مقدمة في الالكترونيات

الكهرباء بشكل عام هي شكل من أشكال الطاقة تنتقل من خلال الأسلاك وتستخدم لتشغيل الآلات والأضواء وغيرها.

تتكون الذرة من نواة مكونة من بروتونات ونيترونات وتدور حول النواة الإلكترونات.

- الإلكترونات هي الكهرباء السالبة ويرمز لها بالرمز ـ

- البروتونات شحنة الكهرباء الموجبة ويرمز لها بالرمز +

- النيترونات شحنة متعادلة

الإلكترونات الحرة هي التي لديها القدرة على الانتقال من ذرة الى ذرة أخرى وذلك لتواجدها في النطاق الخارجي للذرة.

الموصلات هي المواد التي تسمح للإلكترونات بالتحرك بها ومن أشهرها النحاس والفضة والألومنيوم والزنك والحديد، عادة ما يستخدم موصلات من نوع 22awg في الدوائر الإلكترونية.

التيار الكهربائي يتجه من القطب السالب للموجب عبر الجهد الكهربائي، فالشحنات المتشابه تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب وهذا ما يسمى بالقطبية.

الكهرباء بشكل علمي هي سريان الإلكترونات الحرة في الموصل من ذرة إلى أخرى في نفس الاتجاه.

دائرة مغلقة :-)

دائرة مفتوحة :-(

الدائرة الإلكترونية هي شبكة كهربائية مكونة في أبسط الحالات من مصدر للجهد كالبطارية ومسلك للتيار وهي عادة الأسلاك ومقاومة كالمصباح. الدائرة الإلكترونية شبكة تتشكل من دائرة مغلقة، تُنتج ممر عودة للتيار من الطرف السالب للبطارية إلى الطرف الموجب.

دارة قصر Short Circuit هي دارة كهربائية ذات مقاومة قليلة تقارب الصفر، مثال على ذلك انفجار المصباح وذالك لشدة قوة التيار المار به من دون المقاومة المطلوبة.

التيار المباشر Direct Current هو تيار كهربائي يتدفق في أتجاه واحد فقط له طرفين سالب وموجب كالبطارية ويرمز له بالرمز DC. قيمة التيار المباشر دائما فوق الصفر.

التيار المتردد Alternating Current هو تيار كهربائي يعكس اتجاهه عدة مرات في الثانية كمقبس الكهرباء ويرمز له بالرمز AC. يقاس التيار المتردد بالهيرتز أي أن عندما نقول 60 هيرتز فأن التيار يعكس نفسة 120 مرة في الثانية.

- الجهد Voltage هو القوة التي تؤدي الى تدفق التيار الكهربائي، ويحسب بـ فولت ويرمز له بالرمز V

- التيار Current هو تدفق الكهرباء في نفس الاتجاه، يحسب عادة بـ آمبير ويرمز له بالرمز I.

- المقاومة Resistance هي طريقة للتحكم بكمية التيار الكهربائي المسوح به بالمرور في الدائرة الإلكترونية، تحسب بـ أوم ويرمز لها بالرمز R

الرسم التخطيطي schematic diagram لدارة بسيطة موضح عليها كل من الجهد و التيار والمقاومة، سنطلع لاحقًا على الرسمات التخطيطية لأهم العناصر بعد شرحها.

قانون أوم Ohm Low - الجهد = التيار * المقاومة

من القانون نستنج ذلك أن بإمكاننا أيجاد قيمة التيار في حالة توفر قيمة الجهد والمقاومة أو أيجاد قيمة المقاومة في حال توفر قيمة الجهد والتيار .

أفترض ذلك، الجهد يساوي 12 فولت والمقاومة تساوي 3 أوم. أحسب كمية التيار؟

I = V/R = 12/3 = 4 A

الترتيب المتسلسل هو ربط العناصر بحيث يمكن للكهرباء أن تمر في الأول ومن ثم الثاني، أمّا الترتيب المتوازي تمر الكهرباء في المصباح الأول و الثاني في نفس الوقت.

أهم ما يميز الترتيب المتوازي عن المتسلسل هو أن لو تعطل المصباح الأول لا يتأثر المصباح الثاني بعكس الترتيب المتسلسل حيث لو تعطل المصباح الأول فالمصباح الثاني لن يعمل.

في البطاريات الترتيب المتسلسل ينتج عنه قوة تيار بطارية واحدة ولكن بجهد أربع بطاريات، أما الترتيب المتوازي تنتج البطاريات جهد بطارية واحدة وتيار بقوة أربعة.

البطارية Battery هي حاوية تستخدم كمصدر للطاقة، تنتقل فيها الإلكترونات من الطرف السالب الى الطرف الموجب.

بعض البطاريات مثل بطاريات الهواتف المتحركة تحمل رمز التيار مع الساعة مثل 100mAH، حيث علاقة الزمن بالجهد علاقة عكسية أي كلما أزداد أستخدام الطاقة قل زمن الأستخدام والعكس صحيح. هنا بعض الأمثلة على أستخدام متغير لـ 500mAH

- 500 ملي أمبير في الساعة

- 10 ملي أمبير في 50 ساعة

- 1000 ملي أمبير في نصف ساعة

المقاوم Resistor جهاز مخفض لكمية التيار الكهربائي المار في الدائرة .

تقرأ قيمة المقاوم من اليسار الى اليمين، أول لونيين يمثلان قيمة المقاوم والثالث يمثل المضروب والرابع أحتمال الخطأ.

مثال: مقاوم مع الألوان التالية بني وأسود وأحمر وذهبي، أذا ماثلنا الألوان مع الآرقام الملونة في الجدول التالي 

 فقيمة المقاوم تساوي 1000 أوم.

ملاحظة: في العادة تختصر الألف إللى K والمليون إلى M فالمقاوم التي تكون قيمته 1000 اوم يختصر بـ 1K .

وحدات القياس واختصاراتهن والقيمة التحويلية لهن، الأسم - الرمز و القيمة التحولية:

- Milli: (m) 10-3

- Micro: (µ) 10-6

- Nano: (n) 10-9

- Pico: (p) 10-12

- Femto: (f) 10-15

- Atto: (a) 10-18

مثال على ذلك ..

توجد لدينا القيمة 0.4A

لتحويلها الى مللي أمبير نحرك الـ 4 ثلاث خانات الى اليسار فتصبح 400mA .

ولتحويلها الى مايكرو نحرك الـ 4 ست خانات الى اليسار.

والعكس صحيح لتحول 400mA الى أمبير نحرك الـ 4 ثلاث خانات الى اليمين فتصبح 0.4A.

المقاوم الضوئي Light Resistor هو مقاوم يعمل عن طريق حسّاس للإضاءة، تقل المقاومة في الضوء وتزيد في العتمة.

المقاوم المتغير Potentiometers هو مقاوم ذات قيمة مقاومة متغيرة وذلك عند طريق المزلاق الذي يشبه ضابط شدة الصوت في المذياع.

الثرمستور Thermistor هو نوع آخر من المقاومات والذي يعمل من خلال حسّاس لدرجة الحرارة، يستخدم الثرمستور عادة في أجهزة أستشعار الحرارة والحماية من التيار الزائد وعناصر التدفئة ذاتية التنظيم. تزيد مقاومة الثرمستور بازدياد الحرارة أو العكس حسب نوع المقاوم.

المكثف Capacitor عبارة عن خزان لتخزين الكهرباء لفترة من الزمن ومن ثم تفريقها في حال انقطاع الجهد من البطارية، المكثفات تقاس بالفاراد Farad ولكن غالبا ما ستستخدم قيم صغيرة كالبيكو والنانو والمايكرو فاراد.

هناك عدة أنواع من المكثفات أهما المكثف السيراميكي والكيميائي.

المكثف السيراميكي مكون من مادة السيراميك وهو على شكل قرص يمكن للكهرباء أن تمر بغض النظر عن طريقة تركيبه ومن أي طرف.

المكثف الكيميائي مكون من مادة الكهرل وهو على شكل أسطوانة قطبي الأطراف أي ان يجب ربط أحد أطرافه مع الأرضي و الآخر مع مصدر الطاقة. الطرف الذي يوصل بالأرضي عادتا مؤشر عليه بعلامة السالب - .

المفاتيح Switches هي أجهزة ميكانيكية وظيفتها فصل أو وصل التيار في الدائرة علي حسب نوع المفتاح، N.O يفصل الدائرة عند تفعيله و N.C يفتح الدائرة عند تشغيله.

تطورت المفاتيح وأصبحت أكثر تعقيدا حيث أصبح بإمكانها فتح أتصال وغلق آخر في نفس الوقت عند الضغط عليها ويسمى هذا النوع بـ Single Pole Double Switch أو SPDT.

الدايود Diode هو شبه موصل يسمح للتيار الكهربائي بالمرور في أتجاه واحد فقط، من المهم معرفة ذلك أن الجهد الكهربائي ينقص حوالي 0.7 فولت بعد المرور. الحلقة الموجودة على أحدى أطرافه تبين لنا الطرف السالب بينما يكون الآخر موجب.

مصباح LED هو نوع خاص من الدايود يضئ عندما يمر التيار من خلاله ويسمح للكهرباء المرور من خلال طرف واحد فقط. مصباح LED له طرفان:

- الجانب القصير يدعي كاثود وهو سالب ـ

- الجانب الطويل يدعى أنود وهو موجب +

الدوائر المتكاملة Integrated Circuits هي دوائر إلكترونية مدمجة تسمى بالرقاقة Chip تتكون عادة من ترانزيستور ومقاومات ودايود.

الدوائر المتكاملة لها عدة أطراف لتوصيلها حيث يمكن معرفة وظيفة كل من الجهد والتيار الكهربائي لكل من الدائرة نفسها وكل طرف على حده وذلك بالنظر إلى ورقة بياناتها، الدوائر المتكاملة تأتي بعدة أشكال و أحجام.

الترانزستور Transistor يمنع أو يقلل أو يسمح للتيار بالمرور وذلك اعتمادا على فرق الجهد الواقع على القاعدة.

مصطلحات مهمة: المجمع Collector والمشع Emitter والقاعدة Base.

القاعدة هي من تتحكم بكمية التيار المار من المجمع إلى المشع أو العكس.

القاعدة دائما في الوسط بين المجمع والمشع, أذا كانت القاعدة موجبة فأن المجمع والمشع سالبان أما أذا كانت سالبة فأن المجمع والمشع موجبان. لذلك:

هناك نوعان من الترانزستور هما NPN و PNP وهما اختصار إلى Negative Positive Negative و Positive Negative Positive.

الـ NPN يسمح للكهرباء بالمرور من طرف المجمع Collector إلى طرف المشع Emitter وهو الأكثر استخداما.

الـ PNP يسمح للكهرباء بالمرور من الطرف المشع إلى الطرف المجمع.

يمكن ملاحظة نوع الترانزستور مطبوع عليه و الجهد ومقياس التيار أيضا.

الرسمات التخطيطية لجميع العناصر الكهربائية التي تم شرحها ..

البريدبورد Breadboard هي قاعدة لبناء نماذج كهربائية عليها للتجربة.

المالتيميتر Multimeter جهاز لقياس التيار الكهربائي والجهد والمقاومة، الجهاز الواضح في الصورة صيني ورخيص في قرابة 20 درهم أماراتي. الجهاز ممتاز جدًا ..

لقياس جهد البطارية

لقياس مقاومة مقاوم

بناء دارة بسيطة، المستلزمات:

- بريدبورد
- بطارية

- مصباح

- مقاوم 1K

- مفتاح

- سلك

1- نربط الطرف الموجب والسالب للبطارية مع مع الأطراف الجانبية للبريدبورد

2- من الطرف السالب للبريدبورد نربط المقاوم

3- نربط المفتاح مع نهاية المقاوم

 4- نربط الطرف السالب للمصباح مع نهاية طرف المفتاح

5- نربط نهاية المصباح الموجبة بسلك وتوصيل السلك بالطرف الجانبي الموجب للبريدبورد لتكوين دارة مغلقة

6- الدائرة كاملة

 7- نضغط على المفتاح فيظيئ المصباح

النهاية