آموزش الکترونیک مقدماتی درس 3
آموزش الکترونیک مقدماتی درس 3
در جلسات گذشته با مباحث بسیاری آشنا شدیم؛ در این جلسه با کمیت های گفته شده بیشتر آشنا میشویم.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۹/۰۲/۰۵
توان و انرژی در جریان
«حاصل ضرب ولتاژ در جریان را توان الکتریکی می نامند و آن را با حرف P نمایش میدهند»
واحد توان الکتریکی وات است که آن را با حرف W نمایش میدهند. واحد های کوچک تر از وات عبارتاند از میلی وات، میکرو وات، نانو وات و… واحد های بزرگ تر از وات عبارتاند از کیلو وات، مگا وات، گیگا وات و…
P حرف اول کلمه Power به معنی توان است.
توان تلف شده در دو سر مقاومت از رابطه زیر دست می آید:
مثال 1: از یک مقاومت 10 اُهمی، جریانی برابر با 2 آمپر عبور میکند. چه مقدار توان در مقاومت تلف میشود؟
مثال 2: توان یک لامپ 100 وات و ولتاژ آن 220 ولت است، این لامپ چه قدر جریان از شبکه دریافت میکند؟
مثال 3: توان تلف شده در دو سر یک مقاومت 10 اُهمی برابر با 20 وات است. اگر ولتاژ دو سر مقاومت 10 ولت باشد، مقدار مقاومت چند اُهم است؟
انرژی الکتریکی
همانطور که می دانید منبع تغذیه الکتریکی مانند برق شهر یا باتری، انرژی مورد نیاز وسایل الکتریکی را تامین میکند. وقتی یک اتوی برقی را به برق وصل میکنید، اتو انرژی الکتریکی را از شبکه برق گرفته و به انرژی حرارتی تبدیل میکند. حال هرچقدر اتو بیشتر به برق متصل باشد در اتو گرمای بیشتری تلف میشود و مصرف برق بیشتر میشود. پس انرژی مصرفی رابطه مستقیم با زمان دارد و به صورت زیر تعریف میشود.
انرژی الکتریکی = زمان × توان الکتریکی
W = P.T
ژول = وات × ثانیه
واحد انرژی الکتریکی، وات-ثانیه یا ژول است. یک ژول عبارت است از تلفات توان یک وات در مدت یک ثانیه. واحد بزرگ تر و کاربردی تر از ژول، کیلو وات ساعت برابر با 1000وات ساعت است. معمول ترین دستگاه برای اندازه گیری انرژی الکتریکی، کنتور برق است.
کنتور برق دستگاهی است که انرژی مصرفی منازل یا کارخانجات را برحسب کیلووات ساعت اندازه گیری میکند
مثال: یک لامپ 100 وات را به مدت 5 دقیقه روشن میکنیم. این لامپ چند ژول انرژی مصرف کرده است؟
W = p.t = 100(5 × 60) = 3000J = 3KJ
انواع دستگاه ها و ابزار های کاربردی
منبع تغذیه: در مدار های الکتریکی جهت تامین ولتاژ DC مورد نیاز از منابع تغذیه الکترونیکی استفاده میکنید:
ولتمتر: در مدار ها از ولتمتر برای اندازه گیری ولتاژ استفاده می شود. ولت متر به صورت موازی در مدار قرار میگیرد (در جلسه دوم مدار سری و موازی را مقایسه کردیم). در زیر دو نمونه ولت متر دیجیتال و آنالوگ را مشاهده میکنید:
مولتی متر: برای تمام کمیت های موجود دستگاهی برای اندازه گیری آنها وجود دارد. مولتی متر یا آوومتر دستگاهی است که میتواند کمیت هایی مانند ولتاژ، جریان، مقاومت، ظرفیت خازنی و… را اندازه گیری کند.
برد بورد: از جمله وسایل مورد نیاز برای انجام آزمایش ها استفاده از صفحات برد بورد(Bread Board) است. در زیر تصویر برد بورد و نحوه اتصالات را مشاهده میکنید:
سوراخ های تعبیه شده روی برد بورد برای نصب قطعات مدار روی آن است. سوراخ های هر ستون مثل شکل به یکدیگر متصل هستند و سوراخ های ردیف ها نیز به یکدیگر متصل اند. همچنین برای متصل کردن این سوراخ ها از سیم های جامپر استفاده میکنیم.
سیگنال ژنراتور: سیگنال ژنراتور دستگاهی است که به وسیله آن انواع موج های الکتریکی مانند موج های سینوسی، مریعی، مثلثی و… ایجاد می کنند. به این دستگاه فانکشن ژنراتور نیز میگویند. در شکل زیر یک نمونه فانکشن ژنراتور را مشاهده میکنید.
اسیلوسکوپ: وسیله ای در آزماشگاه برای مشاهده شکل موج به کار میرود، این دستگاه اسیلوسکوپ نام دارد که قادر است شکل موج و فرکانس و سایر مشخصات موج های الکتریکی را نمایش دهد.
آشنایی با مقاومت و انواع آنها
به طور کلی «مقاومت های الکتریکی» را می توان از نظر مقدار اُهمی به دو دسته ثابت و متغیر تقسیم بندی کرد. منظور از مقاومت ثابت مقاومتی است که در اثر حرارت، نور، میدان مغناطیسی و یا سایر عوامل فیزیکی تغییری نمی کند. در شکل زیر دو نمونه مقاومت ثابت را مشاهده میکنید:
مقاومت متغیر
مقاومت متغیر مقاومتی است که میتوان مقدار مقاومت آن را با تغییر اهرم، نور، حرارت، ولتاژ و… تغییر داد، به این نوع مقاومت پتانسومتر میگویند. در تصویر زیر یک نمونه پتانسیومتر مشاهده میکنید که با چرخش اهرم آن مقاومت آن نیز تغییر میکند:
رئوستا و پتانسیومتر
رئوستا و پتانسیومتر، هردو مقاومت متغیر هستند که می توان با جابه جایی اهرم آن مقدار مقاومت اُهمی آن را تغییر داد. به مقاومت سیمی بزرگ اصطلاحا رئوستا میگویند که از آن در جریان های بالا استفاده میکنند. در تصویر زیر یک نمونه رئوستا را مشاهده میکنید:
در اصطلاح به مقاومت های متغیر کوچک تر، پتانسومتر میگویند. به بعضی از آنها نیز مولتی ترن میگویند. در شکل زیر یک مولتی ترن و انواع مقاومت های متغیر را میبینید:
ساختمان داخلی پتانسیومتر:
در تصویر بالا ساختمان داخلی یک پتانسیومتر را مشاهده میکنید؛ در واقع پتانسیومتر مانند دو مقاومت به هم چسبیده عمل میکند و با چرخش اهرم مقدار هردو آنها تغییر میکند.
در تصویر بالا، نمای فرضی مقاومت متغیر را میبینید؛ با تغییر موقعیت اهرم، مقدار مقاومت بین پایه 1 و 3 ثابت است اما مقدار مقاومت بین 1 و 2 ویا 2 و 3 متغیر است.
برای مثال اگر در مدار زیر ولتاژ ورودی ما 1 ولت باشد:
الف) اگر پتانسیومتر در موقعیت A باشد، مقدار ولتاژ خروجی(Vo) برابر با 1 ولت است.
ب) اگر پتانسیومتر در موقعیت B باشد، مقدار ولتاژ خروجی برابر با 0 ولت است.
پ) اگر موقعیت پتانسیومر در وسط قرار داشته باشد، مقدار خروجی ما برابر با 0.5 ولت است.
در واقع ولتاژ خروجی با تغییر موقعیت پتانسیومتر تغییر میکند.
روش دیگر اتصال مقاومت متغیر به مدار، اتصال به صورت رئوستا است. در حالت رئوستایی جریان مدار قابل تنظیم است. در این حالت تنها از دو پایه مقاومت متغیر استفاده میشود. مانند شکل زیر:
در مدار بالا، با چرخش اهرم پتانسیومتر مقدار نور لامپ LED کم یا زیاد میشود
مقاومت حرارتی «ترمیستور(Thermally Sensitive Resistor)»
این مقاومت ها تابع حرارت هستند و با تغییر دما مقاومت آنها نیز تغییر میکند. ترمیستور ها دو نوع اند:
NTC (Negative Temperature Coffication)
PTC (Positive Temperature Coffication)
مقاومت حرارتی NTC: ترمیستوری است که با افزایش دما، مقاومت آن کاهش پیدا میکند. در تصاویر زیر نماد شماتیک و دو نمونه مقاومت NTC را مشاهده میکنید:
مقاومت حرارتی PTC: پی تی سی ترمیستوری است که در اثر افزایش دما مقدار مقاومت آن افزایش پیدا میکند. در تصاویر زیر میتوانید نماد شماتیک و دو نمونه PTC را مشاهده کنید
مقاومت وابسته به نور «فتورزیستور (Photo Resistor)»
مقدار مقاومت فتورزیستور (LDR) وابسته به مقدار نور است. هرقدر شدت نور بیشتر شود، مقدار مقاومت فتورزیستور کمتر میشود. در شکل زیر نمای شماتیک و یک نمونه فتورزیستور یا LDR مشاهده میکنید.
مقاومت وابسته به ولتاژ «واریستور (Voltage Dependent Resistor)»
واریستور ها مقاومت های متغیری اند که مقدار آنها در برابر ولتاژ های مختلف ثابت نیست و تغییر میکند. در این مقاومت ها که به VDR معروف هستند، هر قدر ولتاژ داده شده بیشتر شود، مقدار مقاومت آنها کاهش میابد.
مشخصه های مقاومت
هر مقاومت ثابت یا متغیر، دارای مشخصه هایی است که به شرح تعدادی از آنها میپردازیم:
مقدار مقاومت و تولرانس
هر مقاومت، یک مقدار ثابت همراه با تولرانس است. درصد خطایی که مقدار یک مقاومت دارد را تولرانس مینامند. تولرانس قابل قبول در مقاومت به نوع کاربرد مقاومت در مدار های الکتریکی یا الکترونیکی بستگی دارد.
مقاومت ها را در عمل با تولرانس های 20%، 10% و 5% میسازند. برای دستگاه های اندازه گیری حساس، مقاومت هایی با تولرانس های 2.5%، 2% و 0.5% وجود دارد.
یک مقاومت 10Ω با تولرانس 10% مقاومتی بین 9Ω تا 11Ω دارد. اگر فرض کنیم که مدار های الکترونیکی تولرانس 20%(درصد خطا) قابل قبول است و ما نیاز به یک مقاومت 9.5Ω داشته باشیم، میتوانیم از یک مقاومت 10% 10Ω استفاده کنیم.
اگر قرار باشد هر مقاومت با هر مقاومت دلخواه که ما نیاز داشته باشیم را بسازند، تعداد مقاومت های ساخته شده بینهایت می شوند که در عمل امکان پذیر نیست. ولی با پذیرش درصد خطای مجاز معینی، تعداد مقاومت ها از نظر مقدار به شدت کاهش می یابد.
برای مثال اگر تولرانس 20% را بپذیریم، در یک فاصله ی ده تایی (1Ω تا 10Ω) تعداد مقاومت ها به 6 عدد کاهش می یابد. این 6 مقاومت میتواند محدوده یک تا ده اَهم را با 20% خطا پوشش دهد(جدول زیر)
6.8 | 4.7 | 3.3 | 2.2 | 1.5 | 1 |
در جدول قبل هر مقاومتی که لازم داشته باشیم را میتوانیم با حداکثر با 20% کمتر یا 20% بیشتر از یکی از اعداد جدول انتخاب کنیم. به مقاومت های درون جدول سری E6 می گویند.
یا به عبارت دیگر در سری مقاومت ها E6 تولرانس مقاومت ها 20% است. اگر تولرانس را 10% در نظر بگیریم، تعداد مقاومت ها مطابق جدول زیر در فاصله یک ده تایی(1Ω تا 10Ω) برابر با 12 عدد میشود.
در جدول زیر هرمقاومتی را که در یک دهه لازم داشته باشیم میتوانیم حداکثر با 10% کمتر یا 10% بیشتر انتخاب کنیم. به مقاومت های سطر دوم جدول سری E12 می گویند.
به عبارت دیگر در سری مقاومت های E12، تولرانس 10% است. این سری مقاومت ها پر کاربرد ترین مقاومت ها در الکترونیک هستند. اگر تولرانس را 5% درنظر بگیریم، تعداد مقاومت ها در فاصله یک ده تایی (1Ω تا 10Ω) مطابق سطر سوم جدول زیر برابر با 24 عدد میشود. به اعداد سطر سوم جدول سری E24 میگویند.
مقدار مقاومت و تولرانس را معمولا به سه روش مشخص میکنند:
الف) مقدار مقاومت و تولرانس مستقیما روی مقاومت می نویسند. شکل زیر یک نمونه از این نوع مقاومت را نشان میدهد:
ب) مقدار مقاومت را مستقیما مینویسند و به جای اُهم از حروف R و به جای تولرانس از جدول زیر استفاده میکنند
M | K | J | حروف اختصاری |
±20% | ±10% | 5% | مقدار تولرانس |
مثال: مقدار مقاومت و تولرانس های زیر نشان داده شده را بیابید.
پ) مقدار مقاومت و تولرانس آن را با استفاده از نوار های رنگی روی بدنه مقاومت مشخص می کنند. نوار های رنگی را معمولا برای مقاومت های کوچک و استوانه ای که قابلیت نوشتن متن را ندارد به کار میرود. تعداد نوار های رنگی چهار یا پنج عدد است.
در مقاومت های با چهار نوار رنگی، مطابق تصویر زیر، رنگ نوار اول و دوم اعداد صحیح، نوار سوم نماد ضریب و نوار چهارم نشان دهنده تولرانس است.
در مقاومت های با پنج نوار رنگی، رنگ نوار اول و دوم و سوم نماد اعداد صحیح، نوار چهارم ضریب و نوار پنجم تولرانس است.
در تصویر زیر چگونگی خواندن مقاومت های با چهار نوار رنگی و پنج نوار رنگی را مشاهده میکنید:
توجه: در مقاومت هایی که دارای چهار نوار رنگی هستند:
1.اگر حلقه ی رنگی چهارم وجود نداشته باشد(بدون رنگ) مقدار تولرانس 20% است.
2.نوار رنگی سیاه برای حلقه اول و سوم به کار نمی رود.
توجه: در مقاومت هایی که دارای پنج نوار رنگی هستند:
1.اگر حلقه ی رنگی پنجم وجود نداشته باشد(بدون رنگ)، مقدار تولرانس 20% است.
2.نوار رنگی سیاه به عنوان حلقه اول و چهارم استفاده نمی شود.
مثال: در شکل زیر مقدار مقاومت و تولرانس آن چقدر است؟
با عرض پوزش طولانی بودن این درس به این خاطر است که مبحث مقاومت به طور کامل بیان شده باشد. زیرا مقاومت و محاسبه آن یکی از مهم ترین مباحث در این سری از آموزش است. درصورت داشتن هرگونه سوال، پیشنهاد و… در بخش نظرات با ما در ارتباط باشید.
دیدگاهتان را بنویسید