آشنایی با دستگاههای الکتریکی

بدست آوردن مقاوت به وسیله کد رنگ

1 . آشنایی با مقاومت

مقاومت الکتریکی یا امپدانس بیانگر مقاومت یک جسم فیزیکی در برابر عبور جریان الکتریکی از آن است. واحد بین المللی (SI) مقاومت الکتریکی، اهم (به انگلیسی: ohm) است. مقدار معکوس این کمیت رسانایی الکتریکی یا ادمیتانس نام دارد که با زیمنس (به انگلیسی: Siemens) اندازه گیری می‌شود.مقاومت الکتریکی یک شی، جریان آن را تحت اختلاف پتانسیل مشخصی بین دو سر آن شی، به دست می‌دهد:

R : مقاومت شی است در واحد اهم.

V : اختلاف پتانسیل دو سر شی است در واحد ولت.

I : جریان الکتریکی عبوری از شی است در واحد آمپر.

نکته : مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه جنس و شکل ماده بستگی دارد .

2. آشنایی با کد رنگ

از روی رنگهای یک مقاومت می توان مقاومت الکتریکی آنرا را بدست آورد. هر رنگ دارای یک کد استاندارد و بین المللی است که با توجه به تعداد لایه های مقامت مفهموی را می رساند .در اینجا به بیان کدرنگ مقاومت چهار لایه می پردازیم.

برای بدست آوردن مقامت الکتریکی یک مقاومت چهار لایه ابتدا :کد لایه اول ولایه دوم (از سمت چپ) را مستقیماَ نوشته و کد لایه سوم را در توان عدد 10 قرار می دهیم ، ومقدار بدست آمده مقاومت را در بازه کد لایه چهارم که بیانگر تحمل خطای مقاومت نامید می شود ، قرار می دهیم.

کدهای رنگی لایه اول ، دوم و سوم :

کد	رنگ
0	سیاه
1	قهوه ای
2	قرمز
3	نارنجی
4	زرد
5	سبز
6	آبی
7	بنفش
8	خاکستری
9	سفید

کد رنگ لایه چهارم یا درصد تحمل خطای مقامت :

رنگ	درصد تحمل خطا
بی رنگ	20%
نقره ای	10%
طلایی	5%
قرمز	2%
قهوه ای	1%

3.انجام آزمایش :

طبق جدول کد رنگ لایه های اول ، دوم و سوم خواهیم داشت :

سبز = 5 ، قرمز = 2 ، قرمز = 2

و طبق جدول کد رنگ لایه چهارم هم :

نقره ای = 10%

در نتیجه :

52 × 102 ± 10%

52×102 = 5200 » 5200 10% = 520

4680 < R < 5720

مولتی متر = 3/52

طبق جدول کد رنگ لایه های اول ، دوم و سوم خواهیم داشت :

سبز = 5 ، آبی = 6 ، مشکی = 0

و طبق جدول کد رنگ لایه چهارم هم :

طلایی = 5 %

56×100 ± 5 %

56 ×100 = 56 » 56 × 5 % =2/8

53/2 < R < 58/8

مولتی متر = 6/56

طبق جدول کد رنگ لایه های اول ، دوم و سوم خواهیم داشت :

زرد = 4 ، بنفش = 6 ، قهوه ای = 1

و طبق جدول کد رنگ لایه چهارم هم :

طلایی = 5 %

47 × 101 ± 5%

47 × 101 = 470 » 470 × 101 = 23/5

446/5 < R < 493/5

مولتی متر = 462

رنگ مقاومت:

اندازه گیری مقاومت با دستگاه مولتی متر

1.آشنایی با دستگاه مولتی متر

کاربرد دستگاه مولتی متر:

1. ولت متر برای اندازه گیری اختلاف پتانسیل

2. آمپرمتر برای اندازه گیری شدت جریان مدار

3. اهم متر برای اندازه گیری مقاومت مدار

مولتی متر ها در دو نوع با شكل ظاهری مختلف ساخته شده اند:

1. آنالوگ(عقربه ای) - شکل 1

2. دیجیتالی - شکل 2

(شکل2 ) (شکل1)

در اینجا كار با یك نوع مولتی متر آنالوگ بطور كاملا ساده ارائه می شود :

هر مولتی متر ار قسمت بالا دستگاه صفحه مدرجی دارد كه مقادیری در آن نوشته شده است . در قسمت پایین یك سلكتور یا كلید تنظیم قرار دارد كه می توان بنا بر نیاز خود در وضعیت دلخواه به حركت درآید . بنابراین بوسیله این كلید محدوده ولت متر ، اهم متر و یا آمپرمتر تنظیم می شود .طبق قرارداد بین المللی سیم قرمز مثبت (+) و سیم سیاه منفی (-) است . در صفحه مدرج دستگاه دو خط بالا با علامتهای DC (جریان مستقیم مثل باطریها) و AC(جریان متناوب - برق شهر) مشخص شده كه مقادیر ولتاژ از آن خوانده می شود . یكی دیگر از آن خطها كه با اهم مشخص و از سمت راست از 0 (صفر) شروع و در سمت چپ علامت بی نهایت ادامه دارد برای اندازه گیری مقادیر اهم (اهم متر) می باشد .(شکل زیر(

(شکل 3)

در حالت عادی كه دو سیم دستگاه (قرمز و سیاه) از یكدیگر جدا هستند عقربه در انتهای خط یعنی مقاومت بی نهایت قرار دارد . (اولین 1).

در داخل دستگاه یك باطری 1.5 است كه در موقع اندازه گیری مقاومت ، جریان این باطری وارد مدار خواهد شد، بنابراین اگر باطری این دستگاه ، در آورده شود ، نمی توان از اهم متر استفاده نمود .همیشه باید توجه داشت برای اندازه گیری ولتاژ ، سلكتور دستگاه در وضعیت اهم نباشد چون باعث سوختن دستگاه خواهد شد .

2.آشنایی با دستگاه DC Power Supply

کاربرد دستگاه DC Power Supply :

تبدیل AC(جریان متناوب - برق شهر) به DC (جریان مستقیم مثل باطریها) ، که در ولتاژ AC جهت جریان اهمیت نداشته اما بالعکس اگر DC باشد جهت جریان با اهمیت بوده و باید رعایت شود . بطوری که درگاه مثبت دستگاه DC Power Supply باید به درگاه مثبت مولتی متر و درگاه منفی دستگاه DC Power Supply به درگاه منفی مولتی وصل شود.

دستگاه DC Power Supply از دو کانال A و B تشکیل شده است با توجه به تصویر زیر به شرح جزییات این دستگاه می پردازیم:

(شکل 4)

همین طور که در تصویر مشاهده می شود . این دستگاه از دو کانال مجزا تشکیل شده که هر کانال دارای نمایشگرهای مخصوص به خود می باشد که امکان دو آزمایش همزمان را می دهد.هر کانال از بخش های تشکیل شده که در اینجا به معرفی این بخشها می پردازیم:

1.کلید روشن و خاموش کردن دستگاه.

2. Volume Coarse که تنظیم گر اصلی جریان می باشد و شدت جریان را تنظیم میکند.

3. Volume Fine که تنظیم گر جزیی و کوچکتر است برای تنظیم دقیق(بدون اعشار) شدت جریان.

4. Volume Current باز و بسته کردن جریان خروجی.(در هنگام کار به سمت راست باز می شود).

5. خروجی مثبت دستگاه.

6. خروجی منفی دستگاه.

نکته : در پایان کار و هنگام ترک کارگاه دستگاه را خاموش کرده و Volume ها را به سمت چپ می چرخانیم تا ایمنی دستگاه در آزمایش بعدی برای استفاده کننده گان حفظ شود.

3.انجام آزمایش

روشهای اندازه گیری مقاوت :

الف) با استفاده از دستگاه مولتی متر

ب ) با استفاده از کد رنگ

ج) با استفاده از فرمول اهم

توجه : برای اندازه گیری ولتاژ دستگاه مولتی متر را بطور موازی در مدار قرار می دهیم و برای اندازه گیری جریان مولتی متر را با عنصر مورد نظر سری می کنیم.

با توجه به شکل :

ابتدا دستگاه مولتی متر را روشن میکنیم ، کلید زرد رنگ (1) سپس مد

دستگاه (2) را روی قسمت (4) مطابق تصویر قرار می دهیم فیش قرمز

را در درگاه COM (8) و فیش مشکی را در درگاه HzVΩ (9) قرار می دهیم.

سر فیش قرمز را در درگاه مثبت دستگاه DC Power Supply و

سر فیش مشکی را در درگاه منفی دستگاه DC Power Supply قرار

می دهیم.

(شکل 5)

اکنون در نمایشگر دستگاه مولتی متر مقدار مقاومت بدست آمده با توجه

به شدت جریان تعیین شده در دستگاه DC Power Supply به نمایش در خواهد آمد.

برای تغیر کد رنگ مقاومت از کلید Range (10) عمل می کنیم.

نمونه آزمایش انجام شده در کارگاه :

شرح کامل عملکرد کلید های دستگاه مولتی متر :

1.کلید خاموش و روشن کردن دستگاه

2.تغییر مد دستگاه به عنوان مثال برای اندازه گیری ولتاژه روی (3) قرار میگیرد.معرفی مد های دستگاه:

3.اندازه گیری ولتاژ.

4.اندازه گیری مقاومت

6.میکرو آمپر برای اندازه گیری جریان (آمپر)

7.میلی آمپر برای اندازه گیری جریان (آمپر)

(شکل 6)

5.ثابت کردن مقادر ، برای خواندن دقیق عدد بدست آمده . باید توجه داشت که بعد از خواندن مقدار قبلی برای بدست آوردن مقدار جدید ، دستگاه را از Hold خارج کنیم.

8 . محل قرارگیری فیش قرمز با توجه به قرارداد و استاندارد بین المللی.

9 . برای بدست آوردن مقاومت ، ولتاژ و فرکانس فیش مشکی را در این قسمت قرار می دهیم.

طرز استفاده ی صحیح از اهمتر

مثلا هنگام اندازه گیری با اهمتر حتما از برد آزمایشگاهی استفاده کنید. به رنج اهمتر نیز توجه داشته باشید. Overload ، مفهوم آن و نحوه ی نمایش آن را از دفترچه ی مولتی متر یاد بگیرید.

بر روی منابع توجه داشته باشید که GND برای حفاظت است و ولوم Current برای محدود کردن حداکثر جریان. (در صورتی که بار بیشتر از این مقدار مصرف کند خروجی صفر خواهد شد و از این نظر می توان به عنوان محافظ از آن استفاده کرد)

در آزمایشگاه الکترونیک 1 وضعیت های SER و PAR استفاده نمی شوند و فقط کلید STANDYBY گاهی کاربرد دارد.

از مقاومت برای محدود کردن ولتاژ و جریان استفاده می شود (وظیفه ی اصلی مقاومت) ولی تا جایی که بتوانیم از این المان استفاده نمی کنیم چون باعث ایجاد تلفات و در نتیجه توان مصرفی مدار می شود.

از نظر قیمت، قیمت یک مقاومت 0.5 اهم رایج در آزمایشگاه بسیار ناچیز است ولی در هنگام تهیه ی یک مقاومت به غیر از مقدار اهمی آن باید به موارد دیگری از جمله توان قابل تحمل توسط آن توجه داشت.

در یک مدار فرضی ممکن است هنگام طراحی مقدار توان مصرفی مقاومت 8 وات و مقدار آن 0.5 اهم محاسبه گردد. با توجه به وجود خطا در یک مدار واقعی هنگام تهیه ی مقاومت باید در خواست یک مقاومت 0.5 اهم و 10 وات کنیم.

بنابراین قبل از بستن مدار باید توان مقاومت های بکار رفته در آن مدار را محاسبه کنیم.

برای بالا بردن توان مقاومت ها می توان از موازی کردن آن ها استفاده کرد.

مقاومت هایی که مقدار آن ها متغیر است:

VDR: مقاومت متغیر با ولتاژ دو سر آن (این نوع از مقاومت ها در مدار ورودی تلوزیون و تلفن که با ولتاژهای ضربه و کلید زنی رو به رو هستند کاربرد دارد.

عملکرد خازن درمدارات AC وDC

1.آشنایی با خازن

خازن‌ عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می‌‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند .

2 . ظرفیت خازن

ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌‌باشد. باید گفت که ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد µF، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.

µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F

n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF

p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:

الف ) صفحات هادی ، ب ) عایق بین هادیها (دی الکتریک)

ساختمان خازن هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولا صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگتر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است.

3 . انواع خازن

الف) خازنهای ثابت : سرامیکی ، خازنهای ورقه‌ای ، خازنهای میکا ، خازنهای الکترولیتی ، آلومینیومی ، تانتالیوم

ب) خازنهای متغیر : واریابل ، تریمر

انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها: 1. مسطح 2. کروی 3. استوانه‌ای

انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها: 1. خازن کاغذی 2. خازن الکترونیکی 3. خازن سرامیکی 4. خازن متغی.

4. انجام آزمایش

اگر مقاومت 1kΩ و خازن1µf باشد، زمان شارژ خازن بدین صورت محاسبه می گردد :

T = 5rc » 5 x 1KΩ x 1µf = 0.005 ( s )

یک مقاومت 1kΩ و یک خازن با ظرفیت1µf را با کمک یک کیت ( برید پورت ) به صورت سری به هم متصل می کنیم ، زمانی که ولتاژ AC را بدان متصل کردیم ، مالتی متر مقدار (25 (ma را نشان داد و دوباره همین آزمایش را با ولتاژ DC تکرار کردیم و این بار دستگاه مالتی متر مقدار 0 ( صفر ) را نشان داد.

دیود: به هر پیوند P-N یک دیود می گویند.

اگر آند به ولتاژی بزرگتر از کاتد وصل شود آنگاه بایاس مستقیم است و برعکس آن بایاس معکوس.

انواع دیودها:

1- دیود های یکسوساز معمولی

2- زنر

3- نورانی

4- خازنی

5- تونلی

6- نوری

که هر یک علامت مداری مربوط به خود را دارند:


Diode	Zener diode	Schottky diode	Tunnel diode

Light-emitting-diode	Photodiode	Varicap	Silicon controlled rectifier

در دیود خازنی ظرفیت خازنی با تغییر ولتاژ دو سر آن تغییر می کند.

اسیلوسکوپ (OSCILLOSCOPE) بدست آوردن ولتاژ موثر و فرکانس

1 . فرکانس

بَسامَد یا فِرکانس یا تَواتُر به اندازه‌گیری تعداد بارهایی می‌گویند که یک رویداد تکرارشونده در یک واحد زمانی اتفاق می‌افتد. برای محاسبه بسامد باید یک بازه زمانی را مشخص کرده، تعداد رخ دادن یک رویداد را در آن بازه زمانی شمرده و سپس این شماره را بر مدت آن بازه زمانی بخش کرد. راه دیگر محاسبه بسامد، اندازه‌گیری زمان میان دو رویداد پیاپی (تناوب) و سپس اندازه‌گیری بسامد به عنوان وارونه این زمان است: رابطه بسامد به این گونه است:

T همان تناوب است : F = 1 ÷ T

2 . بسامد موج

فرکانس موج تعداد موج هاي عبور کرده از يک نقطه در يک فاصله زماني مشخص می‌‌باشد. واحد آن نوسان بر ثانيه يا هرتز (Hz) می‌‌باشد. طول موج به سرعت موج وابسته است. طول موج هاي بلند تر از قبيل نور قرمز در بسامدهاي پايين تراز نور آبي قرار دارند ولي بسامد نور در کل خيلي بالا است (ده به توان چهارده هرتز).بسامد جزء ماهیت موج می باشد و تغییر آن تأثیری بر طول موج ندارد.

3- دستگاه OSCILL OSCOPE :

دارای 2 کانال ورودی به نام CH1 و CH2 است که امکان نمایش و بررسی و فرکانس و موج را بطور همزمان میدهد . برای اتصال نیاز به کابل به نام پراپ است . دستگاه OSCILL OSCOPE برای هر ورودی تنظیمات جداگانه ای دارد که تنظیم عمودی هر موج خاص آن موج و تنظیم افقی به عمومی است که روی هر دو اعمال می شود . دستگاه OSCILL OSCOPE شکل موج AC را نمایش می دهد.

شرح وظایف هر کلید :

Position عمودی :که بر روی هر موج به طور جداگانه اعمال میشود که موقیعت عمودی موج را تغییر می دهد.

Mode : CH1 نمایش شکل موج کانال 1.

CH2 نمایش شکل موج کانال 2.

Dual : نمایش شکل موج هر دو کانال.

Add : جمع نمایش شکل موج کانال 1 و کانال 2 .

نکته : در صورتی که ورودی های کانال 1 و کانال 2 متصل باشند می توان حال Dual و Add دید.البته اگر فقط یکی از کانال ها وصل شده باشد در حالت Dual فقط آن کانالی که متصل است نمایش می یابد .

Position افقی : تغییر شکل موج افقی البته ار هر دو کانال متصل باشد روی هر دو اعمال می شود.

VOLTS/DIVعمودی : ارزش عمودی هر خانه بر حسب ولت .

VOLTS/DIVافقی : ارزش افقی هر خانه بر حسب فاراد .

4 . محاسبه ولتاژ موثر VRms :

ابتدا ولتاژ Pic To Pic را بدست می آوریم به این صورت که :

تعداد خانه های قله موج(بالاترین نقطه موج) تا دره موج(پایین ترین نقطه موج) را بدست آورده سپس در ارزش هر خانه ضرب می کنیم.

ارش هر خانه توسط VOLTS/DIV عمودی مقدار دهی میشود . سپس نصف ولتاژ PicToPic را در 7/. ضرب می کنیم. بدین صورت مولتاژ موثر بدست می آید .

=Vp-p تعداد خانه های قله موج تا دره موج × ارزش هر خانه

خلاصه :

Vp= Vp-p ÷ 2

ولتاژ PicToPic )

VRms = 0.7 × Vp

نصف ولتاژ PicToPic )

ولتاژ موثر VRms )

5 . محاسبه فرکانس F :

ابتدا تعداد خانه های بین دو قله موج (بالاترین نقطه موج) را بدست آورده سپس در ارزش افقی هر خانه که توسط VOLS/DIV افقی تعیین شده است ضرب می کنیم . بدین صورت T یا دوره تناوب بدست می آید.

اکنون مقدار T را در فرمول فرکانس قرار می دهیم.

تعداد خانه های بین دو قله موج × ارزش هر خانه

خلاصه :

دوره تناوب T :

F = 1 ÷ T

فرکانس F :

6 . انجام آزمایش :

الف ) بدست آوردن ولتاژ موثر :

کابل پراپ را به ورودی CH1 متصل می کنیم .موقعیت موج را روی نمایشگر به وسیله Positionافقی و عمودی تعیین می کنیم.سپس ارزش هر خانه را به وسیله VOLTS/DIV مشخص می کنیم. تعداد خانه های قله موج تا دره موج را بدست می آوریم در ارزش هر خانه ضرب می کنیم که به این صورت ولتاژ PicToPic را بدست آورده سپس نصف این ولتاژ را در 7/0 ضرب میکنیم تا ولتاژ موثر را محاسبه کرده باشیم.

آزمایشات انجام شده در کارگاه :

1) ارزش هر خانه = 5v ، تعداد خانه ها = 1/5

Vp-p=5v × 1/5 = 7/5 v

Vp = Vp-p ÷ 2 = 7/5 ÷ 2 = 3/75 v

v VRms = Vp × 0/7 = 2/625

2) ارزش هر خانه = 1v ، تعدادخانه ها = 8

Vp-p=1v × 8 = 8v

Vp = Vp-p ÷ 2 = 8 ÷ 2 = 4 v

VRms = Vp × 0/7 = 2/8 v

ب) بدست آوردن فرکانس

1)ارزش هر خانه : 2µc ، تعداد خانه ها : 3/5

T=3/5 × 2µc = 7

F=1 ÷T=1÷7×10-6 = 142/8

2)ارزش هر خانه = 5µc ، تعداد خانه ها =1/5

T=1/5×5µc= 7/5µc

F=1÷T = 1 ÷ 7/5×10-6

وسیله ای برای نمایش شکل فرکانسی جریان در مدار این دستگاه دارای 2 ورودی برای نمایش شکل 2 فرکانس میباشد برای تنظیم شکل جریان در صفحه نمایش آن خطهایی وجود دارد

با چرخاندن کلید های روی آن میشود نور صفحه را زیاد و کم کرد و شکل فرکانس را به صورت نقطه ای یا خطی نمایش داد.

در ضمن این دستگاه همان طور که گفته شد با تنظیم دکمه بر روی حالت Dual میتواند به صورت همزمان شکل 2 کانال ورودی جریان را نمایش دهد

برای تنظیم شکل فرکانس بر روی صفحه با کمک دکمه های موجود میشود آن را به راست ، چپ ، بالا و یا پائین حرکت داد

برد بورد(Breadboard)

صفحه ای برای نصب قطعات ( مانند مقاومت ، دی یود ، خزن و ...) در ردیف بالا و پائین به صورت افقی نقاط با هم در تماس میباشند

در ردیف های وسط نقاط به صورت عمودی با هم اتصال دارند

با نصب قطعات الکترونیکی در این نقاط و استفاده از این اتصالات مدار خود را میبندیم با کمک سیم میشود اتصالات دیگر مورد نظر خود را ایجاد کنیم

رسم منحنی مشخصه ی دیود معمولی و زنر به روش نقطه یابی و با اسیلوسکوپ:

منحنی مشخصه ی یک دیود معمولی:

منحنی مشخصه ی یک دیود زنر:

در این منحنی ها، Vγ ولتاژ آستانه ی هدایت دیود، Isجریان نشتی در بایاس معکوس، VBKولتاژ شکست و VZ ولتاژ شکست زنر است.

تست دیود:

براي تست ديودي با استفاده از مولتي متر مثبت به آند و منفي (com) به كاتد متصل می شود. اگر سالم باشد يك عدد بين 0.7 تا 0.5 نشان مي‌دهد، ولی اگر سوخته باشد، عدد 1 را نشان مي‌دهد.

شرح آزمایش:

ابتدا منحنی مشخصه ها را به وسیله ی نقطه یابی بدست می آوریم، برای این کار مدار زیر را بسته و با تغییر منبع ولتاژ متغیر از صفر تا 20 ولت، در هر مرحله جریان دیود را که با جریان مقاومت برابر است بدست می آوریم.

نتایج آزمایش دیود معمولی، در بایاس مستقیم:

VS(v)	0	0.5	1	2	3	5	10	15	20
VD(v)	0.03	0.45	0.55	0.60	0.62	0.65	0.69	0.70	0.72
ID=(VS-VD)/RS	0	7uA	45uA	140uA	240uA	435uA	931uA	1.43mA	1.928mA

نتایج آزمایش دیود معمولی و در بایاس معکوس:

VS	0.00	5.00	10.00	15.00	20.00
VD	0	5	10	15	20
ID=(VS-VD)/RS	0	0	0	0	0

با توجه به نتایج بدست آمده می توان منحنی مشخصه ی یک دیود معمولی را به صورت زیر رسم کرد:

نتایج حاصل از آزمایش دیود زنر در بایاس معکوس:

VS	0	1	2	4	6	8	10	15	20
VZ	0.00	1	2	4	6	6.5	6.52	6.56	6.6
IZ=(VS-VZ)/RS	0	0	0	0	0	1.5mA	3.48mA	8.44mA	13.4mA

با توجه به اینکه در بایاس مستقیم دیود زنر مانند دیود معمولی کار می کند می توان منحنی مشخصه ی آن را به صورت زیر رسم کرد:

از جدول شماره ی 1، برای نقطه ی کار VS=10V، مقاومت استاتیک و دینامیک دیود را محاسبه کنید.

مشاهده ی مشخصه دیود زنر با استفاده از اسیلوسکوپ:

اسیلوسکوپ را در حالت x-y قرار داده و منحنی مشخصه را روی آن مشاهده می کنیم و ولتاژ شکست زنر را اندازه گیری می نماییم.

برای این کار مدار زیر را می بندیم:

برق شهری، برق ac است، ولی اکثر وسایل خانگی نیاز به برق DC دارند. (تمام ترانزیستور ها و به طور کلی ICها از برق DC استفاده می کنند.)

برای به دست آوردن یک ولتاژ DC مناسب استفاده از مراحل زیر مرسوم است:

1. تبدیل سطح ولتاژ ac به مقدار مورد نیاز توسط یک ترانسفورمر

2. استفاده از یک مدار یک سوساز (نیم موج یا تمام موج) (از خروجی این مرحله می توان برای یک مصرف کننده ی غیر حساس استفاده کرد)

3. استفاده از یک صافی خازنی

4. استفاده از رگلاتور یا تنظیم کننده

یادآوری:

اسیلوسکوپ یک پیک سنج است یعنی Vm را اندازه گیری می کند؛ مولتی متر ac یک موثر سنج است یعنی Vrmsرا اندازه می گیرد؛ مولتی متر DC یک متوسط سنج است یعنی VDCرا اندازه می گیرد.

در یک یکسو کننده هر سه نوع این موج ها را داریم.

<?mso-application progid="Word.Document"?>12FDC=1T , w=2*pi*50 , T=2*piw'>

واضح است که مقدار DC یک سینوسی کامل صفر خواهد بود.

(نحوه محاسبه را یاد داشته باشید)

محاسبه ی Vrms برای یک سینوسی کامل:

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Frms=Vm2 , w=2*pi*50 , T=150'>

با توجه به اینکه شکل کلی ولتاژهایی که ما با آنها سر و کار داریم به صورت Vm.sin(w.t) است، کافی است برای محاسبه ی مقادیر مذکور Vm را به وسیله ی اسیلوسکوپ اندازه بگیریم و در فرمول های مربوطه قرار دهیم.

مقادیر rms و DC برای چند شکل موج معمول:

· سینوسی کامل:

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Vrms=Vm2'>

<?mso-application progid="Word.Document"?>12VDC =0'>

· سینوسیِ یکسوشده ی نیم موج

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Vrms=Vm2'>

<?mso-application progid="Word.Document"?>12VDC=Vmد€'>

· سینوسیِ یکسوشده ی تمام موج

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Vrms=Vm2'>

<?mso-application progid="Word.Document"?>12VDC= =2Vmد€'>

یکسو کننده ی نیم موج:

1. مدار فوق را بسته و شکل موج ها را در اسیلوسکوپ مشاهده کنید.

2. جدول زیر را پر کنید.

	*Vrms*	*VDC*	*Vmax*
ترانس
دیود
مقاومت

3. روابط VDC و Vrms را برای ترانس و بار تحقیق کنید.

(هنگام بستن مدار به پلاریته ها توجه کنید – از کوپلینگ DC استفاده نمایید – ولتاژ های DC را با مولتی متر DC و ولتاژهای rms را با مولتی متر ac اندازه گیری می کنیم)

نتایج:

	*Vrms*	*VDC*	*Vmax*
ترانس	13.6	0	3.6(DIV)5(Volts/DIV)=18(Volts)*
دیود	7.7	5.7	-4.25*
مقاومت	7.13	5.7	3.85*

ولتاژ دو سر ترانس یک سینوسی کامل است پس داریم (طبق روابطی که قبلا اثبات شد):

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Transformer:Vrms=182=12.728VDC==0'>

ولتاژ دو سر ترانس یک ولتاژ یکسوشده ی نیم موج است، بنابراین: (مقدار rms آن 13.56rms اندازه گیری شد)

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Load:Vrms=192=9.5VDC==6.0479'>

یکسو کننده ی تمام موج (پل دیودی):

می توان این شکل موج را با استفاده از ترانس سه سر نیز به دست آورد که ما در اینجا بررسی نمی کنیم.

مشخص است که سطح DC این موج بیشتر از حالت نیم موج است.

در بستن مدار به پایه های آند و کاتد دیود دقت کنید. (در صورت اشتباه احتمال سوختن دیود یا حتی ترانس وجود دارد)

1. مدار فوق را بسته ولتاژ خروجی را با اسیلوسکوپ مشاهده کرده و رسم نمایی و Vm را یادداشت کنید.

2. VDC و Vrms دو سر بارا را اندازه گیری نموده و روابط مربوط به آنها را چک کنید. (با توجه به اینکه از افت ولتاژ دو سر دیود صرف نظر شده است این روابط با 2 تا 3 ولت خطا قابل قبول خواهند بود)

نتایج:

مشاهده شده بر روی اسیلوسکوپ:

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Vm=3.6*5=18V'>

اندازه گیری شده توسط مولتی متر (DC & ac):

<?mso-application progid="Word.Document"?>12VDC=10.87 Vac=5.7'>

محاسبه ولتاژهای ac و rms با توجه به میزان اندازه گیری شده توسط اسیلوسکوپ:

<?mso-application progid="Word.Document"?>12Vrms=12.728 (!)'>

<?mso-application progid="Word.Document"?>12VDC2*18د€=11.459'>

نکته(!): حالت تمام موج خطای بیشتری بین میزان اندازه گیری شده ی ولتاژ rms با اسیلوسکوپ و میزان اندازه گیری شده با مولتی متر دارد. (مقداری که با اسیلوسکوپ اندازه گیری می شود بسیار دقیق تر است)

کاربرد های مدار یکسوکنند ی تمام موج با پل دیودی:

اگر توجه کرده باشید خط تلفن دارای ولتاژ DC است و مثبت و منفی آن فرق می کنند ولی ما به این مطلب هنگام وصل تلفن به پریز توجهی نمی کنیم. در واقع در ورودی تمام تلفن ها یک پل دیودی به کار رفته است. در یک پل دیودی به هر صورت هم که ورودی را وصل کنیم، خروجی همواره دارای پلاریته ی یکسانی خواهد بود.

پس یک کاربرد دیگر این مدار (به غیر از یکسوسازی برای ساختن ولتاژ DC از ac) حفاظت دستگاه های الکتریکی در مقابل پلاریته ی معکوس می باشد.

نکته:در این مدار PIV دیودها باید برابر با ولتاژ خروجی ترانس باشد.

بررسی مدار های برش دهنده ها:

مدار برش در سطح VR:

در این شکل منبع DC (2V) همان VR است و شکل موج برش خورده بر روی اسیلوسکوپ (از کانال دوم) مشاهده خواهد شد.

هرگاه دامنه ی سیگنال ac نسبت به DC خیلی اختلاف نداشته باشد، مدار مانند یک مدار برش عمل می کند ولی اگر دامنه ی سیگنال ac خیلی کوچکتر از DC باشد طریقه ی تحلیل آن متفاوت خواهد بود.

<?mso-application progid="Word.Document"?>12âˆ€ V>2vâ†’D:ONâ†’Vo=2+Vخ³â‰ˆ2v'>

<?mso-application progid="Word.Document"?>12âˆ€ Vâ‰¤2vâ†’D:OFFâ†’Vo=Vi'>

1. مدار فوق را بسته و شکل موج های خروجی را بر روی اسیلوسکوپ مشاهده کرده و رسم نمایید و سطح برش را اندازه گیری کنید.

2. اسیلوسکوپ را در حالت X-Y قرار داده و منحنی مشخصه ی مدار را مشاهده کرده و رسم نمایید.

(دقت نمایید که در این هنگام انجام این قسمت از آزمایش حتما باید Volts/DIV ِ هر دو کانال یکسان باشد تا شکل به صورت صحیح مشاهده گردد)

3. اثر تغییر دامنه ی ولتاژ ورودی و نیز منبع DC را بر روی شکل موج خروجی مشاهده کنید.

نتایج بدست آمده: شکل های رسم شده در صفحه بعد به ترتیب نشان دهنده ی شکل موج ولتاژ وروی (کانال 1)، شکل موج ولتاژ خروجی (کانال 2) و نهایتا منحنی مشخصه است که همان طور که در شکل پیداست در حالت x-y رسم می شود.

مدار برش در دوسطح:

طرز کار این مدار هم مشابه مدار قبل است:

<?mso-application progid="Word.Document"?>12âˆ€ Vi<-4â†’D1:OFF && D2:ONâ†’Vo=-4'>

<?mso-application progid="Word.Document"?>12âˆ€-4<Vi<2â†’D1:OFF && D2:OFFâ†’Vo=Vi'>

<?mso-application progid="Word.Document"?>12âˆ€ Vi>2â†’D1:ON && D2:OFFâ†’Vo=2'>

1. مدار فوق را بسته و شکل موج خروجی را روی اسیلوسکوپ مشاهده و رسم کنید.

2. اسیلوسکوپ را در حالت x-y قرار داده و منحنی مشخصه ی مدار را روی اسیلوسکوپ مشاهده نمایید.

نتایج بدست آمده:

با دقت در شکل بعدی (ولتاژ خروجی) دیده می شود که ولتاژ به صورت دقیق بر روی خطوط 2 و 4V برش نخورده است که علت آن همان ولتاژ آستانه ی هدایت (Vγ) است که برای دیود های معمولی چیزی در حدود 0.6 تا 0.7V است.

منابع :

برای آشنایی بیشتر با دستگاه ها از سایت های زیر کمک گرفته شده است :

1 . در باره دستگاه مولتی متر . سایت فرهنگی آموزشی تبیان

2.مقاومت ، خازن ، فرکانس . دانشنامه آزاد ویکی پدیا

آشنایی با دستگاههای الکتریکی

مطالب مشابه :

مقاومت الکتریکی

مقاومت ها

مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی و انواع آن

مقاومت

پروژه درس آزمایشگاه مدار الکترونیکی انواع مقاومت ، خازن و دیود

مقاومت

پلیمرهای مقاوم حرارتی

آشنایی با دستگاههای الکتریکی

کاربرد علم نانو در بتن