المقاومة
Resistor
تعتبر المقاومة عنصر كثير الاستخدام في الدوائر الإلكترونية وفائدتها في هذه الدوائر أنها تتحكم في التيار والجهد. وتصنع المقاومة من مادة الكربون المسحوق والذي يرش على مادة غير موصلة مثل السيراميك (الفخار)، ويطلق عليها في هذه الحالة اسم المقاومة الكربونية (Carbon Resistor).
وقد تصنع المقاومة من سلك ملفوف من سبيكة النيكل والكروم وتسمى في هذه الحالة مقاومة سلكية (Wire Resistor).
ويتحدد اختيار المقاومة الصحيحة في الدائرة الالكترونية من حيث قيمتها بالأوم (OHM) وقدرتها بالوات (WATT).
تستعمل المقاومة للتحكم بالتيار الساري في الدائرة الكهربائية عند توصيل على التوالي مع المنبع الكهربائي، وكلما زادت قيمة المقاومة (R) قل التيار الساري (I) والعكس صحيح، كما هو مبين في الشكل.
تستعمل المقاومة للتحكم في الجهد، وفي هذه الحالة توصل المقاومة المتغيرة R على التوازي مع المنبع الكهربائي ويؤخذ منها الجهد المناسب V1 حسب الطلب، وكلما قلت قيمة المقاومة R قل الجهد V1 كما هو مبين في الشكل التالي.
حساب قيمة المقاومة (قانون أوم):
تحسب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم (OHM) الذي ينص على أن قيمة المقاومة بالأوم تساوي قيمة الجهد الواقع عليها (بالفولت) مقسوم على قيمة التيار (بالأمبير) المار في هذه المقاومة.
الدائرة التي في الشكل التالي تحسب قيمة المقاومة R كالآتي:
علاقة المقاومة بطول الموصل:
كلما زاد طول الموصل L زادت مقاومته، وتوجد علاقة بين طول الموصل L ومساحة مقطع الموصل A ومقاومة الموصل النوعية ρ (وهي مقاومة جزء من الموصل طوله 1سم ومساحة مقطعه 1سم² ).
وهذه هي العلاقة:
والجدول التالي يبين قيمة المقاومة النوعية لبعض المواد التي تصنع منها المقاومة السلكية.
علاقة المقاومة بدرجة الحرارة:
تزيد مقاومة الموصل عندما ترتفع درجة الحرارة، ويتناسب التغير في المقاومة ΔR طرديا مع المقاومة الباردة RC والتسخين Δt. وقيمة التسخين Δt = الفرق بين درجة الحرارة النهائية th ودرجة الحرارة الإبتدائية tc للمقاموة. والعلاقة بين المقاومة الساخنة Rh والمقاومة الباردة Rc هي:
وتعرف <a> بمعامل المقاومة الحراري وهو مقدار التغير في مقاومة موصل مقاومته <1> أوم عند إرتفاع درجة حرارته بمقدار <1> درجة مئوية.
فعند التسخين تزداد مقاومة المعادن النقية (يكون معامل المقاومة الحراري a موجب) بينما تتناقص مقاومة الكربون ومحاليل الأملاح المعدنية (يكون معامل المقاومة الحراري a سالب). أما مقاومة سبائك النحاس مع النيكل فتبقى ثابتة الى حد بعيد.
والجدول التالي يبين قيمة معامل المقاومة الحراري لبعض المواد التي تصنع منها المقاومات.
العلاقة بين حجم المقاومة والقدرة:
يدل حجم المقاومة الكربونية عادة على قيمة أعلى قدرة أو حرارة يمكن أن تتحملها المقاومة دون أن تحترق، فكلما زاد الحجم الطبيعي للمقاومة زادت قيمة قدرتها، ويبين الشكل التالي العلاقة بين حجم المقاومة الكربونية بالبوصة وقيمة القدرة التي تتحملها بالوات.
وقدرة المقاومة الكربونية عادة في حدود 2 وات أما المقاومات السلكية فتتميز بأن مقاومتها ذات درجة عالية من الإستقرار، وتكون قدرتها بالوات أعلى بكثير من المقاومات الكربونية، كما هو مبين في بند أنواع وأشكال المقاومات.
تحديد قيمة المقاومة بالألوان:
يتم تحديد قيمة المقاومة الكربونية احيانا بالألوان كما هو مبين في الشكل التالي، حيث نجد أن جسم المقاومة عليه أربع حلقات ملونه، وكل لون له رقم معين كما هو مبين بجدول الألوان.
وتقرأ حلقات الألوان من اليسار الى اليمين، ولون كل من الحلقة الأولى والثانية فيحدد الرقم، أما لون الحلقة الثالثة فيحدد عدد الأصفار، والحلقة الرابعة تحدد النسبة المئوية للتفاوت (نسبة خطأ) وإذا لم توجد الحلقة الرابعة فإن نسبة التفاوت في قيمة المقاومة تكون + أو – 20%.
مثال:
مقاومة كربونية عليها 4 حلقات، الأولى بني – الثانية أحمر – الثالثة برتقالي – الرابعة فضي – إحسب قيمة المقاومة.
توصيل المقاومات على التوالي:
نحتاج لتوصيل المقاومات على التوالي وذلك للحصول على قيمة مقاومة كلية كبيرة من مجموعة مقاومات، أو لتجزئ جهد المنبع الكهربي لعدة قيم تتناسب مع مقاومات التوالي.
يبين الشكل التالي تجزئ جهد المنبع الكهربي V الى مجموعة من الجهود هي V1 V2 V3 على الترتيب.
وقيمة المقاومة الكلية Rt في هذه الحالة تكون اكبر من قيمة أكبر مقاومة في الدائرة.
توصيل المقاومات على التوازي:
نحتاج توصيل المقاومات على التوازي وذلك لتجزئة التيار الكلي I من منبع الجهد الكهربي الى مجموعة تيارات أقل هي I1، I2 كما في الشكل التالي.
والمقاومة الكلية Rt في هذه الحالة تكون أقل من قيمة أقل مقاومة في الدائرة.
أما في الشكل التالي فإن المقاومة الكلية Rt تحسب كالتالي:
أنواع وأشكال المقاومات:
يبين الشكل التالي أنواع وأشكال المقاومات الكربونية والسلكية الثابته القيمة والمتغيرة. كما يبين الشكل العلاقة بين حجم المقاومة وقيمتها بالأوم وكذلك الأنواع المختلفة للمقاومات المتغيرة وكيفية ضبط قيمة المقاومة.
1- مقاومات كربونية:
2- مقاومات سلكية:
3- شبكة المقاومات ذو الغشاء السميك:
4- مقاومات متغيرة:
المكثفات
Capacitorsيتكون المكثف الكهربي من لوحين من مادة موصلة بينهما مادة عازلة كما هو مبين في الشكل التالي، ويتحدد نوع المكثف على حسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته، فإذا كانت المادة العازلة الموجودة بين لوحي المكثف هي الهواء فيطلق على المكثف في هذه الحالة اسم المكثف الهوائي، وإذا كانت مصنوعة من مادة البلاستيك سمي مكثف بلاستيك، وإذا كانت المادة العازلة من الميكا أطلق على المكثف اسم مكثف ميكا وإذا كانت المادة العازلة من السيراميك أطلق على المكثف اسم المكثف السيراميك، أما إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة بين لوحي المكثف أطلق على المكثف اسم المكثف الكيماوي أو الالكترولتي.
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp1-1.jpg
السعة:
تعرف قدرة المكثف على تخزين الشحنة الكهربية بالسعة الكهربية أو السعة ووحدة قياسها الفاراد، وتحسب قيمة سعة المكثف كالآتي:
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp2-1.jpg
نستنتج من هذا القانون أن اختيار قيمة المكثف في الدائرة الإلكترونية تتحدد بعاملين أساسيين هما سعة المكثف، وقيمة فرق الجهد المطبق على طرفيه، ووحدة قياس سعة الفاراد يمكن تقسيمها إلى وحدات أصغر هي:
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp3-1.jpg
العوامل المؤثرة على سعة المكثف:
يوجد ثلاثة عوامل أساسية تؤثر على سعة المكثف بصورة مباشرة وهذه العوامل هي:
أ- المساحة السطحية لألواح المكثف (a):
إن سعة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة السطحية للألواح، فإذا زادت مساحة سطح اللوح زادت سعة المكثف وذلك لزيادة استيعابه للشحنات الكهربائية، وبالعكس تقل سعة المكثف كلما قلت هذه المساحة.
ب- المسافة بين الألواح (d):
تقل السعة عندما تزداد المسافة بين الألواح وتزداد كلما قلت تلك المسافة أي أنه يوجد تناسب عكسي بين سعة المكثف والمساحة بين ألواحه.
ج- الوسط العازل (المادة العازلة) ε:
تتغير سعة المكثف بتغير المادة العازلة بين الألواح ويعتبر الهواء الوحدة الأساسية لمقارنة قابلية عزل المواد الأخرى المستعملة في صناعة المكثفات. يوجد لكل مادة ثابت عزل يطلق عليه ابسلونε
مما سبق نجد أن سعة المكثف بدلالة المساحة السطحية للألواح (a) والمساحة بين الألواح d وثابت العزل للمادة العازلة
ε يكون:
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp4-1.jpg
والجدول التالي يبين قيمة ثابت العزلεr لبعض المواد المستعملة في صناعة المكثفات.
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp5-1.jpg
وثابت العزلε في المعادلة يساوي حاصل ضرب ثابت العزل للهواء
εo مضروب في ثابت العزل النسبي للمواد العازلة، بالتالي تكون
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp6-1.jpg
المفاعلة (مقاومة المكثف الأومية):
المكثف الكهربي له مقاومة أوميةXc (لأنها تقاس بوحدة الأوم) تتغير مع التردد(F) وتتناسب عكسيا مع كل من السعةC والترددF ، ويمكن حسابها من القانون التالي:
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp7-1.jpg
في حالة التيار المستمر تكون قيمة الترددF تساوي (صفر)، وتكون بالتالي قيمة مقاومة المكثف الأوميةXc كبيرة جدا (ما لا نهاية) وبذلك فإن المكثف يمنع مرور التيار المستمر في الدائرة، بينما يمرر التيار المتغير وهذه الخاصية تعد أهم وظائف استعمالات المكثف في الدائرة الإلكترونية.
توصيل المكثفات على التوازي:
توصل المكثفات على التوازي للحصول على سعة كلية كبيرة تساوي مجموع سعة المكثفات المتصلة على التوازي في الدائرة.
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp8-1.jpg
توصيل المكثفات على التوالي:
توصل المكثفات على التوالي للحصول على سعة كلية صغيرة أقل من أصغر سعة مكثف موجودة في الدائرة.
https://www.rise.company/forum/image...5/11/cp9-1.jpg
في حالة مكثفين على التوالي فإن السعة الكليةC تساوي
https://www.rise.company/forum/image.../11/cp10-1.jpg
نستنتج مما سبق أنه عند حساب القيمة الكلية لسعة مكثفات موصلة على التوالي يكون طريقة الحساب على عكس المتبع في المقاومات.
أنواع وأشكال المكثفات:
يطلق على المكثف ذي السعة الثابتة (المكثف الثابت)، أما المكثف الذي يمكن تغيير سعته (وذلك بتغيير المساحة المحصورة بين الألواح) فيطلق عليه اسم المكثف المتغير. يوجد أيضا نوع ثالث من المكثفات يمكن أن نتحكم في تغيير سعته، أو يترك دون تعديل لفترات زمنية طويلة ويطلق عليه اسم (مكثف تريمر) الذي قد نلجأ لضبط قيمته عند إجراء أعمال الصيانة والإصلاح في الدائرة الإلكترونية.
والشكل التالي يبين الرموز الاصطلاحية لهذه الأنواع من المكثفات.
https://www.rise.company/forum/image.../11/cp11-1.jpg
بعض الأشكال العملية الشائعة للمكثفات:
يبين الشكل التالي بعض الأشكال العملية الشائعة للأنواع المختلفة التي تم شرحها من المكثفات.
https://www.rise.company/forum/image...12_small-1.jpg
استعمالات المكثف في الدائرة إلكترونية:
1- يستعمل المكثف لإمرار التيار المتغير ومنع مرور التيار المستمر في الدائرة الإلكترونية، حيث يعمل (كمكثف ربط) Coupling أو (مكثف تسريب) Bypass كما هو مبين في الأشكال التالية.
https://www.rise.company/forum/image.../11/cp13-1.jpg
2- يستعمل المكثف الكيماوي للشحن والتفريغ في دوائر التنعيم التي تحول التيار المتغير إلى تيار مستمر.
3- يستعمل المكثف الكيماوي كبير السعة في دوائر فلاش كاميرا التصوير حيث يخزن شحنات كهربية عالية، وعندما يفرغ فجأة يعطي الضوء الأبيض الباهر اللازم لعملية التصوير.
4- يستعمل المكثف المتغير على التوازي مع ملف لاختيار المحطات (الترددات) في جهاز الراديو أو جهاز التلفزيون، كما هو مبين في الشكل التالي.
https://www.rise.company/forum/image.../11/cp14-1.jpg
5- يوصل المكثف مع المقاومة في الدائرة الإلكترونية للحصول على أشكال موجات متنوعة ويطلق على الدائرة في هذه الحالة دائرة تفاضل أو دائرة تكامل، كما هو مبين في الأشكال التالية.
https://www.rise.company/forum/image.../11/cp15-1.jpg
الملفات
Coilsالملفات هي احدى عناصر الدوائر الإلكترونية كثيرة الإستخدام، وهي عبارة عن ملفات سلكية ملفوفة على قلب هوائي او قلب حديدي أو قلب فيرايت (برادة الحديد).
ويتسبب عن مرور التيار الكهربي في الملف فيض مغناطيسي في القلب، وتعرف قابلية الملف لإنتاج الفيض بالحث الذاتي أو المحادثة، ويرمز لها بالرمزL.
وبالنسبة لقيمة معطاة للتيار,I يتزايد الفيض المغناطيسي Φ الناتج مع ازدياد قيمة محاثة الملف L. وتقاس وحدة الحث الذاتي للملف بوحدة تسمى الهنري، وتحسب من القانون الآتي:
https://www.rise.company/forum/image...15/11/l1-1.jpg
ويختلف المدى المستخدم لقيمة المحاثة في الدوائر الإلكترونية من ميكروهنري للملفات المستخدمة في أجهزة الإتصالات ذات الترددات العالية الى عدة مئات من وحدات الهنري للملفات المستخدمة في شبكات القوى.
المعاوقة (مقاومة الملف الأومية) XL:
تتناسب قيمة مقاومة الملف الأومية (المعاوقة طرديا مع المحاثة L والتردد F) وتحسب من القانون الآتي:
https://www.rise.company/forum/image...15/11/l2-1.jpg
ويستعمل الملف في إمرار التيار المستمر (F=0) حيث تكون قيمة المعاوقة XL قريبة جدا من الصفر، وكذلك في معاوقة (خنق) التيار المتغير من المرور في الدائرة.
توصيل الملفات على التوالي:
عند توصيل الملفات على التوالي كما هو مبين في الشكل التالي فإن المحاثة الكلية Lt تحسب من القانون:
https://www.rise.company/forum/image...15/11/l3-1.jpg
توصيل الملفات على التوازي:
عند توصيل الملفات على التوازي كما هو مبين في الشكل التالي فإن المحاثة الكلية Lt تحسب من القانون الآتي:
https://www.rise.company/forum/image...15/11/l4-1.jpg
أنواع الملفات وإستخداماتها:
يبين الشكل في الأسفل أنواع الملفات المختلفة ورموزها، وهذه الأنواع هي:
1- ملف ذو قلب هوائي:
الملف ذو القلب الهوائي هو عبارة عن سلك من النحاس المعزول بالورنيش وهو ذو مقاومة صغيرة وملفوف على اسطونة من البكاليت أو مفرغ، ويستعمل في دائرة إختيار القنوات في جهاز التلفزيون.
2- ملف ذو قلب حديدي:
يكون سلك الملف ملفوف حول قلب من شرائح الحديد المعزول، ويستخدم كخانق للترددات، ويستعمل في دائرة المرشح بعد عملية التوحيد (في دوائر تحويل الجهد المتغير الى جهد مستمر) أو في دائرة مصباح الفلورسنت.
3- ملف ذو قلب فيرايت:
الفيرايت هو عبارة عن برادة الحديد، ويستخدم الملف الملفوف على قلب الفيرايت في صنع الهوائي الداخلي لجهاز الراديو الترانزستور، أو في مرحلة الترددات المتوسطة، حيث يمكن تغيير حثه الذاتي بتحريك القلب الفيرايت داخل الملف (بواسطة مفك مصنوع من مادة غير مغناطيسية مثل البلاستيك).
https://www.rise.company/forum/image...15/11/l5-1.jpg
