تحقیق مقاله مبانی مهندسی برق

مقاومت :

به هر المان الکتریکی که در برابر عبور جریان مقاومت از خود نشان دهد و دو سر آن پتانسیل بیافتد به آن مقاومت گویند .

در حالت ایدال مقاومت صفر است

به کمک ابر رسانا ها : شکل اصلی آن این است که در دمای محیط کاربرد ندار د با عبور الکترون از مقاومت دچار افت پتانسیل می شویم .

قوانین حاکم : KVL ،  KCL

  KCL KVL

دو قانون بیشتر در مدارات فشرده کاربرد دارد .

مدارات الکتریکی :

 1) مدارات فشرده 2) مدارت گسترده

مدارات فشرده : جایی که ابعاد مدار نسبت به طول موجی که در آن مدار وجود دارد در صورتی که خیلی کوچکتر باشد به آن مدار فشرده گویند . (250=λ زیر )

در مدار های فشرده از KVL ،  KCLاستفاده می شود .

مدارت گسترده : جایی که قوانین KVL ،  KCL کاربرد ندارد مدار گسترده است در اینجا باید از قوانین ماکسول استفاده کرد . جایی که ابعاد مدار با طول موج آن قابل مقایسه است .( 250=λ بالای )

مثال : لامپ در اثر عبور جریان در خود مقاومت نشان می دهد طبق KVL ما افت پتانسیل در دو سر لامپ را داریم .

جریان  AC و  DC :

کلی ترین حالت یک مقاومت ( قانون اهم ) :                                                کلی

R خطی و تغییر نا پزیر با زمان : LTI

سری : جریان یکسان

مقاومت های خطی سری

: تحت قانون KVL

                                                                                                                                                                     درحالت سری

 در حالت کلی       

                                                                                                                                                  موازی : ولتاژ یکسان            سری    موازی

خازن ها :                 

  و  در حالت کلی

 حالت کلی در صورتی که ظرفیت خطی باشد .

 ظرفیت غیر خطی .

مثال :

 : مثال

خازن های سری :                                 

خازن های موازی :

در حالت سری

در حالت موازی

خازن سری

سلف ( سیم پیچ ) :

سیم پیچ های با هسته حتما باید دارای فرو مغناطیس باشد .

دیا مغناطیس هم جهت نمی شود . پارا مغناطیس به صورت جزئی هم جهت می شود .

فرو مغناطیس : به صورت متحد هم جهت می شوند آهن ربایی قوی دارند زمانی که تحت میدان قرار می گیرند مقاومت مغناطیسی در فرو مغناطیس وجود ندارد

زمانی که سلف از جنس فرو مغناطیس باشد شار مغناطیسی در آن هدر نمی رود .

چگالی شار مغناطیس

سطح مقطع

ضریب گذردهی مغناطیس

             شدت میدان مغناطیسی

ضریب خود القایی (هانری)

فرمول های سلف :

شار (وبر)

در حالت خطی :

در حالت غیر خطی :

قانون فاراد :

 خطی

 تغییر ناپذیر خطی

 غیره خطی

   :مثال

سلف های خطی تغییر ناپذیر موازی :

V : یکسا

سلف از نظر سری و موازی بودن ، همانند مقاومت هستند .

و از نظر اینکه یک المان ذخیره کننده انرژی است مشابه خازن است .

مهم : تابع های مورد استفاده در برق :

تابع سینوس : (Sin )

تابع پله : (Step )

U(t)             

تابع پله در مدار هایی که کلید داشته باشد استفاده می شود .

تابع ضربه :

تابعی است که همیشه صفر است بجز در لحظه t=0 که مقدار آن بی نهایت است مثل رعد و برق

به صورت ریاضی :

زمانی که کلید روشن و خاموش شود .

ترکیب تابع پله و سینوس 

خازن ها و سلف های مستقل ( یعنی سری و موازی نباشند ) تعدادشان بیان گر مرتبه مدار است .

مدار های مرتبه اول :

پاسخ مدار : جریان یا ولتاژ شاخه ای از مدار در  پاسخ به ورودی را گویند .

پاسخ پله :

 منبع ورودی پله

پاسخ ضربه :

منبع ورودی دلتا

                                                                                                                      پاسخ پله

    ثابت زمانی

                                                                                                       ثابت زمانی

/ (پاسخ پله ) = پاسخ ضربه

نکته مهم :

 سلف در لحظه کلید زنی مدار باز است و در حالت پایدار

( از نظر تئوری زمان نهایت ) اتصال کوتاه می باشد و مثل یک سیم

بدون مقاومت عمل می کند .

خازن :

در لحظه کلید زنی ( صفر زمانی ) اتصال کوتاه می باشد و مثل یک سیم عمل می کند و در لحظه بینهایت به حالت پایدار مدار ، مدار باز است .

پاسخ پله

پاسخ ضربه

از طریق خاصیت غربال

p

q

اعداد مختلط :

در اعداد مختلط بحث در مورد دو بعدی بودن اعداد است                                 

زمانی از اعداد مختلط استفاده می کنیم که تابع یا منبع ورودی Sin باشد .

   رابطه اویلر

اگر خواستیم ضرب یا تقسیم کنیم از مختصات قطبی استفاده می کنیم

سلف به مقاومتی به اندازه jwe تبدیل می شود .

فاز در جریان

 نکته :

< >سلف در بینهایت سیم است .خازن در صفر سیم است . 

دیود :

 ترانزیستور BJT:                       

E : امیتر

B : بیس

C : کلکتور

ترانزیستور FET:

D : درین

S : سورس

G : گیت

گیت = بیس                                                                                                                

سورس = کلکتور

درین = امیتر

نوع دیگر ترانزیستور : Mosfet

بلور هر گاه به P ، N تبدیل شود هادی می شود .

Oxide مثل خازن عمل می کند اگر به G علامت منفی دهیم .

طرف دیگر در ناحیه N حفره ها جمع می شود و کانال P را

تشکیل می شود .

حفره : عدم الکترون

مثبت : بلور P

منفی : بلور N

دیود زنر :

دیود هایی هستند که در بایاس معکوس کار کرده و ولتاژ ثابتی در دو سر آن می افتد و با ازدیاد ولتاژ معکوس تا VBR  شدت میدان در ناحیه تهی باعث شکسته شدن پیوند کوالانسی اتم های سیلیسیوم می شود .

جریان اشباع معکوس :

اعمال ولتاژ به دو یر دیود را بایاس گویند که خود دو حالت دارد اگر سمت P+ و N- باشد Forward Bias و بر عکس

پدیده بهمنی :

 الکترون ها و حفره ها مشابه برف در کوهستان سرازیر شده و جریان در جهت عکس از دیود خواهد گذشت .(ولتاژ معکوس)

زنر برای تنظیم ولتاژ به کار می رود . مدارات تنظیم ولتاژ : رگلاتور- آداپتور

زنر ها دیود هایی هستند که در بایاس معکوس کار کرده و ولتاژثابتی در دو سر آنها می افتد با ازدیاد ولتاژ معکوس تا  VBR ( ولتاژ شکست ) شدت میدان تا ناحیه تهی باعث شکسته شدن پیوند کواانس اتم Si می شود و حامل های زیادی آزاد می کند .

دیود خازنی :

دیودی مشابه دیود زنر در ولتاژ معکوس کار کرده و به  عنوان یک خازن

متغیر عمل می کند .

 در بایاس معکوس بهتر عمل می کند

کاربرد آن در مدار های تیونر رادیویی وTV است  نام دیگر دیود خازنی ورکتور(Varactor )      می باشد .

ظرفیت خازن های دیودی از رابطه های زیر بدست می آید :                                                                                                        

Na : تعداد اتم های گروه 3

Nd : تعداد اتم های گروه 5

Vr : ولتاژ معکوس دو سر خازن

V0 : ولتاژ تماس پیوندی در حدود 7. ولت است

CT0  : ظرفیت پایه

دیود تونلی :

هر چه این مرز نازک تر باشد احتمال عبور بیشتر است برای این کار ناخالصی P و N را زیاد می کند .

این قسمت یک مقاومت منفی ایجاد می کند .   و مثبت :

توان اگر منفی بود یعنی دستگاه تولید کننده انرژی است

توان اگر مثبت بود یعنی دستگاه مصرف کننده انرژی است  ( کاربرد اسیلاتور )

(فرمول ها در فایل اصلی موجود است)