آشنایی با قطعات الکترونیکی 1

در این درس قصد داریم شما را با مفاهیم پایه الکترونیک مانند قانون اهم و فرمول آن و همچنین یکی از قطعات پرکاربرد الکتریکی یعنی مقاومت و انواع آن آشنا کنیم و بعد هم به توضیح مقاومت های موازی و سری و معادل خواهیم پرداخت.

رابطه ولتاژ و جریان یا قانون اهم

همانطور که آقای سنقری هفته پیش هم یک اشاره کوتاهی کرد، ولتاژ نوعی نیرو است که باعث حرکت الکترونها شده و جریان الکتریکی را به وجود می آورد. هرچه ولتاژ بیشتر باشد جریان هم بیشتر خواهد بود چون نیرویی که به الکترونها وارد میشود بیشتر است.
بیایید با یک مثال مطلب را ادامه بدهیم، همانطور که اگر ارتفاع منبع آب را از سطح زمین بیشتر کنید قدرت خروج آب از منبع بیشتر میشود و جریان آب بیشتر خواهد بود. همان طور که اگر ولتاژ دو سر یک مقاومت بیشتر باشد جریان عبوری از آن نیز بیشتر میشود. مقاومت در برابر عبور آب به قطر لوله بستگی دارد. یعنی هرچه قطر لوله بیشتر باشد مقاومت لوله در برابر عبور آب کمتر بوده و جریان آب بیشتر است.
با مقایسه منبع آب و جریان آب با ولتاژ و جریان راحت تر میتوانیم مفهوم مقاومت و رابطه بین جریان و ولتاژ را درک کنیم. خلاصه اش این است که هرچه مقاومت کمتر باشد جریان بیشتر میشود و برعکس.

در شکل زیر نمایش "شماتیک" یک مقاومت و ولتاژ و جریان آن را مشاهده میکنیم

در این شکل ولتاژ دو سر مقاومت با V و جریان عبوری از آن با I نمایش داده شده است. حالا همه این حرفهایی که گفتیم به زبان ریاضی میشود همین یک خطی که الان مینویسم:

V = I * R

که در جلسه پیش هم دیدیم که به قانون اهم مشهور است.

مفهوم فرمول فوق این است که اگر ولتاژ ثابت باشد و مقاومت کاهش یابد جریان افزایش میابد و اگر مقاومت زیاد شود به تبع آن جریان هم کاهش پیدا میکند. علمای ریاضی و فیزیک به این نوع رابطه میگویند "رابطه معکوس".

همانطور که مشاهده کردید قانون اهم بسیار ساده است و البته مهم. مبانی تمام تحلیل های الکتریکی همین قانون اهم است.

حالا بیایید برویم سر وقت یکی از پر کاربرد ترین قطعات الکتریکی، یعنی همین مقاومت که تا به حال داشتیم در موردش صحبت میکردیم.

مقاومت

در تشریح قانون اهم با مقاومت و مفهوم آن آشنا شدیم. در توضیح مقاومت در ابتدا مقدمه ای از مفهوم آن بیان میکنیم و بعد به سراغ تعیین مقدار مقاومت با استفاده از کد رنگ میرویم و در ادامه به نحوه ساخت و اندازه گیری مقاومت های متغییر خواهیم پرداخت و در نهایت مقاومت های سری و موازی را توضیح میدهیم

واحد اندازه گیری مقاومت "اهم" میباشد. در توضیح مقاومت باید بگوییم که در حقیقت عامل بازدارنده جریان الکتریکی در مدار مقاومت است. یعنی در ساده ترین حالت وقتی میخواهید جریان را کنترل کنید و نگذارید توی مدار جریان زیادی به راه بیفتد ( که عامل سوختن مدار است) از مقاومت استفاده میکنیم.

مقاومت در اشکال گوناگون در وسایل الکتریکی و الکترونیکی کاربرد بسیاری دارد. یکی از انواع مقاومت مقاومت سرامیکی یا چینی است. که روی آن را با قشری از زغال پوشانده اند. مقدار چنین مقاومتی بستگی به مقاومت قشر زغالی دارد. که در حدود 0.001 تا 10 میکرون ضخامت دارد.

دو طرف این مقاومت به سیم های قلع اندود مربوط شده و لایه ای از لاک روی مقاومت را پوشانیده است. معمولا مقدار مقاومت را با نوارهای رنگی که روی آن ترسیم شده است نشان میدهند.

تعیین مقدار مقاومت با استفاده از کد رنگ:

اندازه مقاومت بر حسب اهم بوده و به وسیله چهار نوار رنگی بر روی بدنه اش مشخص میگردد که به صورت یک عدد دو رقمی و تعدادی صفر که در سمت راست آن قرار میگیرد است. همچنین در این کد بندی میزان خطا هم با یک نوار دیگر مشخص میشود.
مجموعه این علائم دارای فاصله های یکسان از دو طرف نیستند بلکه به طور آشکار به یک طرف نزدیک‌تر هستند. برای تعیین مقدار باید جوری مقاومت را در جلوی چشم قرار بدهید که مجموعه نوارهای آن مجموعه نوارهای رنگی طرف چپ قرار بگیرد

برای خواندن مقاومت با کمک جدول زیر عمل میکنیم

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

ابتدا با خواندن دو نوار اول عدد دو رقمی را مشخص میکنیم و بعد با کمک نوار سوم تعداد صفر های جلوی آن را تعیین میکنیم. و اینجوری به عدد مقاومت میرسیم.

تذکر 1: اگر نوار سوم سیاه باشد به این معنی است که مقدار مقاومت همان عدد دو رقمی است و صفر اضافی ندارد.

تذکر 2: در مقاومت های کمتر از ده اهم ( یعنی یک رقمی ها ) نوار سوم طلایی است. در این جور مقاومت ها عدد دو رقمی حاصل از نوار های اول و دوم را باید در "0.1" ضرب کنیم تا عدد مقاومت در بیاید. یعنی به طور خلاصه یک ممیز بگذاریم بین دوتا نوار!

تذکر 3: اگر نوار سوم نقره ای بود یعنی مقاومت زیر 1 است، یعنی کلا مقدارش برابر کسری از اهم است و به یک اهم هم نمیرسد. در این جور مقاومت ها عدد دو رقمی حاصل از نوار های اول و دوم را باید در "0.01" ضرب کنیم. یعنی یک ممیز بگذاریم روی عدد و بعد بخوانیم!

اندازه گیری مقاومت های متغیر

علاوه بر مقاومت های ثابت، مقاومت های متغیر هم وجود دارد که کاربرد زیادی هم دارند برای مثال هم پیچ کنترل صدای رادیو و پیچ تنظیم نور چراغ خواب مقاومتهای متغیر هستند. رئوستا و پتانسیومتر دو نوع از این مقاومتها به حساب می آیند.

رئوستا به شکل شماتیک زیر در مدار ها دیده میشود

مقاومت این المان مداری میتواند بین صفر اهم تا مقدار معینی که در روی بدنه اش مشخص شده است تغییر کند. آن فلش که روی شکل دیده میشود هم موید همین مسئله است که: "قابل تغییر میباشیم!"

پتانسیومتر اما کمی پیچیده تر عمل میکند. اول شکل شماتیک آن را ببینید

این المان مداری سه تا سر دارد، مقاومت بین سر های a و b همیشه مقداری ثابت است. اما با حرکت کردن قسمت متحرک میتوانیم مقاومت های بین دو نقطه a و c و همچنین بین دو نقطه b و c را تغییر بدهیم. البته همانطور که میبینید جمع این دو مقاومت اخیر باید همان مقاومت ثابت اولیه بشود.

سوال: چطور میتوانیم با کمک یک پتانسیومتر یک رئوستا را شبیه سازی کنیم؟

مقاومت های سری و موازی:

این بخش از درس خیلی مورد توجه طراحان کنکور هم هست! چون یکی از سرگرمی های مهندسان الکترونیک این است که بنشینند شبکه های خفن از مقاومت ها تشکیل بدهند و بعد مقاومت معادل آن را با هزار بدبختی مصاحبه کنند!

ما دو نوع ساده از به هم بستن مقاومت ها که کاربرد زیادی را دارند در اینجا میگوییم و دوستان علاقه‌مند را به کتابهای مدار ارجاع میدهیم ( که البته اگر الکترونیکی نیستید، این کتابها خیلی دردی هم دوا نمیکنند!)

1 - سری بستن مقاومت ها

در این حالت که در شکل هم پیدا است. مقدار مقاتومت معادل برابر جمع مقاومتهای تک تک است. یعنی

Re = R1 + R2 + R3

خوب ناگفته پیدا است هر مقاومتی که دنبال این سری بسته بشود باعث میشود مقاومت معادل بیشتر بشود. فرض کنید شما یک مقاومت 100 کیلو اهمی میخواهید اما یادتان رفته از بازار بخرید، بهترین کار این است که مثلا ده تا مقاومت یک کیلو اهمی را با هم سری کنید و یک مقاومت معادل ده کیلیو اهمی بسازید. ( البته مقاومت معادلش یک کمی از نظر ابعاد ده برابر یک مقاومت 100 کیلوی معمولی در می آید!)

2 – موازی بستن مقاومت ها

در این سیستم به هم بستن مقاومتها همانطور که مبینید جریان بین راه های مختلف پخشن میشود و همین باعث میشود که مقاومت معادل کمتر از آن چیزی که به نظر بیاید باشد.

در حقیقت فرمول این مقاومت به شکل زیر است

در این سیستم اضافه کردن یک مقاومت معمولا باعث کمتر شدن مقاومت کل میشود ( در حقیقت راه فرار جدیدی برای الکترون ها پیدا میشود و جریان سریعتر میشود و در نتیجه مقاومت کاهش پیدا میکند. باور ندارید؟ مخرج مشترک گیری که یادتان هست؟ بنشینید خودتان حساب کنید