جریان الکتریکی

حرکت الکترون ها از یک نقطه به نقطه ی دیگر ، اگر بار الکتریکی از محل تولید جا به جا شوند الکتریسیته جاری پدید می آید . و در واقع به حرکت بار الکتریکی در یک جسم جریان می گویند.

– شدت جریان : مقدار بار جابجا شده در واحد زمان را گویند که از رابطه ی زیر بدست می آید .

I = q / t

– اختلاف پتانسیل : عاملی است که سبب جاری شدن جریان الکتریکی در رساناها می شود . در واقع اختلاف انرژی بین دو نقطه است . نکته : اختلاف پتانسیل دو سر مولد را نیروی محرکه و اختلاف پتانسیل دو سر مصرف کننده را ولتاژ گویند .

– مقاومت : عامل مخالفت کننده با جریان را مقاومت گویند .

– توان : مقدار انرژی مصرف شده یا تولید شده در واحد زمان که با فرمول زیر بدست میآید .

P = W / t

– انرژی : توانایی انجام کار با فرمول : W = RtI 2 در اینجا به توضیحاتی مختصر در مورد هر یک از قطعات مورد استفاده در بردهای الکترونیک می پردازیم . مقاومت : مقاومت یا رزیستور قطعه ایست که وظیفه ی آن ۱ – محدود کردن جریان و ۲- ایجاد ولتاژ مناسب می باشد .

انواع مقاومت :

۱- مقاومت های ثابت شامل : الف- مقاومت های مخلوط کربنی ب- مقاومت های لایه ای شامل : کربن ، فلز ، اکسید فلز ج- مقاومت های سیمی ( آجری) – برای توان های بالا و بالاتر از w2

۲- مقاومت های متغیر ( قابل تنظیم ) شامل : الف- ولوم یا پتانسیومتر – تنظیم کنترل ولتاژ ب- رئوستا- تنظیم کنترل جریان

۳- مقاومت های متغیر و وابسته شامل : الف- وابسته به دما شامل : PTC که نسبت موثر و مستقیم با دما دارد و NTC که رابطه ی عکس با دما دارند . ب‌- وابسته به ولتاژ (VDR) ج- وابسته به نور (LDR) – فتوسل مهم ترین مشخصه یک مقاومت مقدار آن است . واحد مقاومت اهم ، کیلواهم و مگا اهم می باشد .

تشخیص مقدار مقاومت : ۱- از طریق نوارهای رنگی ۲- از طریق رمز عددی ۳- از طریق اهم متر معمولترین روش جهت تشخیص مقدار مقاومت از طریق نوارهای رنگی می باشد با کمک جدول رنگ های مقاومت که بحث در مورد آن در اینجا لازم به نظر نمی رسد .

سری بستن مقاومت ها:

مقاومت معادل : مجموع مقاومت هاست. توان معادل : مجموع توان مقاومت هاست . موازی بستن مقاومت ها: مقاومت معادل : ۱ /RT = 1 / R1 + …+۱ / Rn پل وتسون

برای اندازه گیری مقاومت دو روش وجود دارد : ۱- روش مستقیم – با کمک اهمتر ۲- روش غیر مستقیم – با کمک پل وتسون یا وتستون . این پل چهار بازو دارد که در یک بازوی آن مقاومت مجهول و در یک بازوی دیگر مقاومت های ثابت قرار دارد . در این پل مقاومت مجهول با تعدادی مقاومت معلوم مقایسه می شود .

R1 / R2 = Rx / Rs = R1 Rs = R2 Rx باطری: به مجموعه ای که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند پیل می گویند . یک باطری معمولا از یک یا چند پیل تشکیل شده است . انواع باطری قلمی شامل : سایز بزرگ یا Size D سایز متوسط یا Size C سایز معمولی یا Size AA سایز ریز یا Size AAA باطری ای داریم که از یک پیل تشکیل شده مانند باطری های معمولی ۵/۱ ولتی و باطری ای داریم که از تعدادی پیل یا سلول تشکیل شده مانند باطری اتومبیل .

سلول های تشکیل دهنده ی باطری بر اساس قابلیت شارژ شامل : ۱- سلول های اولیه ( غیر قابل شارژ ) – دارای الکترولیت خشک ( خمیری) شامل : باطری کربن – روی ، باطری روی – کلراید ، باطری قلیایی ، باطری اکسید نقره و باطری های مینیاتوری و باطری های لیتیم ۲- سلول های ثانویه ( قابل شارژ ) – دارای الکترولیت تر ( مایع ) شامل : باطری های اسید سربی مثل باطری اتومبیل و باطری های نیکل کادمیوم یا NC ولتاژ نامی باطری ها مقداری است که روی آن ها نوشته شده . در ضمن برای تست باطری باید جریان اتصال کوتاه آن را اندازه گرفت .

جریان اتصال کوتاه باطری های سایز AA ، ۲/۲A است . و این مقدار در باطری های سایز C ، ۲/۷ A و در باطری های سایز D ، ۳/۲ A می باشد . سری و موازی بستن باطری ها : برای افزایش ولتاژ باطری ها را سری می بندند و برای افزایش جریان دهی یا افزایش ظرفیت باطری ها را موازی می بندند . برای سری بستن باطری ها باید سر مثبت با سر منفی باطری ها بهم بسته شود و برای موازی بستن باطری ها حتما باید سرهای مثبت باطری ها بهم و سرهای منفی هم بهم بسته شوند .

خازن : هرگاه دو هادی در فاصله ای از هم قرار گیرند ، تشکیل یک خازن می دهند که به این دو هادی جوشن های خازن می گویند و در بین این دو جوشن ماده ی عایق یا دی الکتریک وجود دارد . جنس عایق نوع خازن را مشخص می کند . خاصیت اصلی خازن ذخیره ی بار الکتریکی می باشد . عایق های بکار رفته در خازن عبارتند از : هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیم .

انواع خازن ها شامل :

۱- خازنهای با ظرفیت ثابت شامل : خازن سرامیکی ( عدسی) – غیر الکترولیت خازن های میکایی خازن های کاغذی ( غیر الکترولیت یا بدون پلاریته ) خازن های ورقه ای خازن های پلاستیکی خازن های پلی استر ( غیر الکترولیتی ) خازن ها ی شیمیایی شامل : خازن های اکسید آلومینیومی و خازن های اکسید تانتالیوم خازن های پرچمی به جز خازنهایی که غیر الکترولیت خوانده شدند بقیه الکترولیت هستند و باید در مدار با رعایت پلاریته قرار گیرند .

۲- خازن های متغیر شامل : واریابل تریمر ورکتور ( وریکاب ) – که با تغییر ولتاژ دو سرش ظرفیتش تغییر می کند . میزان توانایی ذخیره ی بار الکتریکی در خازن را ظرفیت خازن می گویند و واحد آن فاراد است .

طریقه ی خواندن آن به دو شکل زیر است :

۱- گاهی ظرفیت خازن و واحدش عینا روی خازن نوشته شده .

۲- گاهی ظرفیت خازن و واحدش با رمز عددی روی خازن ذکر می گردد که توضیح آن در این جا لازم به نظر نمی رسد . تست خازن با اهمتر صورت می گیرد بدین ترتیب که اگر عقربه اهمتر روی ۰ قرار بگیرد خازن اتصال کوتاه شده ، اگر عقربه قبل از ۵۰۰ بایستد خازن نشتی دارد ، اگر بعد از ۵۰۰ قرار بگیرد سالم می باشد و اگر عقربه روی بی نهایت قرار بگیرد خازن قطع می باشد .

سری بستن خازن : CT = 1 / C1 + … + ۱ /Cn موازی بستن خازن : CT = C1 + … + Cn سلف یا سیم پیج : سیم پیچ یک سیم یا هادی معمولی است که پیچانده شده است .

به عبارت دیگر یک کلاف سیم مسی روکش دار است که به دور یک هسته ی آهنی پیچیده شده است . مقاومت اهمی سیم پیچ را می توان تقریبا صفر فرض نمود ، بنابراین با عبور جریان dc سلف مانند یک هادی عمل می کند و عکس العمل ندارد ( ولتاژ دو سرش صفر است ) .

چنانچه جریان عبوری بخواهد تغییر کند ، سلف با این تغییر جریان مخالفت نموده و این مخالفت بصورت ایجاد ولتاژی بنام ولتاژ القایی بروز می کند . VL = L ( di / dt ) این خاصیت سلف را خاصیت خود القایی آن می گویند که از خاصیت خودالقایی سیم پیچ در صنعت برق جهت ایجاد ولتاژهای زیاد مثلا در موارد لامپ فلورسنت یا کویل اتومبیل استفاده می شود .

همچنین در الکترونیک از سیم پیچ برای جلوگیری از جریان AC و عبور جریان DC استفاده می شود ( در واقع مسدود کننده ی AC و عبوردهنده ی DC ) که به آن چوک یا Choke می گویند .بیش ترین استفاده ی سیم پیچ در الکترونیک در مدارهای هماهنگ ، فیلتر ها ، نوسان ساز ها و ترانسفورماتور می باشد .

هانری : یک هانری ضریب خودالقایی سلفی است که اگر تغییرات جریان عبوری از آن یک آمپر بر ثانیه باشد یک ولت ، ولتاژ در دو سرش القا شود .

قانون لنز و جریان القایی :

اگر یک سیم هادی در یک میدان مغناطیسی به نحوی حرکت کند که خطوط میدان مغناطیسی را قطع کند ، در سیم جریان جاری می شود که به آن جریان القایی می گویند .

سری بستن سلف ها : XLT = XL1 + XL2 موازی بستن سلف ها : ۱ / XLT = 1 / XL1 + 1 / XL2 اندوکتانس متقابل سیم پیچ یا LM : هرگاه دو سیم پیچ در مجاورت هم به گونه ای قرار گیرند که از سیم پیچ اولی جریان متناوبی عبور کند و در سلف دومی ولتاژ القا شود می گویند بین دو سلف اندوکتانس متقابل وجود دارد ، بدون اینکه بین دو سلف تماس الکتریکی برقرار باشد .

برای مشخص کردن میزان القای متقابل پارامتری بنام اندوکتانس متقابل یا LM بصورت زیر تعریف می شود :

اگر جریانی با تغییرات ۱ A /S در سیم پیچ اول ولتاژ ۱ V در سیم پیچ دوم القا کند ، اندوکتانس متقابل دو سیم پیچ ۱ هانری است . ترانسفورماتور یا ترانس : یکی از کاربردهای مهم سیم پیچ ، ترانس است که در الکترونیک عموما برای افزایش و کاهش ولتاژ استفاده می شود . یک ترانس حداقل از دو سیم پیچ مستقل تشکیل شده که دارای القای متقابلند . ولتاژ متناوب ورودی به سیم پیچ اولیه داده می شود و ولتاژ خروجی از سیم پیچ ثانویه گرفته می شود .

انواع ترانس :

۱- ترانس افزاینده ( ولتاژ) – کاهنده جریان : ترانسی است که تعداد دورهای ثانویه بیش تر از دورهای اولیه باشد . ۲- ترانس کاهنده ( ولتاژ) – افزاینده جریان : ترانسی است که تعداد دورهای اولیه بیش تر از دورهای ثانویه باشد . ۳- ترانس یک به یک ( ترانس ایده آل ) : ترانسی که تعداد دور اولیه و ثانویه با هم برابر است . ترانس ایزوله را برای ایزوله کردن مدار از برق شهر بکار می برند ، چون فاز برق شهر نسبت به زمین ولتاژ و خطر برق گرفتگی دارد .

انواع ترانس بر حسب مورد استفاده :

۱- ترانس قدرت یا مبدل ولتاژ ۲- ترانس سوئیچینگ یا کلیدی ۳- ترانس صوتی یا مبدل فرکانس ( مبدل امپدانس ) شامل : الف – ترانس بلند گو با بدنه ی زرد یا سبز و ب- ترانس رابط با بدنه ی آبی یا زرد . ۴- ترانس رادیویی شامل : Rf , If فیلتر ها : در بسیاری مدارات الکترونیک امواجی با فرکانس های مختلف وجود دارد .مثلا امواج صوتی فرکانس ۲۰ HZ تا ۲۰ KHZ را شامل می شود . یعنی یک تقویت کننده ی صوتی باید امواجی با فرکانس های مذبور را تقویت کند . در این موارد احتیاج به مداری داریم که مانع عبور یک فرکانس خاص می شود و فقط فرکانس خاصی را عبور دهد . به چنین مداری فیلتر می گویند .

انواع فیلتر ها شامل :

۱- فیلتر پایین گذر : فیلتری است که از فرکانس صفر تا فرکانس خاصی را عبور می دهد و از آن فرکانس خاص به بعد را عبور نمی دهد . این فرکانس خاص را فرکانس قطع (FC) می گویند . ۲- فیلتر بالاگذرRC : فیلتری است که از فرکانس ۰

تا فرکانس خاصی را عبور نمی دهد و از آن فرکانس خاص (FC) به بعد را عبور می دهد . ۳- فیلتر میان گذر RLC : فیلتری است که از فرکانس خاصی تا فرکانس معینی ( از F1 تا F2) به امواج اجازه عبور می دهد ، خارج از این محدوده مانع عبور امواج می شود . ۴- فیلتر میان نگذر RLC : فیلتری است که از فرکانس خاص تا فرکانس معینی به امواج اجازه ی عبور نمی دهد (از F1 تا F2 ) و خارج از این محدوده اجازه ی عبور می دهد . نیمه هادی ها ( دیود ): نیمه هادی ها اجسامی هستند که از نظر رسانایی بین هادی و عایق قرار دارند .

در وسایل الکترونیکی مثل دیود و ترانزیستور نیمه هادی های سیلیسیم و ژرمانیوم استفاده می شود . این نیمه هادی ها ۴ ظرفیتی هستند . نمونه ای از این نیمه هادی ها کربن ، سیلیسیم ، ژرمانیوم و اکسید مس می باشد . اگر اتم های سیلیسیم یا ژرمانیوم بطور منظم کنار هم قرار گیرند ، شبکه ی کریستالی بوجود می آورند که در فضای ۳ بعدی هر اتم با ۴ اتم اطرافش فاصله ی مساوی خواهد داشت .

۴ الکترون فسفر با اتم های اطراف پیوند کوالانسی می دهد و یک الکترون آزاد باقی می ماند . هر چه مقدار ناخالصی بیش تر باشد تعداد الکترون های آزاد بیش تر است . چون بار الکترون منفی است به این نیمه هادی نوع N می گویند . ۳ الکترون بور یا الکترون های ژرمانیوم پیوند کوالانسی می دهد و یک جای خالی برای الکترون چهارم باقی می ماند ، به جای خالی الکترون حفره می گویند .

چون حفره بارش مثبت است به این نیمه هادی نوع P می گویند . دیود از اتصال یک نیمه هادی نوع N و یک نیمه هادی نوع P بوجود می آید و با حرف D نشان داده می شود . بایاس : اتصال یک قطعه الکترونیکی به منبع تغذیه ی DC را بایاس می گویند .

انواع بایاس دیود :

۱- بایاس مستقیم : اگر دیود با رعایت پلاریته به منبع تغذیه بسته شود بایاس مستقیم است . ۲- بایاس معکوس : اگر دیود بدون رعایت پلاریته به منبع تغذیه وصل شود بایاس معکوس یا مخالف می باشد .

انواع دیود :

۱- دیود رکتیفایر – دیودی که برق متناوب را به برق مستقیم تبدیل می کند . دیودهای یکسوساز برای فرکانس برق شهر استفاده می شود .

۲- دیود زینر ( زنر) – برای تثبیت ولتاژ .

۳- دیود نورانی

۴- (LED) – دیود نوری (فتو دیود ) : دیودی که پتانسیل آن با تابش نور شکسته می شود و جریان را عبور میدهد . هرچه شدت نور تابیده شده بیش تر باشد جریان معکوس بیش تر است .

۵- دیود خازنی – برای تثبیت فرکانس در نوسان ساز ها استفاده می شود .

۶- دیود تانلی – مانند یک مقاومت منفی عمل می کند .

۷- دیود آشکار ساز – برای آشکار سازی صدا و تصویر در رادیو و تلویزیون .

۸- پین دیود (PIN ) – در فرکانسهای بالاتر از ۱MHZ خاصیت یک مقاومت متغیر را دارد .مقدار مقاومت را می توان توسط جریان مستقیمی که از دیود می گذرد تغییر داد.

گردآوری توسط: تحقیقستان