تحقیق مقاله المان های الکتریکی

مدارهای الکتریکی

مدارهای الکتریکی از به‌هم پیوستن المان‌های الکتریکی یا غیر فعال (مقاومت، خازن، سلف، لامپ، و ...) یا المانهای الکترونیکی یا فعال (دیود، ترانزیستور، IC، و ...) یا ترکیبی از آن دو بوجود می آید به طوری که حداقل یک مسیر بسته را ایجاد کنند و جریان الکتریکی بتواند در این مسیر بسته جاری شود.

اگر عناصر تشکیل دهندهٔ مدار الکتریکی باشند، مدار الکتریکی نامیده می‌شود، و اگر عناصر الکتریکی و الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است .

هر مدارالکتریکی از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

یک منبع تغذیه‌الکتریکی مانند باتری یا ژنراتور

سیم‌های رابط: سیم‌ها یا نوارهای ارتباط دهنده مدار، از یک ماده رسانای الکتریسیته خوب مانند مس تشکیل می‌شوند.

مصرف کننده یا بار[۱]: وقتی می‌گوییم یک مدار الکتریکی تشکیل شده است، که اتصال دهنده‌ها و سایر قطعات، یک حلقه بسته را بوجود آورده باشند. تنها در این صورت است که جریان برق برقرار می‌شود.

المانهای مداری: همچون خازن، مقاومت، سلف، ترانسفورماتور، دیود

به هم پیوستن المان های الکتریکی«مقاومت(Resistor)، خازن ، سلف ، لامپ ، و ...) یا المانهای الکترونیکی«دیود، ترانزیستور، IC ،و... ) یا ترکیبی از آن دو که حداقل یک مسیر بسته ایجاد کنند و جریان الکتریکی بتواند در این مسیر بسته جاری شود مدار بوجود می آید.

اگر عناصر تشکیل دهنده مدار ، الکتریکی باشند مدار الکتریکی نامیده میشود و اگر عناصر الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است .

هر مدارالکتریکی از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

1- یک منبع تغذیه‌الکتریکی مانند باتری یا ژنراتور

2- سیم های رابط : سیم‌ها یا نوارهای ارتباط دهنده مدار، از یک ماده رسانای الکتریسیته خوب مانند مس تشکیل می‌شوند.

3-مصرف کننده یا بار«Load) :وقتی می گوییم یک مدار الکتریکی تشکیل شده است ، که اتصال دهنده ها و سایر قطعات ، یک حلقه بسته را بوجود آورده باشند. تنها در این صورت است که جریان برق برقرار می شود .

شکل زیرمثال ساده‌ای از نقشه فنی یک مدار الکتریکی است.

A :این علامت پیل الکتریکی است که نقش منبع تغذیه مدار ما را دارد.

B: علامت سیم هادی

C: علامت لامپ

D : علامت کلید در حالت باز

اگر کلید را در حالت بسته قرار دهیم مدار بسته می‌شود و جریان از لامپ عبور کرده و آنرا روشن می‌کند.

مقاومت ، یکی از المان‌های الکتریکی است که برای این طراحی شده است که در مدار یک مقاومت الکتریکی ( electrical resistance ) بوجود آورد . مقاومتها به گونه‌ای ساخته می‌شوند که بتوانند جریان عبوری از مدار را در حد مورد نیاز محدود کنند. دو نوع مقاومت وجود دارد:مقاومت های ثابت و متغیر .

(مقاومت):

مقاومت های ثابت :

الف- کربنی

ب- لایه ای :

° لایه ی کربنی

° لایه ی فلزی

° لایه ی اکسید فلز

ج- سیمی

مقاومت های متغیر:

الف- قابل تنظیم :

° پتانسیومتر

° رئوستا

ب- وابسته «تابع):

°تابع حرارت :

PTC

NTC

° تابع نور LDR

° تابع ولتاژVDR

° تابع میدان مغناطیسی MDR

تشخیص مقدار اهم مقاومت ها:

الف- کد های رنگی

ب- رمزهای عددی

ج- نوشتن مقدار مقاومت

قطعات تولیدی کارخانجات مختلف ممکن است در نقاط مختلف جهان استفاده شود ، از این رو ضروری است که تمامی آنها به منظور تولید قطعات خود از نظر مقدار و سایر مشخصات از روشها و استانداردهای خاص پیروی کنند . معمولترین آنها " استاندارد اروپایی " است که با حرف E مشخص می شود . این استاندارد خود شامل سری های مختلفی است :E6 ,

E12 , E24

سری E6 دارای 6 قسمت و تلرانس مقاومت های آن 20 در صد است .

سری E12 دارای 12 قسمت وتلرانس مقاومت های آن 10 درصد است .

سری E24 دارای 24 قسمت وتلرانس مقاومت های آن 5 درصد است.

0/1 , 5/1 , 2/2 , 3/3 , 7/4 , 8/6 :E6سری

0/1 , 2/1 , 5/1 , 8/1 , 2/2 , 7/2 , 3/3 , 9/3 , 7/4 , 6/5 , 8/6 , 2/8 : E12سری

0/1 , 1/1 , 2/1 , 3/1 , 5/1 , 6/1 , 8/1 , 2 , 2/2 , 4/2 , 7/2 , 0/3 ,

3/3 , 6/3 , 9/3 , 3/4 , 7/4 , 1/5 , 6/5 , 2/6 , 8/6 , 5/7 , 2/8 , 1/9 : E24سری

هر یک از سه سری شامل اعدادی هستند که به آنها " اعداد پایه " می گویند و با ضرب یا تقسیم اعداد هر سری در مضارب 10 می توان مقادیر مختلفی از این سری ها را بدست آورد

• مثلا در سری E6 با ضرب عدد 10 در اعداد پایه می توان به مقاومتهایی که در این سری ساخته می شوند پی برد :

Ω10 ، Ω15 ، Ω 22 ، Ω33 ، Ω47، Ω68

• و با ضرب عدد 100 در اعداد پایه :

Ω100 ، Ω150 ، Ω220 ، Ω330 ، Ω470 ، Ω680

از سری های E6 و E12 و E24برای استاندارد نمودن ظرفیت خازنها و ضریب خود القایی سلف ها نیز استفاده می شود . البته سری های دیگری نیز همچون E48 و E96 و E192 وجود دارند .

مقاومت ، یکی از المان‌های الکتریکی است که برای این طراحی شده است که در مدار یک مقاومت الکتریکی ( electrical resistance ) بوجود آورد . مقاومتها به گونه‌ای ساخته می‌شوند که بتوانند جریان عبوری از مدار را در حد مورد نیاز محدود کنند. دو نوع مقاومت وجود دارد:مقاومت های ثابت و متغیر .

(مقاومت):

مقاومت های ثابت :

الف- کربنی

ب- لایه ای :

° لایه ی کربنی

° لایه ی فلزی

° لایه ی اکسید فلز

ج- سیمی

مقاومت های متغیر:

الف- قابل تنظیم :

° پتانسیومتر

° رئوستا

ب- وابسته «تابع):

°تابع حرارت :

PTC

NTC

° تابع نور LDR

° تابع ولتاژVDR

° تابع میدان مغناطیسی MDR

تشخیص مقدار اهم مقاومت ها:

الف- کد های رنگی

ب- رمزهای عددی

ج- نوشتن مقدار مقاومت

قطعات تولیدی کارخانجات مختلف ممکن است در نقاط مختلف جهان استفاده شود ، از این رو ضروری است که تمامی آنها به منظور تولید قطعات خود از نظر مقدار و سایر مشخصات از روشها و استانداردهای خاص پیروی کنند . معمولترین آنها " استاندارد اروپایی " است که با حرف E مشخص می شود . این استاندارد خود شامل سری های مختلفی است :E6 ,

E12 , E24

سری E6 دارای 6 قسمت و تلرانس مقاومت های آن 20 در صد است .

سری E12 دارای 12 قسمت وتلرانس مقاومت های آن 10 درصد است .

سری E24 دارای 24 قسمت وتلرانس مقاومت های آن 5 درصد است.

0/1 , 5/1 , 2/2 , 3/3 , 7/4 , 8/6 :E6سری

0/1 , 2/1 , 5/1 , 8/1 , 2/2 , 7/2 , 3/3 , 9/3 , 7/4 , 6/5 , 8/6 , 2/8 : E12سری

0/1 , 1/1 , 2/1 , 3/1 , 5/1 , 6/1 , 8/1 , 2 , 2/2 , 4/2 , 7/2 , 0/3 , 3/3 , 6/3 , 9/3 , 3/4 , 7/4 , 1/5 , 6/5 , 2/6 , 8/6 , 5/7 , 2/8 , 1/9 : E24سری

هر یک از سه سری شامل اعدادی هستند که به آنها " اعداد پایه " می گویند و با ضرب یا تقسیم اعداد هر سری در مضارب 10 می توان مقادیر مختلفی از این سری ها را بدست آورد

• مثلا در سری E6 با ضرب عدد 10 در اعداد پایه می توان به مقاومتهایی که در این سری ساخته می شوند پی برد :

Ω10 ، Ω15 ، Ω 22 ، Ω33 ، Ω47، Ω68

• و با ضرب عدد 100 در اعداد پایه :

Ω100 ، Ω150 ، Ω220 ، Ω330 ، Ω470 ، Ω680

از سری های E6 و E12 و E24برای استاندارد نمودن ظرفیت خازنها و ضریب خود القایی سلف ها نیز استفاده می شود . البته سری های دیگری نیز همچون E48 و E96 و E192 وجود دارند .

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 .

[ویرایش] ظرفیت

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. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتاً 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. انواع خازن الف- خازنهای ثابت • سرامیکی • خازنهای ورقه‌ای • خازنهای میکا • خازنهای الکترولیتی o آلومینیومی o 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 متغییر

کاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ: در مدارات دیجیتال از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کننده انرژی استفاده میکنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دشارژ میشود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزوله کردن(جداساختن)دو منبع متناوب و مستقیم استفاده میشود خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل میکند و اجازه ورود یا خروج میدهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل میکند و اجازه ورود و یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمیدهد.

خازن کروی

خازن مسطح (خازن تخت) دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود. ظرفیت خازن (C) نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.

C = kε0 A/d

C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد

Q = بار ذخیره شده برحسب کولن

V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت

k (بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن 1

ماده گذردهی عایق ماده گذردهی عایق هوا 1.0006 میکا 6-8 کهربا 2.8 پارافین 2.3 سفال (برای مهندسی رادیو)تا 80 کوارتز 4.5 کائوچو 3 آب خالص 81 شیشه 4-7

A = سطح خازن بر حسب m2

d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب m