حرکت یک بعدی بیان کردیم. در صورتی که ذره مورد نظر آزاد نباشد، در این صورت تحت تاثیر پتانسیلی مانند قرار خواهد داشت که در حالت تک بعدی پتانسیل را با  و در حالت سه بعدی با  نشان می‌دهیم و چون بیشتر پتانسیل‌های مهم ، تقارن کروی دارند، لذا بهتر است که بحث را در مختصات کروی  انجام دهیم. در این صورت پتانسیل به صورت  خواهد بود. برای بیان معادله شرودینگر در حالت عمومی ‌و درفضای سه بعدی  ، تغییرات زیر را در معادله شرودینگر ذره آزاد اعمال می‌کنیم: 


  • تابع موج مربوط به ذره را با نمایش می‌دهیم. 

  • مشتق نسبت به مکان را در حالت سه بعدی با نماد \nabla که دل نامیده می‌شود، نشان می‌دهیم. 

  • چون ذره آزاد نبوده و تحت تاثیر پتانسیل  قرار دارد، لذا یک جمله به صورت به معادله اضافه می‌کنیم. بنابراین معادله شرودینگر در حالت کلی به صورت زیر در می‌آید
    :

 


 

کاربرد معادله شرودینگر

 

  • با استفاده از حل معادله شرودینگر مشخصه‌های سیستم از قبیل ترازهای انرژی  ، اندازه حرکت خطی و اندازه حرکت زاویه ای  سیستم مشخص می‌شود. 

  • از حل معادله شرودینگر تابع موج  منتسب به هر سیستم فیزیکی بدست می‌آید. با استفاده از تابع موج می‌توان چگالی احتمال را محاسبه نموده و حرکت ذرات سیستم را مورد بررسی قرار داد. 

  • برای هر سیستم معادله شرودینگر مخصوصی وجود دارد که وابسته به هامیلتونی  تعریف شده برای آن سیستم است.

 

+ نوشته شده در  یکشنبه دهم خرداد 1388ساعت 10:31  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

 

الکترون در اتم ، علاوه بر این که تحت تاثیر نیروی جاذبه هسته ، به دور آن می‌‌چرخد، دارای یک حرکت چرخشی به دور خود نیز می‌‌باشد. این نوع چرخش را اصطلاحا اسپین الکترون می‌‌گویند. «اسپین» واژه انگلیسی (Spin) است که به معنای چرخش می‌‌باشد.

http://ele-iaub.persiangig.com/document/new_folder/spin-arrows.gif

مقدمه

می‌‌دانیم که کره زمین دارای دو نوع حرکت وضعی وانتقالی است. حرکت انتقالی آن به دور خورشید بوده و حرکت وضعی به دور خودش می‌‌باشد. هر یک از این دو نوع حرکت ، دارای اندازه حرکت زاویه‌ای مخصوص به خود هستند که در مورد حرکت انتقالی ، اندازه حرکت زاویه‌ای مداری و در مورد حرکت وضعی ، اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی می‌‌گویند، بدیهی است که اندازه حرکت زاویه‌ای کل برابر با مجموع این دو اندازه حرکت است.

اگر مدلی را در نظر بگیریم که زمین فقط یک نقطه مادی باشد، انتساب تکانه زاویه ایبه آن بی‌معنی خواهد بود، اما در مدل دیگری که زمین را با ابعاد محدود در نظر می‌‌گیریم، وجود اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز امکان پذیر است. لذا اگر این قضیه را در مورد مدل اتمی بوهر بکار ببریم، با این فرض که الکترون یک بار نقطه‌ای نبوده، بلکه یک کره کوچک فرض شود، در این صورت الکترون علاوه بر اندازه حرکت زاویه‌ای مداری دارای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز خواهد بود.

http://ele-iaub.persiangig.com/document/new_folder/p47.jpg

""تائید تجربی اسپین الکترون""

 

از آن جا که کره مفروض باردار (یعنی الکترون) دارای حرکت است، لذا حرکت چرخشی آن معادل حلقه جریانی است که گشتاور مغناطیسی خاص خود را نیز دارد. اگر واقعا چنین گشتاور مغناطیسیی وجود داشته باشد، باید با میدان برهمکنش داشته وانرژی برهمکنشی نظیر این گشتاور مغناطیسی وجود داشته باشد. این اثرها غیر از برهمکنش گشتاور مغناطیسی مداری با میدان مغناطیسی خارجی است.

بنابراین باید جابجایی در ترازهای انرژی اتمها و نیز درطول موج خطوط طیفی که از اتمها گسیل می‌‌شود، ظاهر شود که مربوط به اسپین الکترون باشد. در طیف سنجهای دقیق چنین جابجائی‌هایی دیده شده‌اند. این نوع آزمایشها و نیز شواهد تجربی دیگر نشان می‌‌دهند که الکترون ، تکانه زاویه‌ای و گشتاور مغناطیسی دارد که به حرکت آن بر مدار پیرامون هسته مربوط نبوده، بلکه به ذات ذره مربوط است. 

ویژگیهای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی

تکانه زاویه‌ای یا اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون را با S نشان می‌‌دهند. مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، این کمیت نیز کوانتیده است. بنابراین در میدان مغناطیسی ، S هر جهتی را اختیار نمی‌‌کند و فقط مجاز است در جهتهایی قرار گیرد که مولفه آن در امتداد میدان مغناطیسی (اگر میدان مغناطیسی در جهت z فرض شود) ، مضرب 2/1 از ћ باشد. یعنی:



تفاوت بارز مولفه S_z با مولفه z انداه حرکت زاویه‌ای مداری ، در این است که اندازه حرکت زاویه‌ای مداری برخلاف S_z مضرب صحیحی از ћ است.


اسپین الکترون در مکانیک کوانتومی

 

در مکانیک کوانتومی ‌که تابع موج جانشین مدارهای بوهر می‌‌شود، ارائه تصویری از چرخش الکترون غیر ممکن است. اگر توابع موج الکترون را مانند توده‌های ابری تصور کنیم که پیرامون هسته قرار گرفته‌اند، می‌‌توان تعداد بی‌شماری پیکان بسیار کوچک را در نظر مجسم کرد که در درون توده ابری پراکنده‌اند و همگی در یک راستا ، z+ یا z- ، امتداد دارند. البته آنچه گفته شد یک تصور خیالی است و امیدی به دیدن ساختار اتمی ‌وجود ندارد. چون ابعاد آن هزاران مرتبه از طول موجهای نور کوچکتر است. همچنین برهمکنش فوتونها با اتم ، ساختاری را که دیدن آن مورد نظر است، بشدت تغییر می‌‌دهد.

در هر حال ، مفهوم اسپین الکترون با آزمایشهای متعدد تجربی مورد تائید قرار گرفته است و در مکانیک کوانتومی ‌برای مشخص کردن عدد کوانتومی ‌جدید به نامعدد کوانتومی اسپینی الکترون در نظر گرفته می‌‌شود. همان گونه که اشاره کردیم، این عدد کوانتومی ‌‌فقط می‌‌تواند مقادیر \pm 1/2 را به خود بگیرد.

http://ele-iaub.persiangig.com/document/new_folder/spin-spiral-yb.gif

http://ele-iaub.persiangig.com/document/new_folder/spin-spiral-yb.gifساختار ریز

شکافت تراز انرژی در اثر گشتاور مغناطیسی اسپین الکترون در نبود میدان خارجی را جفت شدگی اسپین مدار می‌‌نامند. چون اسپین الکترون با میدان مغناطیسی ناشی از اندازه حرکت زاویه‌ای مداری (حرکت الکترون پیرامون هسته) برهمکنش می‌‌کند. در مکانیک کوانتومی ‌با استفاده از حل معادله شرودینگر مقدار این شکافتگی را می‌‌توان تعیین نمود. شکافتگی‌هایی را که از این نوع برهمکنش مغناطیسی در خطوط طیف مربوط به اتمهای مختلف ایجاد می‌‌شوند، در مجموع ساختار ریز می‌‌گویند.

البته شکافتگی‌های به مراتب کوچکتر دیگری نیز وجود دارند که حاصل برهمکنش گشتاور مغناطیسی هسته با تکانه زاویه‌ای مداری و اسپین الکترون هستند و ساختار فوق ریز نام دارد.

 

 

+ نوشته شده در  شنبه نهم خرداد 1388ساعت 21:32  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

 

دید کلی:


هرگاه الکترونی درون یک اتم از پوسته ای بالاتر به پوسته ای پایین تر برود تابشی ‏گسیل می کند ، که انرژی آن به اختلاف انرژی دو پوسته وابسته است ، در شرایط ‏خاصی ممکن است با وجود انجام این فرایند ، تابشی گسیل نمی شود ، که در نوع خود ‏بحث برانگیز به نظر می رسد.‏ 

فرایند تولید الکترون اوژه:


اثر اوژه به فرایند بدون تابشی گفته می شود که در آن اتم یا یونی که پیشاپیش با از ‏دست دادن یکی از الکترون های پوسته ی داخلی یونیده شده است ، جای خالی پوسته ‏ی داخلی را با یک الکترون پوسته ی خارجی پر می کند و همزمان یکی دیگر از الکترون ‏های پوسته ی خارجی را به بیرون می فرستد. ‏ 

تعریف الکترون اوژه :


الکترون آزاد حاصل از فرایند اخیر به افتخار پی یر اوژه که در سال 1925 توانست آزمایش ‏هاییش درباره ی یونش اتم های نئون ، آرگون ، کریپتون ، و گزنون را بر اثر تابش اشعه ‏ایکس به درستی تعبیر کند ، الکترون اوژه نامیده می شود.‏ 

اشعه ایکس حاصل از فرایند تولید الکترون اوژه:

 

 
http://ele-iaub.persiangig.com/document/new_folder/electronojeh001.gif

آنچه باید بدانیم:


در آزمایشات ردهای دو الکترون دراتاقک ابر انبساطی ویلسون مورد بررسی قرار می ‏گرفت ؛ در این اتاقک ،طول ردها با انرژی الکترون آزاد نسبت مستقیم دارد. انرژی یکی از ‏فوتوالکترون ها ( که فوتو الکترون نامیده می شود ) با زیاد شدن انر ژی اشعه ایکس ‏افزایش می یابد ، و این در حالی است که انرژی الکترون دیگر ثابت می ماند.‏ 

مثال طبیعی:


الکترون گسیل شده ازهلیوم دو بار برانگیخته ، الکترون اوژه است . انرژی تمام حالت ‏های هلیوم دو بار یونیده از هلیوم یک بار یونیده به اضافه یک الکترون آزاد بیشتر است. ‏بنابراین ، تمام حالت های هلیوم دوبار یونیده می توانند واپاشی اوژه ای داشته باشند.‏ 

منابع:


http://www.cea.com/cai/augtheo/caiatheo.htm 
http://www.chem.qmw.ac.uk/surfaces/scc/scat5_2.htm

 

+ نوشته شده در  شنبه نهم خرداد 1388ساعت 21:17  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

نگاه اجمالی

ذره بنیادی پایداری با بارالکتریکی منفی 1.602X10-19 کولن و جرم در حال سکون 9.109X10-31 کیلوگرم. الکترونها در همه اتم ها حضور دارند و در لایه‌های خاصی به دور هسته اتم می چرخند. 

سیر تحولی و رشد

در نظریه‌های دالتون و و نظریه‌های یونانیان ، اتمها کوچکترین اجزای ممکن ماده بودند. اما در اواخر سده نوزدهم کم کم معلوم شد که اتم خود از ذراتی کوچکتر ترکیب یافته است. این تغییر دیدگاه ، نتیجه آزمایشهایی بود که با الکتریسیته به عمل آمد. در 1807 - 1808 شیمیدان انگلیسی همفری دیوی با تجزیه مواد مرکب توسط الکتریسیته ، پنج عنصرپتاسیم ، سدیم، کلسیم ، استرونسیم و باریم را کشف کرد و دیوی با این کار به این نتیجه رسید که عناصر با جاذبه‌هایی که ماهیتا الکتریکی هستند بهم وصل می‌شوند.

در سال 1833 - 1832 مایکل فارادی مجموعه آزمایشهای مهمی در زمینه برقکافت شیمیایی انجام داد. در فرآیند برقکافت ، مواد مرکب بوسیله الکتریسیته تجزیه می‌شوند. فارادی رابطه بین مقدار الکتریسیته مصرف شده و مقدار ماده مرکب تجزیه شده را بررسی کرد و فرمول قوانین برقکافت را بدست آورد. بر مبنای کار فارادی ، جرج جانستون استونی در سال 1874 به طرح این مسأله پرداخت که: واحدهای بار الکتریکی با اتمها پیوستگی دارند. او در سال 1891 این واحد را الکترون نامید.

در سالهای پایانی سده نوزدهم میلادی بیشتر فیزیکدانان به این باور رسیدند که الکتریسیته به دو صورت ظاهر می‌شود: یکی به صورت الکترون با جرم 9.109534X10-31 کیلو گرم و بار منفی 1.602X10-19 کولن و دیگری به صورت پروتون  با جرم 1.672623X10-27 کیلو گرم و بار 1.602177X-19 اعتقاد بر این بود که اتمها (و در نتیجه مولکولها) از ترکیب الکترونها و پروتونها شکل می‌گیرد. در اوایل دهه 1930 معلوم شد که همه اتمها (بجز هیدروژن) از پروتونهای مثبت و نوترونهای خنثی و با جرم 1.675X10-27 و بدون بار الکتریکی مثبت تشکیل می‌شود. همچنینی کشف شد که الکترون مثبت (یا پوزیترون) نیز با جرمی برابر با جرم الکترون و باری برابر با بار الکترون ولی با علامت مثبت (دست کم به صورت لحظه‌ای) وجود دارد. 


http://ele-iaub.persiangig.com/electron3.gif


 

 

 

ساختار اتم الکترونی

چنانچه گفته شد اتمها از ترکیب الکترونها و پروتونها شکل گرفته‌اند و هسته اتمها نیز از پروتونهای مثبت و نوترونهای خنثی تشکیل شده است. به این ترتیب ، اتم خنثی هسته‌ای با بار مثبت دارد که با الکترونهای (منفی) احاطه شده است. اندازه هسته در هر اتم از مرتبه حدود 10/1 اندازه‌ اتم است. بقیه حجم اتم را الکترونهای مداری در اشغال خود دارند. 

انتقال الکترونها

در رسانای الکتریسته (که معمولا از جنس فلزند) ، مسیرهایی برای انتقال سریع الکترونها وجود دارد. یونها (اتمها و مولکول های با بار الکتریکی مثبت یا منفی در محلولها) نیز می‌توانند رساننده الکتریسته باشند. الکتریسته می‌تواند در هوا یا گازهای دیگر نیز منتقل شود، این انتقال یا به صورت جرقه‌ای است که چشمه‌ای با ولتاژ زیاد (چند هزار ولت به ازای هر سانتیمتر فاصله) آن را در فشار جو بوجود می‌آورد. و یا در فشار کم نظیر آنچه در لامپهای نئونی روی می‌دهد به صورت تخلیه الکتریکی است. 

گسیل الکترون

فلزات داغ  الکترونهای فراوانی گسیل می‌کنند که آنها را می‌توان در خلأ خوب به صورت پرتوهای کاتدی شتاب داد. این پرتوهای تولید شده در لامپ کاتدی را می‌توان به کمک میدانهای الکتریکی  و مغناطیسی فلوئورتاب کانونی کرد. لامپهایی که بر این اساس کار می‌کنند در میکروسکوپهای الکترونی ، صفحه‌های نمایشی رایانه‌ها و همچنین در تلویزیون کاربرد دارد.

بر اثر کوششهایی که برای عبور جریان برق در خلا  به عمل آمد ، یولیوس پلوکر در 1859 پرتوهای کاتدی را کشف کرد. موضوع از این قرار بود که دو الکترود در یک لوله شیشه‌ای وارد کردند و پس از مسدود کردن لوله ، هوای آنرا تقریبا بطور کامل بیرون کشیدند. وقتی یک ولتاژ زیاد بین دو الکترود برقرار گردید، از الکترود منفی که کاتد نامیده می‌شود پرتوهایی گسیل یافت. این پرتوها بار منفی دارند، بر خط راست سیر می‌کنند و بر دیواره مقابل کاتد موجب تلألو می‌شوند. لامپهای تصویری که در صفحه تلویزیون و صفحه نمایشهای کامپیوتری بکار می‌روند. لوله‌های پرتو کاتدی جدیدی هستند، در این لامپها پرتوها بر صفحه‌ای متمرکز می‌شوند. این صفحه با موادی پوشیده شده‌ که هنگام برخورد با تابش پرتوها درخشش ایجاد می‌کنند.

در اواخر سده نوزدهم ، پرتوهای کاتدی بطور وسیعی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشهای متعدد دانشمندان به این نتیجه انجامید که پرتوهای مذکور جریانی از ذرات بار دار منفی است که حرکتی سریع دارند. این ذرات همانطور که استونی پیشنهاد کرده بود الکترون نامیده شد. این الکترونها که از فلز کاتد ناشی می‌شوند همواره یکسانند و به جنس فلز بستگی ندارند. چون بارهای ناهمنام یکدیگر را جذب می کنند، جریان الکترونهایی که پرتوی کاتدی  را بوجود می‌آورند هرگاه از میان دو صفحه با بارهای مخالف بگذرند به طرف صفحه‌ای که بار مثبت دارد کشیده می‌شوند. بنابراین پرتوهای کاتدی در یک میدان الکتریکی  از مسیر عادی مستقیم خود منحرف می‌شوند. درجه این اختلاف به دو عامل بستگی دارد:


  1. انحراف بطور مستقیم با اندازه بار ذره تغییر می‌کند. ذره‌ای که بار بیشتری دارد بیشتر از ذره‌ای که بار کمتری دارد منحرف می‌شود.
  2. انحراف بطور معکوس با جرم ذره تغییر می‌کند. ذره‌ای با جرم بزرگتر کمتر از ذره‌ای با جرم کوچکتر منحرف می‌شود.

انواع الکترونها

 

الکترون آزاد

الکترونی که از اتم جدا شده و به آن بستگی ندارد. الکترونهای بیرونی‌ترین لایه‌های اتمهای فلزات بستگی کمتری نسبت به اتمهای خود دارند و با گرفتن انرژی کوچکی از این اتمها کنده می‌شوند و به شکل توده‌ای از ابر یا گاز ، شبکه‌های اتمی فلزات را در بر می‌گیرند. هنگامی که الکترونهای آزاد در میدان الکتریکی قرار گیرند، جریان الکتریکی بوجود می‌آید. 

الکترون اوژه

 

الکترون اوژه نوعی الکترون آزاد است که از اتم یا یون گسیل می‌شود. الکترون اوژه از بازآرایی الکترونهای مقید از اتم یا یون اولیه سرچشمه می‌گیرد. این بازآیی از واکنش الکترون - الکترون که مولد نیروی دافعه است و می‌تواند بر نیروی جاذبه ناشی از برهمکنش الکترون -هسته فایق آید، صورت می‌گیرد. با آن همه بازآیی یاد شده تنها هنگامی می‌تواند رخ دهد که حداقل جای یک الکترون در تراز انرژی معین اتم یا یون اولیه خاصی باشد و در تراز با انرژی بیشتر از انرژی تهی جا حداقل دو الکترون وجود داشته باشد، یکی از الکترونهای تراز بالاتر به تراز دارای تهی جا سقوط می‌کند و الکترون دیگر به صورت الکترون آزاد از اتم خارج می‌شود. 

الکترون ظرفیت یا الکترون والانس

 

هر یک از الکترونهای لایه خارجی اتم که در ایجاد پیوندهای شیمیایی شرکت می‌کنند. 

الکترون رسانش

 

اتمهای هر فلزی با پیوندهای کوالانسی  که راستای کاملا مشخص ندارند و میان چندین اتم پخش شده‌اند، به همدیگر مقید هستند. بنابراین الکترونهایی که قیدشان در ضعیفترین حد است (الکترون ظرفیت) می‌توانند در سراسر فلز حرکت کنند. این الکترونهای متحرک که الکترون رسانش نامیده می‌شود در خواص الکترونی و انتقال گرما در فلزها دخالت دارد.


  • مدل گاز آزاد فرمی: برای فلزهای ساده مانند (pb , TI , In , GA , Al , Ba , Sr, Ca , Mg , Be , Rb , Cs , Ka , Na , Li) سهم الکترون رسانش در رسانندگی گازی از فرمیونها بدون برهمکنش و با چشم پوشی از انرژی پتانسیل ناشی از بخش مرکزی یونها ، می‌توان محاسبه کرد. در این مدل ، انرژی مجاز الکترونهای رسانشی پیوسته‌اند و در انرژی فرمی εf با یک سطح کروی فردی روبرو هستیم.

  • خواص الکترونی: وقتی یک میدان الکتریکی خارجی به فلز اعمال می‌شود الکترونهای رسانش شروع به شتاب گرفتن می‌کنند. اما برخورد این الکترونها با ناخالصیها به فوتونها ، ناکاملیهای شبکه ، حرکتشان را کند می‌کند، این فرآیند منجر به حالتی مانا می‌شوند که در آن سرعت سوق برای الکترون رسانش عبارت است از: v = -eET/m

که در آن e بار الکترون ، E میدان الکتریکی ، T زمان میانگین بین برخورد (یا زمان واهلش) و m جرم الکترون است.


  • سرعت سوق الکترون: میانگین سرعتی که با آن الکترونها یا یونها ، بر اثر میدان الکتریکی در ماده‌ای رسانا یا نیم رساناجابجا می‌شوند. نیم رساناهای خالص و آلاییده دارای حاملهای (الکترونها و حفره‌های رسانش) آزادی هستند که تحت تأثیر میدان الکتریکی ممکن است در داخل جسم جابجا شوند. تعداد الکترونها و حفره‌ها به جنس نیم رسانا و میزان و نوع آلایش و دمای آن بستگی دارد. اما در هر نیم رسانای قابل استفاده این تعداد معمولا بین 1022 تا 1026 الکترون یا حفره در هر متر مکعب است. در غیاب میدان الکتریکی این حاملها در جهت کاتوره‌ای در جسم حرکت می‌کنند و بنابراین جریان الکتریکی خالص بوجود نمی‌آورند.

    هر گاه میدان الکتریکی برقرار شود، بر حاملها نیروی الکتریکی وارد می‌شود و در جهت نیرو به آنها شتاب داده می‌شود، که این امر به ایجاد جریان الکتریکی می‌انجامد. اما حاملها با اتمها و نقص بلور ، مانند ناخالصیها و دررفتگیها نیز برهمکنش و برخورد نیز دارند و این برخوردها سبب میشوند سرعت الکترون کاتوره‌ای شود. به این ترتیب الکترونها و حفره‌ها در جهت نیروی الکتریکی دارای سرعت متوسطی هستند. و این سرعت متوسط یا سرعت سوق با توازن بین نیروی الکتریکی در زمان T فاصله زمانی میانگین بین برخوردها مشخص می‌شود.

    سرعت برخورد برابر است با Vp = eTE/m که در آن ، E میدان الکتریکی اعمال شده بر حسب ولتمتر را ، e بار الکترون و *m جرم مؤثر حامل است.

اسپین الکترون

 

اسپین یکی از ویژگیهای درونی ذرات است. اسپین خاصیتی است که به غیر صفر بودن تکانه زاویه‌ای ذره ساکن مربوط می‌شود، اینکه الکترونها دارای اسپین هستند از اهمیت خاصی برخوردار است.اسپین اسپین الکترون در شیمی و در جنبه‌هایی از رفتار ماده معمولی ، بویژه در پدیده‌های مغناطیسی نقش اساسی ایفا می‌کند. الکترون حامل اسپین 2/1 هسته و این بدان معنی است که برای الکترون ساکن اندازه گیری تکانه زاویهای نسبت به یک محور مفروض به یکی از دو نتیجه ممکن ħ/2 ± می‌انجامد ħ = h/2π ثابت کاهیده پلانک است.

اسپین الکترون دو پیامد نیزدیکی دارد: یکی اینکه الکترونها را به صورت آهنربایی میکروسکوپیکی در می‌آورد، که هم میدان مغناطیسی تولید می‌کنند و هم در برابر میدان مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند. دیگر اینکه یک درجه آزادی داخلی نمی‌توانند حالت کوانتمی یکسان داشته باشند و این خاصیتی است به فرمیون  بودن الکترونها مربوط می‌شود. 

پراش الکترون

 

فیزیک کلایسک ، الکترونها را ذراتی در نظر می‌گیرد با جرم و بار معین ، برهمکنش الکترون با میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را می‌توان بر حسب حرکت ذره توضیح داد. آزمایشهای اولیه با لامپ پرتوی کاتدی که باریکه الکترون را فراهم می‌آورد، نشان داد که اجسام کوچکی که در لامپ قرار داده شوند روی پرده فسفری سایه واضح می‌اندازند. این آزمایش با تصویر کلاسیکی الکترون به صورت ذره کاملا سازگار است.

طول موج دوبروی الکترونی با انرژی 10000v یعنی الکترونی که با پتانسیل 1000v شتاب گرفته باشد، برابر 4X10<-11 متر است. چون این مقدار بسیار کوچکتر از اندازه جسم است، اثر پراش بسیار کوچکتر از آن است که دیده شود. بلافاصله بعد از اینکه دوبروی اظهار نظر کرد که ماده باید خواص موجی از خود نشان دهد، والتر الساسر اعلام کرد کهپراش الکترونها باید در سطح بلور قابل مشاهده باشد.

 

+ نوشته شده در  شنبه نهم خرداد 1388ساعت 21:7  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

http://ele-iaub.persiangig.ir/document/seven%20segment/Segment.jpg

برای نشان دادن اعداد در ساعتهای دیجیتالی ،چراغ راهنما، ماشین حساب ، ترازوی دیجیتالی و...از یک قطعه به نام seven segment یا هفت قسمتی استفاده می کنند .که اغلب به رنگ سبزو قرمزهستند. این قطعه در واقع یک IC است که دارای هفت LED (دیود نورانی) می باشد وروشن یا خاموش بودن این LED ها اعداد را به ما نشان میدهد . همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید اگر هرکدام از این هفت قسمت را با حروف a b c d e f g در جهت عقربه های ساعت نام گذاری کنیم، آنگاه مثلا برای نمایش عدد"1" کافیست که فقط حرفهای b وc روشن بشوند: 

http://ele-iaub.persiangig.ir/document/seven%20segment/Segment1.jpg


حال به مدار زیر دقت کنید:

http://ele-iaub.persiangig.ir/document/seven%20segment/Segment2.jpg

اگر شما در ورودی مدار یکی از ارقام 0تا 9 را وارد کنید ، seven segment عدد شما را به صورت دیجیتالی نمایش می دهد .
ابتدا معادل دودویی (باینری ) عدد خود را بدست آورید .مثلا : 

معادل باینری 8 ، 1000 می باشد . 

عدد دودویی خود را از راست به چپ به ترتیب با A و B و C و D 
نام گذاری می کنیم رقم A ،کم ارزش ترین ورقم D با ارزش ترین رقم است . 
ما نیاز به یک IC با شماره 7447 داریم . پایه های ورودی آن مربوط به قرار دادن معادل دودویی عدد ما است .خروجی های ان نیز مانند شکل به ورودی های seven segmentمتصل می گردند . 
پایه های A,B,C,D را به چهار سوئیچ متصل می کنیم .قرار گرفتن سوئیچ ها در وضعیت بالا وپایین ، صفر ویک بودن رقم مارا مشخص می کند . 
IC 7447 ،یک دیکدر BCD به هفت قسمتی نام دارد این دیکدر یک عدد دهدهی به فرم BCDرا دریافت نموده وکد هفت قسمتی مربوط به آن را تولید می کند. 
مدارات زیاد دیگری نیز وجود دارند که کارهای مختلفی را انجام می دهند . مثلا مداری که از عدد دلخواهی شروع به شمارش می کند ویکی یکی کم می کند تا به صفر برسد(تایمر).یا مداری که از صفر شروع به شمارش می کند ویکی یکی اضافه می کند و دارای کلید شروع و توقف می باشد (کرنومتر).

 

+ نوشته شده در  شنبه نهم خرداد 1388ساعت 17:43  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

مبدلها یا حس کننده ها

 

مبدلها یا حس کننده ها اولین طبقه یک سیستم اندازه گیری را تشکیل میدهند در واقع عمل تبدیل کمیتهای فیزیکی مختلف به سیگنالهای الکتریکی را انجام میدهد. سنسوری که در مقابل اکسیژن یاهیدروژن عکس العمل نشان میدهد  سنسور  گاز است. 

حس گرهای گازی

 

اهداف این تلاش بر پایه توسعه یک سری از حسگرهای گازی حساس/ مشخص/ قابل حمل و پردوام بنا شده . اصول کار اساسا بر این سه مقوله تمرکز دارد که ردیابهایی برای مواد سلاح شیمیایی از قبیل سارین وسومان. ردیابهایی برای مواد منفجره از قبیل /تی ان تی/ دی ان تی / و حسگرهایی برای نمایش کیفیت محیط زیست هوا / ردیاب برای ملکولهای از قبیل ( مواد فرار حیاتی ) / منواکسید کربن / دی اکسید کربن / اکسیژن و هیدروکربنها ساخته شود . در این رابطه تلاش بر این نیز است که حسگرهایی را که آلاینده کنان آب در محیط زیست را تشخیص میدهند از قبیل کرومیوم را توسعه داد. 

پایه گذار

اداره تحقیقات علمی نیروی هوایی و بنیاد علمی ملی . 

مواد

یک یا چندین لایه از ( اس-آی ) پر از خلل و فرج را بوسیله  تیزاب کاری الکتروشیمیایی کریستالی   ( اس-آی ) در محلول آناتولی ( اچ-اف ) بدست می آید چند لایه که شکل گروه شیارهای فوتونیک که ساختار بسیار ریز حفره ای دارند ساخته می شوند . چون آنها پر از خلل و فرج هستند/ برشها شامل گاز و مایعات هستند . از تغییرات مشخصه ای درنتایج  انعکاسات طیفی چشمی می توان به عنوان عناصر حس کننده حساس استفاده کرد. تجزیه و تحلیل مشخص کننده به وسیله تطابقات شیمیایی بدست می آید . 

توصیف و تکنیک


بر اساس تجزیه و تحلیل کافی بدست آمده / یک تغییر در طول موج فابری-پروت یا ساختار ارتعاش نوری کریستال اتفاق می افتد. 
فیلمی با سرعت بالا از یک حس کننده کریستالی نوری ساخته شده از یک برش سیلیسیوم پر از خلل و فرج با ساختار فوق العاده ریز ( نانو متر ) / در عکس دیده می شود . فیلم / ردگیری یک شبیه سازی برای مواد سلاح شیمیایی ( آستون ) که یک برش پر از منفذ سلیسیوم با ساختار نانومتری را بکار گرفته است نشان میدهد . این همان ماده ای است که ما برای توسعه روی تراشه عصب حس کننده ماده سلاح سارین و انواع آلاینده های صنعتی و سمی استفاده می کنیم . عنصر حسگر از یک گروه شیار فوتونیک چند لایه تشکیل شده که ساختار آن شامل لایه های سیلیکون پر از خلل و فرج خیلی زیاد تشکیل شده . مسیر حسگر سیلیسیوم پر منفذ طوری طراحی شده که در حضور هوا سبز باشد و در معرض مواد شیمیایی به رنگ قرمز در بیاید . در تولید تراشه های کامپیوتری که از همین مواد درساختارشان استفاده می شود ما امیدواریم هزاران مسیر مینیاتوری حسگر روی یک تراشه سیلیکون به اندازه یک مربع تولید کنیم که اجازه تشخیص سریع انواع گوناگون سمهای شیمیایی را به ما بدهد . 

حسگر مینیاتوری کروماتوگرافی گاز : 
حس سر وقت / به موقع شیمیایی برای صنعت و تقاضای دولت 

کاربردها

- حس کردن آلوده کننده ها به موقع و به جا 
- حس کردن گازهای سمی در محیطهای صنعتی 
- وسایل محافظ برای موقعیت های بالقوه سلاحهای شیمیایی 
- تجزیه و تحلیل پیگیری شیمیایی
 


کروماتوگرافی میکروماشینی شده

ما به کوچکترین حسگر کروموتوگراف گازی درجهان با به کار گرفتن استوانه موئین میکرو ماشینی / تزریق کننده نمونه و ردیاب دسترسی پیدا کرده ایم . حسگر به اندازه یک تلفن و یا حتی کوچکتر خواهد بود . تشخیص در طول مدت یک یا دو دقیقه انجام خواهد شد . نمونه های شیمیایی گاز یا مایع خواهند بود . نتیجه هدف یک در میلیارد


 

+ نوشته شده در  شنبه نهم خرداد 1388ساعت 17:37  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

در این قسمت با یک مدار تغذیه دوبل 5 ولت آشنا می شوید.از این مدار جهت تغذیه آیسی های آپ امپی و آیسی های که دارای تغذیه دوبل هستند می توانید استفاده کنید.حتی می توانید.با استفاده از رگولاتور های مختلف ولتاژهای دوبل مختلفی از 5 تا 24 ولت مثبت و منفی را در خروجی این مدار داشته باشید. 

یکی از موارد استفاده این مدار زمانی است که ورودی یک آپ امپ دارای شکل موج ورودی AC باشد .در این حالت شما می بایست برای آپ امپ دو تغذیه مثبت و منفی را در نظر بگیرید.،تا به طور مثال اگر ورودی آپ امپ یک شکل موج سینوسی باشد.(همانطور که می دانید شکل موج سینوسی یک شکل موج AC است.) 
در این حالت اگر آپ امپ شما مشتق گیر باشد.، مشتق شکل موج سینوسی را که شکل موجی کسینوسی است.در خروجی ایجادمی کند.و شما می توانید این شکل موج ها را براحتی در اسیلسکوپ مشاهده کنید.،اما این کار در صورتی میسر است.که شما برای آپ امپ از تغذیه دوبل استفاده کنید. 

قطعات مورد نیاز

 

  1. ترانس دوبل 220 ولت به 9 ولت
  2. دیود پل 1 آمپر
  3. 1 عدد رگولاتور LM7805
  4. 1 عدد رگولاتورL7905
  5. 2 عدد خازن 470 میکروفاراد 16 ولت
  6. 2 عدد خازن 220 میکروفاراد 16 ولت


به شکل مداری ترانس دوبل در شکل زیر توجه کنید.همانطور که در نقشه می بینید.در یک طرف پایه های نامگذاری شده 1 و 4 را می بینید.که در واقع ولتاژ 220 ولت از این دو سر اعمال می شود. 
ولتاژهای مثبت و منفی 9 ولت را در سرهای 5 و 8 خواهیم داشت.پایه 6 نیز به زمین متصل می شود.این شماره گذاری ها صرفا جهت آموزش است.و در روی ترانس دوبلی که تهیه می کنید.، این شماره گذاری وجود ندارد.،در این نوع ترانس یک طرف دو سیم و طرف دیگر سه سیم دارد. 
محل ورود ولتاژ های ورودی 220 ولت و خروجی های 9 ولت بر روی ترانسی که تهیه می کنید.کاملا مشخص است. 
پایه 6 سر مشترک ترانس است.که به زمین وصل میشود.زمین در واقع نقطه ای در مدار است که دارای ولتاژ یا اختلاف پتانسیل صفر است. 
دیود پل در بازار دارای اشکال مختلف دایره ای شکل و مکعبی می باشد.بر روی این قطعه الکترونیکی علامت مثبت(+) و منفی(-) 
به همرا دو علامت مدی شکل(~) وجود دارد.ولتاژ های مثبت و منفی 9 ولت را به صورت مجزا به پایه های مربوط به این علامات مدی شکل متصل کنید. 

حال پایه مربوط به علامت مثبت را با یک خازن 470 میکروفاراد به زمین متصل نمایید.خازن 470 میکروفاراد،خازن الکترولیت است.بنابراین دارای دو جهت مثبت و منفی می باشد.،که علامت منفی بر روی این خازن بیانگر جهت منفی است.جهت مثبت را به مثبت دیود پل و جهت منفی این خازن را زمین کنید. 

پایه مربوط به علامت منفی را نیز با یک خازن 470 میکروفاراد زمین کنید.در این حالت برعکس حالت قبل سمت مثبت خازن را زمین کنید.،وسمت منفی آنرا به پایه منفی دیود پل متصل نمایید.چرا که خروجی منفی دیود پل در این حالت دارای ولتاژ منفی است.و زمین نسبت به این ولتاژ منفی،مثبت تر است.بنابران با این کار شما مثبت و منفی مربوط به خازن الکترولیت را با اینکار رعایت کرده اید. 
البته این مطلب را بگویم که در سرهای مثبت و منفی دیود پل ولتاژ‌موثر (RMS) داریم این ولتاژ از حاصلضرب رادیکال 2 در مقدار 9ولت بدست می آید. 

ولتاژ مثبت 9 ولت را به پایه ورودی رگولاتور 7805 و ولتاژ منفی 9 ولت را به پایه ورودی رگولاتور 7905 متصل کنید.پایه Adjusment 
هر دو رگولاتور را زمین کنید.پایه خروجی هر دو رگولاتور را با خازن های 220 میکروفاراد به زمین متصل نمایید. 
در رگولاتور 7805 پایه خروجی را به گونه ای به زمین متصل کنید.،که سر مثبت خازن در پایه خروجی رگولاتور و سمت منفی آن در زمین باشد.در واقع در این حالت اگر کمی فکر کنید.می بینید.پایه مثبت نسبت به پایه منفی خازن دارای اختلاف پتانسیل مثبت است. 

در رگولاتور 7905 خروجی را به گونه ای با یک خازن زمین کنید.،که سمت منفی خازن در پایه خروجی 7905 باشد.وسمت مثبت خازن به زمین متصل باشد.در واقع در این حالت نیز اختلاف پتانسیل سر مثبت نسبت به سر منفی مثبت است.چرا که خروجی این رگولاتور ولتاژ منفی 5 ولت است.اگر برعکس این کار عمل کنید خازن می ترکد.

 

 

 

http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b2%d9%8a%d8%b3%d8%aa%d9%88%d8%b1/MOBADELVOLT2.jpg

 

شکل واقعی ترانس دوپل،رگولاتور 7805

در زیر یک ترانس دوبل را مشاهده می کنید. 
در این شکل سیم های سفید رنگ محل ورود ولتاژ‌ 220 ولت،سیم های قرمز و مشکی دارای ولتاژ 9 ولت و سیم نارنجی زمین است.البته این رنگ سیم ها ممکن است در هر ترانسی متفاوت باشد. 
در زیر رگولاتور 7805 را مشاهده می کنید.پایه 1 ورودی،پایه 2 زمین یا adjusment و پایه 3 خروجی این رگولاتور می باشد. 
رگولاتور 7905 نیز دارای شکلی شبیه به رگولاتور 7805 است.با این تفاوت که پایه 1 آن زمین یا adjusment پایه 2 ورودی و پایه 3 خروجی است.

 

http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b2%d9%8a%d8%b3%d8%aa%d9%88%d8%b1/tranceformer3.jpg

 

 

 


http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%af%d9%8a%d9%88%d8%af/dsfsdf.jpg







+ نوشته شده در  پنجشنبه هفتم خرداد 1388ساعت 11:58  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

تقویت کننده های عملیاتی به اختصار آپ امپ نامیده می شو ند.و به صورت مدار مجتمع در دسترس می باشند.این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد. 

 

از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد است. 

این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار با لایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آنرا به سطح قابل قبولی از ولتاژ‌ در خروجی تبدیل می کند.به شکل مداری این المان در زیر توجه کنید. 

این المان همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی،این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند. 
پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند.

 

نحوه عملکرد op_amp

 

http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b2%d9%8a%d8%b3%d8%aa%d9%88%d8%b1/opamp_block1.jpg


این المان بسته به وضعیت پایه های ورودی و خروجی دارای شرایط و عملکرد متفاوتی خواهد شد که در زیر به توضیح راجب این وضعیت ها می پردازیم. 


اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آیسی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود. 


اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آیسی 5 ولت باشد.و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد.خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود.به شکل توجه کنید این شکل گویای همه مطالب است.همانطور که مشاهده می کنید.،هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی مثبت باشد.خروجی به اشباع مثبت VSS می رود.و همچنین هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی منف با شد خروجی به منفی VSS می رود. 
منظور از اختلاف ولتاژ ،اختلاف بین ورودی مثبت از منفی است. 

 


بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژ‌ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است. 

در حالت ایده آل منظور حالت غیر عملی است.،در این حالت op-amp ها دارای مقاومت ورودی بی نهایت تقویت سیگنال ورودی در خروجی به صورت بی نهایت و مقاومت خروجی صفر هستند. 

در حالت واقعی گین یا تقویت بین ولتاژ های مثبت و منفی ورودی محدود می شود. 

بین پایه های ورودی و خروجی آپ امپ جریانی وجود ندارد.و این تنها ولتاژ ورودی است که خروجی را http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b2%d9%8a%d8%b3%d8%aa%d9%88%d8%b1/opoutput1.jpg

کنترل می کند.

 

استفاده از فیدبک در آپ امپ

 


با استفاده از فیدبک می توانید میزان تقویت ولتاژ های ورودی در خروجی را تعیین کنید.فیدبک می تواند.،از خروجی به هر یک از پایه های مثبت و منفی صورت گیرد.در آپ امپ اغلب فیدبک از خروجی به پایه منفی صورت می گیرد این نوع فیدبک را فیدبک منفی یا negative feedback می نامند. 
با استفاده از فرمول زیر می توانید. میزان تقویت یا گین(gain) را در این نوع از فیدبک به راحتی محاسبه کنید. 

در فرمول فوق Rf همان مقاومت فیدبک است.که در شکل زیر با نام R2 و از خروجی به پایه منفی ورودی زده شده است.منظور از Rin نیز مقاومت ورودی است.،که در شکل زیر با نام R1 می باشد. 

 


بنابر فرمول فوق اگر Rf برابر صفر باشد دیگر تقو یتی وجود ندارد.،و GAIN برابر یک می شود.در این حالت ولتاژ خروجی برابر ولتاژ ‌ورودی است.در این وضعیت آپ امپ تنها به صورت یک بافر مجزا کننده یا ISOLATE کننده جریان ورودی از خروجی عمل می کند.شکل زیر نشان می دهد چگونه خروجی بدون استفاده از مقاومت به پایه منفی ورودی فیدبک زده شده است. 

                                                                                                          
http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b2%d9%8a%d8%b3%d8%aa%d9%88%d8%b1/voltagefollower.jpgThe image “http://ele-iaub.persiangig.com/document/%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B2%D9%8A%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1/invertingamp.gif” cannot be displayed, because it contains errors.



آپ امپ در حالت مقایسه گری یا

Comparator

 

در این حالت کوچکترین اختلاف بین ولتاژ های ورودی تقویت شده و در خروجی نمایان می شود. 
در این وضعیت خروجی زمانی high یا سوییچ می شود.که مقدار ولتاژ‌ در پایه inverting یا منفی به سطح ولتاژ‌ در پایه noninverting یا مثبت برسد.این ولتاژ در شکل زیر برابر vref است. 
از این نوع مدار جهت مقایسه ولتاژ های ورودی به خصوص در سنسورها استفاده می شود. 
در این مدار به جای مقاومت R2 می توانید از پتانسیومتر جهت تعیین ولتاژ‌ Vref و تنظیم آن به صورت دلخواه استفاده کنید. 

 













http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b2%d9%8a%d8%b3%d8%aa%d9%88%d8%b1/comparator.jpg


تقویت کننده مستقیم (noninverting

 amplifier)

 


در این حالت ورودی منفی یا inverting توسط مقاومت R1 زمین می شو د.و فیدک نیز از خروجی توسط مقاومت R2 به ورودی منفی فیدبک داده می شود.در این حالت خروجی کاملا هم فاز با ورودی خواهد بود. 

 







http://ele-iaub.persiangig.com/document/%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B2%D9%8A%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1/noninverting.gif












تغذیه Op-Amp


در بعضی موارد Op-Amp ها نیاز به دو منبع تغذیه مثبت و منفی دارند. 
اگر ما مایل باشیم که تنها از خروجی مثبت آپ امپ استفاده کنیم.در واقع منظور ولتاژ های مثبت در خروجی است.در این حالت می بایست منفی Vss را به زمین متصل کنیم.ولتاژ‌ مثبت را تنها به پایه تغذیه مثبت وصل کنیم. 
در این حالت شما بایستی از دو باطری یا از یک منبع تغذیه دوتایی مثبت و منفی استفاده کنید. 
در لینک زیر می توانید.یک مدار ساده تغذیه دوبل را تجربه کنید. 
تغذیه دوبل 5 ولت 

نکاتی راجب به Op-Amp


هیچگاه تغذیه مثبت و منفی آپ و امپ را به صورت معکوس وصل نکنید.،با این کار Op-Amp خواهد سوخت. 
تغذیه ورودی های مثبت و منفی می بایست.از مقادیر ورودی در پایه های inverting و noninverting بیشتر باشد.سیگنال های ورودی و خروجی را توسط خازنهای 1.0ufتا 0.1uf زمین کنید تا از تاثیر نویز در مدار خود جلوگیری کنید. 

در حالت ایده آل آپ امپ ها دارای مقاومت ورودی بالا و در نتیجه جریان ورودی در حد صفر و مقاومت خروجی صفر می باشند.همچنین در این حالت ولتاژ‌ در ورودی های مثبت و منفی با یکدیگر مساوی هستند. 


 

+ نوشته شده در  پنجشنبه هفتم خرداد 1388ساعت 11:42  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

آیا می‌دانید IC ( آی سی) چیست؟ و چه انگیزه‌ای باعث اختراع IC شد؟

 


 

http://ele-iaub.persiangig.ir/document/ICs.jpg


 

حروف اختصاری IC از دو کلمه انگلیسی integrated circuit به معنی مدار مجتمع گرفته شده است. پیش از اخترا ع IC ،مدارهای الکترونیکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل می‌شدند. این مدارات فضای زیادی را اشغال می‌کردند و توان الکتریکی بالایی نیز مصرف می‌کردند. و این، امکان بوجود آمدن نقص و عیب در مدار را افزایش می‌داد. همچنین سرعت پایینی هم داشتند. IC ، تعداد زیادی عناصر الکتریکی را که بیشتر آنها ترانزیستور هستند، در یک فضای کوچک درون خود جای داده است و همین پدیده است که باعث شده امروزه دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد چشمگیری در همه جا و در همه زمینه‌ها داشته باشند.

 

+ نوشته شده در  چهارشنبه ششم خرداد 1388ساعت 19:15  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

دید کلی

قطعات دو پایانه طراحی شده برای پاسخ به جذب فوتون ، دیودهای نوری نامیده می‌شوند. برخی از دیودهای نوری سرعت پاسخ و حساسیت بسیار بالایی دارند. از آنجایی که الکترونیک نوین علاوه بر سیگنالهای الکتریکی اغلب دارای سیگنالهای نوری نیز می‌باشد، دیودهای نوری نقش مهمی ‌را به عنوان قطعات الکترونیک ایفا می‌کنند. غالبا از قطعات پیوندی برای بهبودی سرعت پاسخ و حساسیت آشکارسازهای نوری یا تابشهای پر انرژی استفاده می‌شود. 



 
 

ولتاژ و جریان در یک پیوند نور تابیده

 

The image “http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%af%d9%8a%d9%88%d8%af/diodnori.jpg” cannot be displayed, because it contains errors.


رانش حاملین بار اقلیت در دو سر یک پیوند تولید جریان می‌کنند، بویژه حاملین بار تولید شده در ناحیه تهی wتوسط میدان پیوند جدا شده الکترونها در ناحیه n وحفره ها در ناحیه p جمع می‌شوند. همچنین حاملین بار اقلیت که به صورت گرمایی در فاصله یک طول نفوذ از طرفین پیوند تولید می‌شوند، به ناحیه تهی نفوذ کرده و توسط میدان الکتریکی به طرف دیگر جاروب می‌شوند. اگر پیوند بطور یکنواخت توسط فوتون‌های با انرژی hv>Egتحت تابش قرار گیرد، یک نرخ تولید اضافی در این جریان مشارکت می‌کند و ولتاژ مستقیم در هر دو سر یک پیوند نور تابیده به نام پدیده فوتو ولتائیک ایجاد می‌شود. 


 
 

باتریهای خورشیدی

امروزه برای تأمین توان خورشیدی مورد نیاز بسیاری از ماهواره های فضایی از آرایه‌های باتری خورشیدی از نوع پیوندیp-nاستفاده می‌شود. باتریهای خورشیدی می‌توانند توان مورد نیاز تجهیزات داخل یک ماهواره را در مدت زمان طولانی فراهم سازند. آرایه‌های پیوندی را می‌توان در سطح ماهواره توزیع و یا اینکه در باله‌های باتری خورشیدی متصل به بدنه ‌اصلی ماهواره جا داد. برای بهره گیری از بیشترین مقدار انرژی نوری موجود ، لازم است که باتری خورشیدی دارای پیوندی با سطح مقطع بزرگ و در نزدیکی سطح قطعه باشد. پیوند سطحی توسط نفوذ یا کاشت یون تشکیل شده و برای جلوگیری از انعکاس و نیز کاهش بازترکیب ، سطح آن با مواد مناسب پوشیده می‌شود.

آشکارسازهای نوری

یک چنین قطعه‌ای برای اندازه گیری سطوح روشنایی یا تبدیل سیگنالهای نوری متغیر با زمان به سیگنالهای الکتریکی وسیله‌ای مناسب است. در بیشتر آشکارسازهای نوری سرعت پاسخ آشکارساز بسیار مهم است. مرحله نفوذ حاملین بار امری زمان‌بر است و باید در صورت امکان حذف شود. پس مطلوب است که پهنای ناحیه تهی به ‌اندازه کافی بزرگ باشد تا اکثر فوتون‌ها به‌جای نواحی خنثی n و p در درون ناحیه تهی جذب شوند. وقتی که یک EHP در ناحیه تهی بوجود آید،میدان الکتریکی ، الکترون را به طرف n و حفره را به طرف p می‌کشد. چون این رانش حاملین بار در زمان کوتاهی رخ می‌دهد، پاسخ دیود نوری می‌تواند بسیار سریع باشد. هنگامی ‌که حاملین بار عمدتا در ناحیه تهی w ایجاد شوند، به آشکارساز یک دیود نوری لایه تهی گفته می‌شود. اگر w پهن باشد، اکثر فوتونهای تابشی در ناحیه تهی جذب خواهند شد. w پهن منجر به کاهش ظرفیت پیوند شده و در نتیجه ثابت زمانی مدار آشکارساز را کاهش می‌دهد. 


 

نحوه کنترل پهنای ناحیه تهیThe image “http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%af%d9%8a%d9%88%d8%af/JM_Cotco_LED_cieple_80.jpg” cannot be displayed, because it contains errors.

روش مناسب برای کنترل پهنای ناحیه تهی ساختن یک آشکارساز نوری p-i-n است. ناحیه i مادامی کهمقاومت ویژه زیاد است، لزومی ‌ندارد که حقیقتا ذاتی باشد. می‌توان آن را به روش رونشستی روی بستر نوع n رشد داد و ناحیه p را توسط نفوذ ایجاد کرد. هنگامی‌ که ‌این قطعه در گرایش معکوس قرار می‌گیرد، ولتاژ وارده تقریبا بطور کامل در دو سر ناحیه i ظاهر می‌شود. برای آشکارسازی سیگنالهای نوری ضعیف اغلب مناسب است که دیود نوری در ناحیه شکست بهمنی مشخصه‌اش عمل کند.

نویز و پهنای باند آشکارسازهای نوری

در سیستمهای مخابرات نوری حساسیت آشکارسازهای نوری و زمان پاسخ آنها بسیار مهم است. متاسفانه ‌این دو ویژگی عموما با هم بهینه نمی‌شوند. مثلا در یک آشکارساز نوری بهره به نسبت طول عمر حاملین بار به زمان گذار وابسته ‌است. از سوی دیگر پاسخ فرکانسی نسبت عکس با طول عمر حاملین بار دارد. معمولا حاصلضرب بهره در پهنای باند را به عنوان ضریب شایستگی برای آشکارسازها ملاک قرار می‌دهند. طراحی برای افزایش بهره سبب کاهش پهنای باند می‌شود و برعکس ویژگی مهم دیگر آشکارسازها نسبت سیگنال به نویز است که مقدار اطلاعات مفید در مقایسه با نویز در زمینه آشکارساز را نشان می‌دهد. منبع اصلی نویز در نور رساناها نوسانات اتفاقی در جریان تاریک است. جریان نویز در تاریکی متناسب ، دما و رسانایی ماده ‌افزایش می‌یابد. افزایش مقاومت تاریک همچنین بهره نور رسانا را افزایش داده و بالطبع باعث کاهش پهنای باند می‌شود. 


 
 

کاربرد دیود نوری

The image “http://ele-iaub.persiangig.ir/document/%d8%af%d9%8a%d9%88%d8%af/optical-diod.JPG” cannot be displayed, because it contains errors.

کاربرد باتریهای خورشیدی محدود به فضای دور نیست. حتی با تضعیف شدت تابش خورشید توسط جو می‌توان توسط این باتریها توان مفیدی را برای کاربردهای زمینی بدست آورد. یک باتری خوش ساخت از سیلیسیوممی‌تواند دارای بازده خوب در تبدیل انرژی الکتریکی باشد.
+ نوشته شده در  دوشنبه چهارم خرداد 1388ساعت 20:1  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

دیدکلی

دیود تونلی یک قطعه پیوندی p-n است که بر اساس تونل زنی مکانیک کوانتومی الکترونها از درون سد پتانسیل  پیوند عمل می‌کند. چگونگی تونل زنی برای جریان معکوس در اصل اثر زنر است، هر چند مقدار اندکی گرایش معکوس برای شروع آن در دیودهای تونلی لازم است. 

عملکرد دیود تونلی

دیود تونلی که شامل پیوند p-n است، در حالت تعادل تراز فرمی ، در سراسر آن ثابت است.( Eft در زیر لبه نوار ظرفیت  طرف P قرار دارد و Efn بالای لبه نوار هدایت در طرف n واقع است).نوارها  در مقیاس انرژی ، همپوشانی کرده‌اند تا Ef (انرژی فرعی) ثابت بماند. مفهوم آن اینست که با اندکی گرایش مستقیم یا معکوس وضعیتهای پر و خالی در مقابل هم قرار می‌گیرند که فاصله بین آنها اساسا پهنای ناحیه تهی است. 

دیود تونلی تحت گرایش معکوس

تحت یک گرایش معکوس این امکان فراهم می‌شود که الکترونها از حالت پر نوار ظرفیت در زیر Eft به حالتهای خالی نوار هدایت در بالای Efn تونل بزنند. این شرایط مشابه اثر زنری است، با این تفاوت که هیچگونه گرایشی برای ایجاد حالت همپوشانی نوارها لازم نیست. با ادامه افزایش گرایش معکوس Efn به پایین آمدن خود در مقیاس انرژی نسبت به Efp ادامه داده و حالتهای پر بیشتری را از طرف p مقابل حالتهای خالی طرف n قرار می‌دهد. در نتیجه تونل زنی الکترونها از P به n با افزایش گرایش معکوس زیاد می‌شود. 

دیود تونلی تحت گرایش مستقیم

وقتی یک گرایش مستقیم اعمال شود، Efn نسبت به Efp به اندازه qv در مقیاس انرژی افزایش می‌یابد. در نتیجه الکترونها زیر Efn در طرف n در مقابل وضعیتهای خالی بالای Efp در طرف P قرار می‌گیرند. این جریان مستقیم با افزایش گرایش مادامی که حالتهای پر بیشتری در مقابل حالتهای خالی قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد. 

مقاومت فعال

در دیودهای تونلی با گرایش مستقیم ، هنگامی که Efn به افزایش خود نسبت به Efp ادامه می‌دهد، به نقطه‌ای می‌رسیم که در آن نوارها از مقابل هم می‌گذرند. در این حالت تعداد حالتهای پر در مقابل حالتهای خالی کاهش می‌یابد. این ناحیه از این جهت اهمیت دارد که کاهش جریان تونل زنی با افزایش گرایش ناحیه‌ای با شیب منفی تولید می‌کند. مقاومت فعال (دینامیک) dv/dt منفی است. این ناحیه با مقاومت منفی در بسیاری از کاربردها مفید است. اگر گرایش مستقیم بعد از ناحیه با مقاومت منفی افزایش یابد، جریان دوباره شروع به افزایش می‌کند. 

کاربردهای مداری

مقاومت منفی دیود تونل را می‌توان برای کلید زنی ، نوسان ، تقویت و سایر عملیات مداری مورد استفاده قرار داد. این حوزه وسیع کاربردی همراه با این واقعیت که فرایند تونل زنی تاخیر زمانی رانش و نفوذ را ندارد، دیود تونلی را یک انتخاب طبیعی برای مدارهای بسیار سریع ساخته است.

 

+ نوشته شده در  یکشنبه سوم خرداد 1388ساعت 12:37  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

از پیوند دو نوع نیم رسانای n و p یک قطعه الکترونیکی به نام دیود بوجود می‌آید که در انواع مختلفی در سیستمهای مخابرات نوری ، نمایشگرهای دیجیتالی ، باتری های خورشیدی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

دید کلی

دیود یک قطعه ‌الکترونیکی است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از یک جنس ،سیلیسیم یا ژرمانیم) ساخته می‌شود. چون دیود یک قطعه دو پایانه ‌است، اعمال ولتاژ در دو سر پایانه‌هایش سه حالت را پیش می‌آورد.


  • دیود بی بایاس یا بدون تغذیه که ولتاژ دو سر دیود برابر صفر است و جریان خالص بار در هر جهت برابر صفر است.
  • بایاس مستقیم یا تغذیه مستقیم که ولتاژ دو سر دیود بزرگتر از صفر است که الکترونها را در ماده n وحفره ها را در ماده p تحت فشار قرار می‌دهد تا یونهای مرزی با یکدیگر ترکیب شده و عرض ناحیه تهی کاهش یابد. (گرایش مستقیم دیود)

  • تغذیه ی باباس معکوس که ولتاژ دو سر دیود کوچکتر از صفر است، یعنی ولتاژ به دو سر دیود طوری وصل می‌شود که قطب مثبت آن به ماده n و قطب منفی آن به ماده p وصل گردد و به علت کشیده شدن یونها به کناره عرض ناحیه تهی افزایش می‌یابد (گرایش مستقیم دیود).

انواع دیودهای پیوندی



::دیودهای نور گسل::

در دیودی که بایاس مستقیم دارد، الکترونهای نوار رسانش از پیوندگاه عبور کرده و به داخل حفره‌ها می‌افتند. این الکترونها به هنگام صعود به نوار رسانش انرژی دریافت کرده بودند که به هنگام برگشت به نوار ظرفیت انرژی دریافتی را مجددا تابش می‌کنند. دردیودهای یکسوساز این انرژی به صورت گرما پس داده می‌شود، ولی دیودهای نور گسل LED این انرژی را به صورت فوتون تابش می‌کنند. 

فوتودیودها 

انرژی گرماییباعث تولید حامل‌های اقلیتی‌ در دیود می‌گردد. با افزایش دما جریان دیود در بایس معکوس افزایش می‌یابد. انرژی نوری هم همانند انرژی گرمایی باعث بوجود آمدن حاملهای اقلیتی ‌می‌گردد. کارخانه‌های سازنده با تعبیه روزنه‌ای کوچک برای تابش نور به پیوندگاه دیودهایی را می‌سازند که فوتودیود نامیده می‌شوند. وقتی نور خارجی به پیوندگاه یک فوتودیود که بایس مستقیم دارد فرود آید، زوجهای الکترون _ حفره در داخل لایه تهی بوجود می‌آیند. هرچه نور شدیدتر باشد، مقدار حاملهای اقلیتی ‌نوری افزایش یافته، در نتیجه جریان معکوس بزرگتر می‌شود. به ‌این دلیل فوتودیودها راآشکارسازهای نوری گویند. 

::وراکتور::

نواحی p و n در دو طرف لایه تهی را می‌توان مانند یک خازن تخت موازی در نظر گرفت، ظرفیت این خازن تخت موازی را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت پیوندگاه گویند. ظرفیت خازن انتقال CT هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیم که برای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند، دیود با ظرفیت متغییر یاوارکتور نام دارند. وراکتور موازی با یک القاگر تشکیل یک مدار تشدید را می‌دهد که با تغییر ولتاژ معکوس وراکتور می‌توانیم فرکانس تشدید را تغییر بدهیم. 

دیودهای شاتکی

دیود شاتکی یک وسیله تک‌قطبی است که در آن به جای استفاده ‌از دو نوع نیمه ‌هادی p و n متصل به هم ، معمولا از یک نوع نیم ‌هادی سیلیسیم نوع n با یک اتصال فلزی مانند طلا – نقره یا پلاتین استفاده می‌شود. در هر دو ماده الکترون حامل اکثریت را تشکیل می‌دهد. وقتی که دو ماده به هم متصل می‌شوند، الکترونها در ماده سیلیسیم نوع n فورا به داخل فلز نفوذ می‌کنند و یک جریان سنگینی از بارهای اکثریت بوجود می‌آید. دیود شاتکی لایه تهی ذخیره بار ندارد. کاربرد این دیود در فرکانس‌های خیلی بالاست. 

"دیودهای زنر"

این دیود سیلیسیم برای کار در ناحیه شکست طراحی و بهینه شده است، گاهی آن را دیود شکست هم می‌گویند. با تغییر میزان آلایش ، کارخانه‌های سازنده می‌توانند دیودهای زنری بسازند که ولتاژ شکست آنها از دو تا دویست ولت تغییر کند. با اعمال ولتاژ معکوس که ‌ازولتاژ شکست زنر بگذرد، وسیله‌ای خواهیم داشت که مانند یک منبع ولتاژ ثابت عمل می‌کند.

وقتی غلظت آلایش در دیود خیلی زیاد باشد، لایه تهی بسیار باریک می‌شود.میدان الکتریکی در لایه تهی بسیار شدید است. میدان چنان شدید است که ‌الکترونها را از مدارهای ظرفیت خارج می‌کند. ایجاد الکترونهای آزاد به ‌این روش را شکست زنر می‌نامیم. 

   ::کاربردها::

قطعات پیوندهایp-n در صنعت الکترونیک از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. به عنوان مثال دیودهای نور افشان LED در نمایشگرهای دیجیتالی و گسیلنده‌های نور قرمز GaAs و InP بویژه برای سیستمهای مخابرات نوری مناسب هستند. آرایش لیزر نیم رسانا ، آشکارساز نوری را می‌توان در سیستم دیسک فشرده برای خواندن اطلاعات دیجیتال از دیسک چرخان مورد استفاده قرار داد.

کاربرد بسیار مهم پیوندها به عنوان باتری های خورشیدی است که ‌انرژی نوری جذب شده را به انرژی الکتریکی مفید تبدیل می‌کنند. دیودهای با ظرفیت متغیر در تولید رمونی‌ها ، مخرب فرکانس‌های مایکروویو و فیلترهای فعال است. دیودهای زنر به عنوان مرجع در مدارهایی که نیازمند مقدار معینی از ولتاژ هستند، استفاده می‌شوند. 

 

+ نوشته شده در  یکشنبه سوم خرداد 1388ساعت 12:25  توسط هادی خضــریــان  |  آرشیو نظرات

مقدمه

دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.6 ولت می‌‌باشد. 


img/daneshnameh_up/a/ac/diode-2.gif

ولتاژ معکوس

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌‌کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می‌شود. 



img/daneshnameh_up/6/68/diode-1.gif

دسته بندی دیودها

در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می‌‌کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌‌دهند، دیود های یکسوکننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده می‌‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.

 

اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode)

محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظه‌های پلاستیکی کامپیوتری و چیپهای مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی از سال 2003 که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو ، سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری می‌شود.

 

 

 

 

مقاومت متغیّر

شدت صدای رادیو، تلویزیون یا وسایل صوتی توسط مقاومت متغیّر کنترل می شود، همچنین وقتی شدت روشنایی لامپی را تنظیم می کنید در واقع این کار را به‌ کمک یک مقاومت متغیّر انجام می دهید. به این مدل سازی توجّه کنید.

 

 

به مقاومت متغیّر رئوستا نیز می گویند، تصویر و طرز کار این وسیله در شکل زیر دیده می شود.

 

مقاومت متغیّر مقاومت متغیّر

مقاومت متغیّر

مقاومت متغیّر

در فیلم زیر، مداری را مشاهده می کنید که در آن کاربرد مقاومت متغیّر دیده می شود. در سمت راست ولت سنج و در سمت چپ آمپرسنجی به رئوستا وصل شده است.

 

مقاومت متغیّر

به تناظر تغییر رئوستا و شدت جریان عبوری از مدار توجّه کنید.

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

 

مقاومت متغیّر

 

رئوستا از یک سیم بلند با مقاومت زیاد (از جنس تنگستن) که حول استوانه ای پیچیده شده، ساخته می شود. یک کلید لغزنده روی این استوانه وجود دارد. با قرار دادن این لغزنده در محل های مختلف، طول مؤثر مقاومت قابل تنظیم است. گاهی رئوستا به شکل دایره ساخته می شود، تصویر انواع مختلف آن را در شکل های زیر مشاهده می کنید. 

 

 

 

در بعضی موارد برای تنظیم مقدار مقاومت از جعبه مقاومت استفاده می شود. در این جعبه، تعدادی مقاومت وجود دارد که بنا به نیاز می توان تعداد دلخواهی از آن ها را سری نمود و سپس مقاومت معادل را در مدار قرار داد.

به نظر شما چه فرقی بین رئوستا و جعبه مقاومت وجود دارد؟  

 

مقاومت متغیّر
مقاومت متغیّر
شناسایی قطعات الکترونیکی

قطعات مورد نیاز


  1. 3 عدد مقاومت نوری(LDR)
  2. 3 عدد مقاومت 1 کیلو اهم
  3. 1 عدد میکروکنترلر PIC16F84A
  4. 10 عدد دیود 1N4007
  5. یک عدد خازن 0.1 میکرو فاراد
  6. دو عدد خازن 0.01 میکرو فاراد
  7. دو عدد موتور 3 تا 5 ولت DC
  8. 1 عدد کریستال 4 مگا هرتز
  9. 1 عدد مقاومت 4.7 کیلو اهم
  10. 2 عدد خازن 22 پیکو فاراد
  11. 1 عدد آیسی ULN2803

مقاومت نوری

مقاومت نوری المانی الکترونیکی است.، که با تابش نور به آن مقاومتش تعقییر می کند. 
تا قبل از تابش نور به آن جریانی از آن عبوی نخواهد کرد.در واقع در این حالت مقاومت زیادی دارد.هر چه میزان شدت نور بیشتر باشد مقدار مقاومت آن کمتر می شود.،درواقع مقدار مقاومت با تابش نور رابطه عکس دارد.به منحنی های روی فتوسل توجه کنید.میزان حساسیت فتوسل به طور مستقیم وابسته به تعداد این منحنی هاست.به شکل سمت چپ دقت کنید.عملکر مقاومت نوری در واقع شبیه یا در واقع مانند.مقاومت متفییر یا همان پتانسیومتر است.در پتانسیومتر شما با پیچ کوشتی مقدار مقاومت را تنظیم می کردید.اما در اینجا شدت نور است که میزان مقاومت را تنظیم میکند.هرچه میزان شدت نور بیشتر باشد مقدار مقاومت حاصل از مقاومت نوری کمتر می شود.ودر صورت نبودن نور،مقاومت نور ی مدار باز عمل می کند در واقع مانند سیمی است که شما آنرا از وسط بریده باشید.در این هنگام دیگر جریانی ار آن عبور نخواهد کرد. 

img/daneshnameh_up/7/75/Sm_Photocell.jpg

img/daneshnameh_up/b/b9/photocell.gif

















کریستال


این قطعه الکترونیکی جهت تولید پالس برای میکروکنترلر مورد استفاده قرار می گیرد.در شکل زیر کریستال 10 مگاهرتز را مشاهده می کنید.این را لازم است بگویم که در مورد کریستال بحث قطبیت مطرح نمی باشد.لذا فرقی نمی کند.که با چه جهتی کریستال را به پایه های میکرو متصل می کنید. 


img/daneshnameh_up/1/13/S8841136560.jpg


یک اسیلاتور کریستالی مداری الکترونیکی است که از رزونانس مکانیکی یک کریستال در حال لرزش پیزوالکتریکی بهره می برد تا سیگنال الکتریکی با فرکانس بسیار دقیقی بوجود آورد. این فرکانس معمولا برای داشتن حسی از زمان (مانند در ساعت های مچی کوارتز) استفاده می شود تا سیگنال ساعتی پایدار برای مدارت مجتمع دیجیتال فراهم کند و نیز فرکانس ها را در فرستنده های رادیویی پایدار (Stable) کند.


استفاده از تقویت کننده و فیدبک فرم دقیقی از یک اسیلاتور الکترونیکی است. به کریستال استفاده شده در آن برخی مواقع "کریستال زمان سنجی (timing crystal)" گفته می شود. در دیاگرام های شماتیکی، گاهی کریستال را با XTAL نمایش می دهند.

 فهرست
- کریستال های برای اهداف زمان سنجی
- کریستال ها و فرکانس
- رزونانس سری یا موازی
- فرکانس های ساختگیSpurious frequencies
- یادداشت

کریستال های برای اهداف زمان سنجی:

یک کریستال 4MHz کوچک کوارتز که داخل پکیج هم اندازه ی خود (HC-49/US) واقع شده است

 یک کریستال جامدی است که در آن اجزای تشکیل دهنده، اتم ها، مولکول ها، یا یون ها در یک ترتیب منظمی بسته بندی شده اند و الگوی تکراری خود را در هر سه بعد فضایی گسترش می دهند.
تقریبا هر چیزی که از مواد الاستیک ساخته شده می تواند مانند کریستال مورد استفاده قرار گیرد، با ترنسدیوسرهای (مبدل ها) متناسب، زیرا تمامی اجسام دارای فرکانس رزونانس طبیعی لرزش هستند. برای مثال، فولاد الاستیسیته بالایی دارد و سرعت صوت در آن بالاست. این اغلب در فیلترهای مکانیکی، قبل از کوارتز، استفاده می شد. فرکانس رزونانس به اندازه، شکل، الاستیسیته و سرعت صوت در آن ماده بستگی دارد. کریستال های فرکانس بالا معمولا به شکل صفحه مستطیلی ساده ای بریده می شوند. کریستال های فرکانس پایین، مثل آن هایی که در ساعت های دیجیتالی استفاده می شود، به شکل یک دیاپازون (tuning fork) بریده می شوند. برای کاربردهایی که زمان سنجی بسیار دقیقی نمی خواهند از یک رزونانس کننده سرامیکی ارزان به جای کریستال کوارتز استفاده می شود.

 وقتی که یک کریستال کوارتز به طور صحیح بریده و سوار شد، می توانیم با قرار دادن آن در یک میدان الکتریکی (اعمال ولتاژ به الکترودی نزدیک یا روی کریستال) باعث خم شدن آن شویم. این ویژگی به نام پیزوالکتریک بودن (piezoelectricity) معروف است. وقتی میدان برداشته شود، کوارتز با بازگشت به شکل اولیه اش یک میدان الکتریکی تولید می کند که این می تواند یک ولتاژ تولید کند. این رفتار کریستال کوارتز شبیه مداری متشکل از یک سلف، خازن و مقاومت (RLC Circuit) با فرکانس رزونانسی دقیق است.
 
کوارتز مزیت دیگری نیز دارد و آن کم بودن تغییرات اندازه آن با تغییرات دما است. لذا فرکانس رزونانس صفحه ی مان که به اندازه ی آن وابسته است، تغییر چندانی نمی کند. این یعنی که ساعت کوارتز، فیلتر یا اسیلاتر دقیق خواهد ماند. برای کاربردهای حساس اسیلاتور کوارتز در ظرفی که دمای آن کنترل شده است (به نام اجاق کریستال crystal oven) سوار می شود، و همچنین می تواند روی جذب کننده های ضربه shock absorbers ، که برای جلوگیری از اختلال هایی که ناشی از لرزش های مکانیکی خارجی است، قرار بگیرد.
 
کریستال های کوارتز زمان سنجی برای فرکانس های از ده ها کیلوهرتز تا ده ها مگاهرتز ساخته می شوند. سالانه بیشتر از دو میلیارد (2×109) کریستال تولید می شود. اکثر آن ها برای استفاده در ساعت های مچی، ساعت ها، و مدارات الکترونیکی هستند. هر چند، کریستال کوارتز داخل ابزارهای تست و اندازه گیری مثل شمارنده ها، سیگنال ژنراتورها و اسیلوسکوپ ها نیز پیدا می شود.

 کریستال ها و فرکانس:

مدار اسیلاتور کریستالی نوسان را با گرفتن سیگنال ولتاژی از رزونانس کننده ی کوارتز، تقویت آن و فیدبک کردن آن به رزونانس کننده، نگه می دارد. سرعت خم و راست شدن کوارتز فرکانس رزونانس است و توسط برش اندازه کریستال تعیین می شود.

 یک کریستال معمول زمان سنجی از دو صفحه ی رسانا با یک برش (slice) یا دیاپازونی از کریستال کوارتز که بین آنها ساندویچ شده تشکیل شده است. هنگام راه اندازی به مدار حول کریستال سیگنال نویز اتفاقی ac اعمال می شود و کاملا بسته شانس کسر اندکی از آن در فرکانس رزونانس کریستال خواهد بود. بنابراین کریستال شروع به نوسان کردن همگام با آن سیگنال می کند. اسیلاتور سیگنال خروجی از کریستال را تقویت می کند و لذا فرکانس کریستال محکم تر می شود و سرانجام خروجی غالب اسیلاتور را شامل می شود. فرکانس طبیعی در مدار و در کریستال کوارتز تمام فرکانس های ناخواسته را فیلتر می کند.
 
یکی از مهمترین خصوصیات اسیلاتورهای کریستالی کوارتز این است که نویز در فاز بسیار کمی نشان می دهند. به زبانی دیگر سیگنال تولیدی آن ها یک تون خالص (pure tone) است. این آن ها را در مخابرات پر کاربرد می کند، جایی که سیگنال های پایدار مورد نیاز هستند. و همچنین در وسایل علمی که مرجع دقیق زمانی مورد نیاز است.
فرکانس خروجی یک اسیلاتور کوارتز یا فرکانس اصلی رزونانس آن یا یک ضریبی از فرکانس رزونانس آن به نام فرکانس اور تون (overtone) است.

  Q (ضریب کیفیت) معمول برای یک اسیلاتور کوارتز بین 10^4 تا 10^6 تغییر می کند. Q ماکزیمم برای یک اسیلاتور کوارتز بسیار پایدار می تواند به اینگونه تقریب زده شود که f فرکانس رزونانس به MHz است: Q = 1.6 × 107/f
تغییرات محیطی دما، رطوبت، فشار و لرزش می تواند فرکانس رزونانس یک کریستال کوارتز را تغییر دهد اما طراحی های گوناگونی وجود دارند که این اثرهای محیطی را کاهش می دهند. این ها شامل TCXO، MCXO و OCXO هستند مه در یادداشت توضیح داده شده اند. این طرح ها (به ویژه OCXO) وسایلی با پایداری کوتاه مدت عالی ایجاد می کنند. محدودیت هایی که در پایداری کوتاه مدت وجود دارد عمدتا به دلیل نویز اجزای الکترونیکی در مدار اسیلاتور است. پایداری بلند مدت با پیری کریستال محدود می شود.

به دلیل پیری و فاکتورهای محیطی چون دما و لرزش، نگه داشتن فرکانس آنها درون یک از 10^-10 فرکانس نامی آن ها، حتی برای بهترین اسیلاتورهای کوارتز، بدون تنظیم مستمر بسیار سخت خواهد بود. به همین علت اسیلاتورهای اتمی (atomic oscillators) برای کاربردهایی که نیاز به پایداری و دقت بهتری دارند استفاده می شوند. 
اگر چه کریستال ها می توانند برای هر فرکانس رزونانسی ساخته شوند، به دلیل محدودیت های فنی، در عمل مهندسان مدار اسیلاتور کریستالی در حوالی فرکانس های استاندارد کمی طراحی می کنند مانند 10MHz، 20MHz و 40MHz. استفاده از مدار های مقسم فرکانس، چند برابر کننده ی فرکانس و phase locked loop برای سنتز کردن (ساختن) هر فرکانس دلخواه از فرکانس مرجع امکان پذیر است.

 مراقب باشید و تنها از یک اسیلاتور کریستالی در طراحی مدارات خود استفاده کنید تا از وقوع نمونه های ظریفی از خطاهای خودپایداری در الکترونیک (metastability in electronics) جلوگیری کنید. اگر این ممکن نیست تعداد کریستال اسیلاتورهای مجزا (PLLها) و دامنه های ساعتی متحد با آن های بایستی به شدت کم شوند با تکنیک هایی چون نصف کردن کلاک (Clock) موجود به جای استفاده از یک منبع جدید کریستالی. هر منبع مجزای کریستالی باید دقیقا توجیه شود زیرا هر کدام حالت های خطای محتمل غیر قابل رفعی را به علت برهم کنش چند کریستالی در وسیله، ایجاد می کنند