اصطلاحات اولیه مهندسی برق

خازن های ثابت <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

در خازن های ثابت ، ظرفیت از پیش تعیین شده و ثابت است و مقدار آن را بعد از ساخت نمی توان تغییر داد . خازن های ثابت را معمولا با جنس دی الکتریک به کار رفته در آنها می شناسند .

خازن کاغذی

خازنهای کاغذی به دلیل ارزان بودن و اندازه کوچکشان مورد استفاده فراوان قرار می گیرند . جنس دی الکتریک آنها کاغذ آغشته به پارافین است و در ولتاژ پیش از 600 ولت مورد استفاده قرار می گیرند . صفحات این خازنها به صورت نوارهای صاف و طویل از جنس ورقه های قلع است . کاغذ آغشته به پارافین بین دو صفحه ، حکم دی الکتریک را دارد و این هر سه بصورت لوله ، پیچیده شده اند و داخل یک استوانه قرار می گیرند .

خازن میکا

خازن میکا از تعدادی ورقه ی نازک میکا به عنوان دی الکتریک و ورقه های نازک فلزی تشکیل می شوند . این ورقه ها به صورت یک در میان روی هم قرار می گیرند . ورقه های فلزی در دو دسته به یک دیگر متصل شده اند تا سطح موثر هر صفحه ی خازن را بزرگتر کنند و ظرفیت خازن بالا رود . هر چه مقدار صفحات فلزی بیش تر و اندازه ی آنها بزرگتر باشد ، ظرفیت خازن افزایش می یابد . مجموعه ورقه های میکا و فلز در یک کپسول قرار می گیرند .

خازن الکترولیتی

خازن های الکترولیتی دارای قطبیت معینی است و از آن در مدار های dc استفاده می شود . یک صفحه از خازن الکترولیتی مثبت است که به سر مثبت منبع وصل می شود . صفحه دیگر منفی است و به سر منفی منبع متصل می گردد . ظرفیت این خازن ها بالا و از چند میکروفاراد تا چند هزار میکروفاراد است . ولتاژ شکست این خازن ها معمولا کم و جریان نشتی انها نسبت به سایر خازنها زیاد است . خازن های الکترولیتی را با الکترولیت مایع و هم با الکترولیت خشک می سازد .

خازن سرامیک

خازنهای سرامیک دارای دی الکتریک بالا با توان بالا و اندازه کوچک هستند . از این خازنها در فرکانس های بالا استفاده می شود . صفحات خازن سرامیکی از جنس نقره و به صورت صفحات بیسار نازکی هستند که ماده ی دی الکتریک بین آنها را سرامیک تشکیل می دهد . این خازنها از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک اند . ظرفیت خازنهای سرامیکی از چند پیکوفاراد تا میکروفاراد متغیر است . ولتاژ شکست این خازنها زیاد است و می تواند در ولتاژ های بالا ( چندین هزار ولت ) کار کنند .

خازنهای متغیر

خازنها متغیر خازنهایی هستند که ظرفیت آنها در هر لحظه می توان از حداقل تا حداکثر تغییر داد . با خازنهای متغیر می توان ظرفیت مورد نیاز را تنظیم کرد . از این گونه خازنها در فرکانس های پایین ، متوسط و بالا استفاده می شود . محدوده فرکانس های پایین از 250 پیکو تا 500 پیکو و برای فرکانس ها بالا حدود چند پیکو فاراد است .

خازن هوا

خازنی است که دی الکتریک آن هوا است و بیشتر برای انتخاب فرکانس مناسب در گیرنده ها با یک سلف به طور موازی بسته می شود . این گونه خازنها از چندین صفحه متحرک اند . صفحات به صورت یک در میان به فاصله منظم از یک دیگر قرار دارند . با چرخش محور که به صفحات متحرک کتصل است ، صفحات متحرک بین صفحات ثابت حرکت می کنند ، سطح موثر صفحات تغییر می کند و در نتیجه ، ظرفیت خازن نیز متناسب با گردش محور تغییر می کند .

خازن تریمر

این خازنها بسیار کوچک اند و در مدارها بکمک پیچ گوشتی می توان آنها را تنظیم کرد . با تغییر دادن فاصله بین صفحات ، ظرفیت خازن تغییر می کند . ماده عایق این خازنها معمولا میکا یا سرامیک است . از این خازنها در فرکانس های بالا استفاده فراوان می شود .

دیود

دیود چیست ؟ از اتصال دولایه p & n دیود درست می شود

1- بعد از پیوند نیمه هادی نوع p & n کنار یکدیگر ، الکترونهای آزاد و حفره ها از محل پیوند عبور کرده ، با هم ترکیب می شوند و تشکیل یک لایه سد یا عایق می دهند .

2- یک منطقه تخلیه در محل پیوند ها ایجاد می شود که فاقد الکترونهای آزاد و حفره ها می باشد ، لکن اتمهایی که الکترون از دست داده و یا گرفته اند ، در دو طرف لایه سد و در منطقه تخلیه وجود دارند .

3- اتمهای یونیزه شده ، ایجاد سد پتانسیل می کنند که برای نیمه هادی ژرمانیومی حدود ۰.۲ ولت است و برای نیمه هادی سیلسیمی حدود ۰.۶ ولت است .

4- سد پتانسیل باعث که از حرکت و ترکیب بیشتر الکترونها و حفره ها در لایه سد جلوگیری به عمل آید .

5- کریستال نیمه هادی نوع p دارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی n دارای بار الکتریکی منفی می باشد .

بایاس دیود

وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .

بایاس مستقیم

اگرنیمه هادی نوع p به قطب مثبت باتری و نیمه هادی نوع n به قطب منفی آن وصل شود و ولتاژ از پتانسیل سد دیود بیشترباشد ، در مدار جریان بر قرار خواهد شد .

بایاس معکوس

اگر قطب مثبت باتری به نیمه هادی نوع n وصل شود و قطب منفی باتری به نیمه هادی نوع p وصل شود ، جریانی در مدار نخواهیم داشت .

تست دیود

همانطور که گفته شد اگر دوید در بایاس موافق یا معکوس قرار بگیرد جریان را از خود عبور می دهد و ما می توانیم دیود را با یک مدار ساده سری کنیم ( البته با رعایت قطبهای دیود و باتری ) اگر مدار شروع به کار کرد پس دیود سالم است و در غیر این صورت دیود سوخته شده است .

انواع دیود ها

1- دیود اتصال نقطه ای

2- دیود زنر

3- دیود نور دهنده LED

4- دیود خازنی ( واراکتور )

5- فتو دیود

دیود اتصال نقطه ای

دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی ( حدود PF ) می کنند . اگر بخواهیم در فرکانس های بالا به کار می بریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند . چون در فرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این کار از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم

دیود زنر

دیود زنر ، مانند یک دیود معمولی از دو نیمه هادی نوع P & N ساخته می شود . اگر یه دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را زیاد کنیم ، در یک ولتاژ خاص ، دیود در بایاس معکوس نیز شروع به هدایت می کند . ولتاژی که دیود در بایاس مخالف ، شروع به هدایت می کند ، به ولتاژ زنر معروف است و با تنظیم نا خالصی می توان ولتاژ شکسته شدن پیوند ها را کنترل کرد

ولتاژ زنر :

ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس ، هادی می شود به ولتاژ زنر معروف است .

دیود نوردهنده LED

این دوید از دو نوع نیمه هادی P & N تشکیل شده است . هر گاه این دیود ، در بایاس مستقیم ولتاژی قرار گیرد و شدت جریان به اندازه کافی باشد ، دیود ، از خود نور تولید می کند . نور تولید شده در محل اتصال دو نیمه هادی تشکیل می شود . نور تولیدی بستگی به جنس به کار برده شده در نیمه هادی دارد . این لامپ چند مزایا بر لامپ های معمولی دارد که عبارتند از :

1- کوچک بودن و نیاز به فضای کم

2- محکم بودن و داشتن عمر طولانی ( حدود صد هزار ساعت کار )

3- قطع و وصل سریع نور

4- تلفات حرارتی کم

5- ولتاژ کار کم ، بین ۱.۷ ولت تا 3.3 ولت

6- جریان کم حدود چند میلی آمپر با نور قابل رویت

7- توان کم ، حدود ۱۰ تا ۱۵۰ میلی وات

دیود خازنی ( واراکتور )

این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . دیود خازنی در واقع دیودی است که به جای خازن بکار می رود و مقدار ظرفیت آن با ولتاژ دو سر آن رابطه عکس دارد

فتو دیود

این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . با این تفاوت که محل پیوند P & N ، جهت تابانیدن نور به آن از مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی باشد ، بلکه توسط شیشه و یا پلاستیک شفاف پوشیده می گردد تا نور بتواند با آسانی به آن بتابد . روی اکتر فتو دیود ها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا بتواند نور تابانیده شده به آن را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند .

مقاومت
مقاومت چیست؟ مقاومت ها اجزایی هستند که مقاومت مدار را زیاد می کنند . آنها از موادی با هدایت کم و در اندازه ها و شکل های متنوع ساخته شده اند .

مقاومت الکتریکی

عبور جریان الکتریکی از هادی ها از بسیاری جهات شبیه عبور گاز از یک لوله است . اگر این لوله پر از پشم فلزی یا ماده مختلتی باشد ، این شباهت ها بیشتر می شود . اتم های نشکیل دهنده سیم هادی از عبور الکترون ها جلوگیری می کنند ، همانطور که الیاف پشم فلزی مانع عبور مولکولهای گاز می شوند . حال می خواهیم ببینیم که مقاومت هادی ها به غیر از جنس فلز به چه عواملی دیگری بستگی دارد .

تاثیر سطح مقطع بر مقاومت الکتریکی

مقاومت هر جسمی به الکترونهای آزاد آن بستگی دارد . می دانید که واحد شدت الکتریکی آمپر ( A ) است . یک آمپر یعنی این که 6/28ضرب در 10 به توان 18 الکترون آزاد در هر ثانیه از هر نقطه سیم عبور می کند . پس یک هادی خوب باید به مقدار کافی الکترون آزاد داشته باشد تا جریان الکتریکی با چندین آمپر بتواند از آن عبور کند .

بنا بر این طبق شکل هرگاه پهنای فلز افزایش یابد ، در حقیقت سطح مقطع زیادتر و در نتیجه ، مقاومت کم تر می شود . پس سطح مقطع عکس مقاومت عمل می کند

تاثیر طول هادی بر مقاونت الکتریکی

شاید تصور کنیئ که با افزایش طول هادی عبور جریان راحت تر می شود ولی چنین نیست . اگر چه در یک قطعه مسیبلند تر تعداد بیشتری الکنرون آزاد وجود دارد ولی الکترونهای آزاد اضافی در طول سیم ، در اندازه گیری جریان الکتریکیداخل نمی شود . در واقع هر طول معین از هادی ، مقدار معینی مقاومت دارد و هر چه سیم طویل تر باشد ، مقاومت بیتر می شود .

تغییرات مقاومت به طول سیم

نکته : تغییر طول و سطح مقطع به میزان دو برابر مقاومت را تغییر نمی دهد

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار

مدارهای الکتریکی به دو نوع بسته می شوند : سری یا موازی

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدارسری :

در مدار سری همانگونه که از نامش پیدا است مقاومت ها به دنبال هم بسته شده اند پس باید تمامی مقدار آنها را با هم جمع کرد

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار موازی :

در مدار موازی باید حاصل ضرب تمام مقاومت ها را تقسیم بر مجموع مقاومت ها کرد .

کاربرد مقاومت های الکتریکی

مقاومت های اهمی برای اضافه کردن مقاومت مدارهای الکتریکی به کار می روند . در حقیقت ، آنها اجسامی هستند که در مقابل عبور جریان مقاومت زیادی از خود نشان می دهند . موادی که غالباٌ در مقاومت ها به کار می روند عبارتند از کربن ، آلیاژ مخصوص از فلزاتی از قبیل نیکروم ، کنستانتان و منگانان . مقاومت اهمی را طوری به مدار می بندیم که جریان همان طور که از بار الکتریکی و منبع ولتاژ عبور می کند ، از آن هم بگذرد . در این صورت مقاومت کل مدار مجموع مقاومت های بار الکتریکی ، منبع ولتاژ ، سیم های رابط و مقاومت اهمی است . توجه داشته باشید که فقط با اضافه کردن یک مقاومت اهمی مناسب به مدار می توان مقاومت کل مدار را به اندازه ی دلخواه تغییر داد .

انواع مقامت ها

1- مقاومت های ترکیبی

2- مقاومت های سیم پیچی

3- مقاومت های لایه ای

طبقه بندی مقاومت های از نظر نوع کار

1- مقاومت های ثابت : مقاومت های ثابت دو سیم رابط دارند که به دو انتهای مقاومت متصل است . اصولا مقدار این نوع مقاومت های ثابت است ولی بعضی از آنها دارای مقاومتهای متفاوتی هستند . این مقاومت ها به دو دسته ی الف - مقاومت ها زبانه دار و ب - مقاومتهای قابل تنظیم تقسیم می شوند .

الف) مقاومت های زبانه دار : در این نوع مقاومت ها علاوه بر دو سیم انتهایی ، سر سیم های دیگری بین دو سر مقاومت وجود دارد . با اتصال ترمینال های مختلف به مدار مقاومت های متفاوتی حاصل می شود . هر یک از این مقاومت ها دارای مقاومت ثابتی هستند .

ب) مقاومت های قابل تنظیم : دیدید که مقاومت های ثابت قابلیت انعطاف ندارند ، زیرا مقاومتشان کاملا تعیین شده و مقدار آن تغییر نا پذیر است . مقاومت های زبانه دار تا حدودی قابلت انعطاف دارند ، چون بیش از یک مقدار مقاومت می توان از آنها بدست آورد . با وجود این تعداد مقاومت هایی را که می توان از آنها بدست آورد به 3 یا 4 محدود می شود . آنچه اغلب مورد نیاز است ، مقاومتی است که بوسیله آن بتوان حدود معینی از مقاومت را از 0 تا 1 حد اکثر بدست آورد . این مقاومت ها طوری ساخته نشده اند که بتوان آنها را پیوسته تغییر داد . در واقع ، هنگام نصب این مقاومت ها در مدار، آنها را روی مقاومت دلخواه تنظیم کرده و سپس با همان مقاومت در مدار کار می کنند .

2- مقاومت های متغییر : در بسیاری از وسایل الکتریکی مقدار بعضی از مقاومتها باید پیوسته تغییر کند ، پیچ ولوم رادیو ، کنترل کننده روشنایی تلویزیون از آن جمله اند . مقاومتهای متغیر مقاومتهایی هستند که پیوسته می توان مقدار آنها را تغییر داد .

به آن دسته از مقاومت های متغیر ، " وابسته " گفته می شود که به وسیله عواملی از قبیل نور ، حرارت ، ولتاژ و ... مقدار مقاومتشان تغییر کند . این مقاومت ها انواع مختلفی دارد که عبارت اند از :

الف- مقاومتهای تابع حرارت THERMISTOR (Tehrmally sensitive resistor):

مقدار اهم این مقاومت ها تابع حرارت است . یعنی ، در اثر حرارت میزان مقاومتشان تغییر می کند. مقاومت های حرارتی را تحت عنوان " ترمیستور" می شناسیم . در این مقاومت ها تغییرات مقدار مقاومت نسبت به تغییرات دما خطی نیست. از این مقاومت ها در مدارهابه صورت حس کننده(Sensor) های حرارتی در مسیر دستگاه های الکتریکی نظیر موتورهای الکتریکی ، کوره ها ، سیستم های تهویه و تبرید استفاده می شود . به طور کلی ترمیستورها در مداراتی که دما را اندازه گیری یا کنترل می کنند به کار می روند و در دو نوع ساخته می شوند . 1- ترمیستور با ضریب حرارتی مثبت (PTC): که با افزایش دما مقدار مقاومت آن افزایش می یابد . و 2- ترمیستور با ضریب حرارتی منفی (NTC) : که با افزایش دما مقدار مقاومتش کاهش می یابد .

ب- مقاومت های تابع نور LDR(Light Dependent Resistor):

مقدار مقاومت تابع نور تابع تغییرات شدت نور تابیده شده به سطح آن است. مقاومت تابع نور در فضای تاریک دارای مقاومت خیلی زیاد (در حد مگا اهم ) و در روشنایی دارای مقاومت کم ( در حد کیلو یا اهم ) است . مقاومت های LDR را " فتو رزیستور " هم می نامند . برای اینکه نور روی عنصر مقاومتی فتورزیستور اثر گذارد معمولا سطح ظاهری آن را با شیشه یا پلاستیک شفاف می پوشانند . از این مقاومت در مدارات الکترونیکی به عنوان تشخیص دهنده ی نور (نور سنج ) استفاده می شود . از جمله کاربردهای این مقاومت استفاده ی آن در دوربین های عکاسی و کلیدهای نوری و چشم های الکترونیکی است .

ج- مقاومت های تابع ولتاژ VDR ( Voltage Dependent Resistor ) :

مقاومت های تابع ولتاژ ، مقاومت هایی هستند که متناسب با تغییر ولتاژ ، مقاومت آنها تغییر می کند تا همواره ولتاژ یکسانی در مدار وجود داشته باشد . مقاومت VDR را تحت عنوان " واریستور " نیز می شناسند . مقدار اهم این مقاومت ها با ولتاژ رابطه ی معکوس دارد . یعنی با افزایش ولتاژ مقدار اهم آنها کاهش می یابد . واریستورها به پلاریته ی ولتاژ اعمال شده وابسته نیستند که این خود مزیتی برای این نوع مقاومت ها محسوب می شود ، زیرا برای استفاده در مدارات AC بسیار مناسب هستند. از جمله کاربرهای این مقاومت ها عبارتند از : 1- تثبیت کنندهای ولتاژ 2- حفاظت مدارها در مقابل اضافه ولتاژها در لحظات قطع و وصل کلید .

د-مقاومت های تابع میدان مغناطیسیMDR(Magnetic DependenResistor):

مقاومت های تابع میدان به مقاومت هایی گفته می شود که به سبب اثر میدان مغناطیسی بر آنها مقدار اهمشان تغییر می کند . در ساخت این مقاومت ها از نیمه هادی هایی استفاده شده که دارای ضریب حرارتی منفی هستند. به همین دلیل در صورت افزایش دما مقدار مقاومت آن ها کاهش می یابد .

نحوه تعیین مقدار مقاومت ها از روی کد رنگی :

رنگ اولین نوار نشان دهنده اولین عدد صحیح مقدار مقاومت است و رنگ دومین نوار نشان دهنده دومین عدد صحیح مقدار مقاومت است . رنگ سومین نوار نشان دهنده ضریب مقاومت است . رنگ نوار چهارم حدود خطا ( تلرانس ) را معین می کند .

رنگ عدد صحیح مضرب تلرانس

سیاه 0 --1
قهوه ای 1 --10
قرمز 2 --100
نارنجی 3 --1000
زرد 4 --10000
سبز 5 --100000
آبی 6 --1000000
بنفش 7 --10000000
خاکستری 8 --100000000
سفید 9 --1000000000
طلائی - - 5%
نقره ای - 10%
بی رنگ - - 20%

قانون اُهم

برای بوجود آوردن جریان در یك مقاومت ، باید یك ولتاژ را در سرتاسر مقاومت ایجاد كنیم . قانون اُهم وابستگی بین ولتاژ ، جریان و مقاومت را بیان میكند كه به 3 روش مختلف بیان می شود . شود .

V = I × R یا I = V / R یا R = V / I

در فرمولهای بالا واحد ولتاژ ( ولت V ) واحد جریان ( آمپر I ) و واحد مقاومت ( اُهم ) می باشد .
در اكثر مدارهای الكتریكی معمولاً مقدار آمپر بسیار بالا و برعكس مقدار مقاومت معمولاً پائین در نظر گرفته شده است . لذا جریان با میلی آمپر و اُهم با كیلو اُهم اندازه گیری می شود .

ترانزیستور

در سالهای 1904تا 1947 لامپها تنها وسایل الکترونیکی بودند که برای تقویت مورد استفاده قرار می گرفتند . در سال 1906لامپ سه قطبی توسط لی دی فورست ساخته شد و در سال 1930 لامپ های چهار قطبی ( تترود ) و پنج قطبی ( پنتود ) نیز ساخته شدند . در سال های بعد ، صنعت الکترونیک به عنوان یک صنعت اصلی و مهم با قابلیت توسعه بسیار ، مورد توجه قرار گرفت . در 23 دسامبر 1947 صنعت الکترونیک به موفقیت جدیدی دست یافت . دربعد از ظهر این روز والتربراتین و جان باردین عمل تقویت سیگنال را توسط اولین ترانزیستوری که در لابراتوار کمپانی بل ، طراحی . ساخته شده بود ، انجام دادند .

برتریهای ترانزیستور بر لامپ های الکترونی

بعد از اختراع ترانزیستور ، برتریهای این المان نسبت به لامپهای الکترونی ، به زودی آشکار گشت . به طوری که در رادیو و تلویزیون و هم همچنین مدارات الکترونی ترانزیستوری ، بلافاصله ساخته شدند . در زیر به برخی از برتریهای ترانزیستود نسبت به لامپ های الکترونی اشاره شده است .

الف: کوچک تر و سبک تر بودن

ب : احتیاج نداشتن به فیلامان و در نتیجه ، نداشتن تلفات حرارتی تاشی از گرم کردن فیلامان

ج : احتیاج نداشتن به مدت زمان جهت گرم شدن فیلامان

د : کار کردن در ولتاژ های بسیار کم

و : استحکام زیاد و داشتن عمر طولانی

ز : ساده بودن سیم کشی طراحی های ترانزیستوری

باید توجه داشت که لامپها نیز نسبت به ترانزیستور ها از برتری هایی برخوردارند ، از جمله : قدرت بسیار بالا ، تغییر نکردن نقطه کار بر اثر گرما و ... ولی ترانزیستور با داشتن برتریهای فوق در قدرتهای کم و متوسط جانشین لامپها شده است .

ساختمان ترانزیستور

ترانزیستور معمولی ، یک المان سه قطبی است که از سه کریستال نیمه هادی نوع n و p که در کنار یک دیگر قرار میگیرند تشکیل شده است . ترتیب قرار گرفتن نیمه هادی ها در کنار هم ، می تواند به دو صورت انجام پذیرد :

الف : دو قطعه نیمه هادی نوع n در دو طرف و نیمه هادی نوع p در وسط .

ب: دو قطعه نیمه هادی نوع p در دو طرف و نیمه هادی نوع n در وسط .

در حالت (الف) ترانزیستور npn و در حالت (ب) تورانزیستور pnp می نامند .

مطالب مشابه :

اصطلاحات اولیه مهندسی برق

معنی و مفاهیم اصطلاحات برق

اصطلاحات رشته برق 4 - ترانزیستور

اصطلاحات رشته برق 5 - مقاومت

فرهنگ اصطلاحات برق

فرهنگ اصطلاحات برق